[发明专利]“红柱石-碳化硼-氮化硅-碳化硅”四元耐火陶瓷的制备方法

说明书

本发明涉及耐火材料生产技术领域，具体涉及一种“红柱石‐碳化硼‐氮化硅‐碳化硅”四元耐火陶瓷的制备方法。本发明的制备方法，包括以下步骤：1)浆料的制备：将硅粉、碳化硅粉、红柱石粉、碳化硼粉、结合剂、分散剂置于容器中干混搅拌，再加入水混合搅拌均匀，得到浆料；2)采用真空振动浇注成型的坯体的制备；3)氮化处理：将步骤2)所得的坯体放入氮化炉中进行氮化处理，最后随炉冷却到室温，即可。本发明添加碳化硅粉、硅粉、红柱石和碳化硼原料并结合真空振动浇注成型的生产工艺得到的“红柱石‐碳化硼‐氮化硅‐碳化硅”四元耐火陶瓷的抗热震性能和耐氧化侵蚀性能明显优于传统的氮化硅结合碳化硅耐火陶瓷。

技术领域

本发明涉及耐火材料生产技术领域，具体涉及一种“红柱石‐碳化硼‐氮化硅‐碳化硅”四元耐火陶瓷的制备方法。

背景技术

特种船舶用增压锅炉内衬耐火材料作为高温结构材料，是船舶正常运行的关键基础材料，研究开发高效高抗热震长寿命内衬材料具有重要意义。增压锅炉作为船舶动力的心脏，工作时频繁的启、停及变负荷工作，导致炉膛温度和压力处于急速升降和不断变化的状态，炉体内衬不但要承受很高的温度，还要抵抗温度变化造成的热应力冲击、高温重油烟气的侵蚀、高温氧化变质等多重损毁作用。目前，增压锅炉内衬主要使用氮化硅结合碳化硅耐火陶瓷，应用于风口砖、观火孔砖和墙砖等炉膛热负荷、热冲击最强的部位，如申请号为201710729145.9，发明名称为氮化硅结合碳化硅耐火陶瓷的真空振动浇注成型方法的专利申请文件，该发明申请文件中的利用硅粉、碳化硅粉制得的氮化硅结合碳化硅耐火陶瓷，然而，氮化硅结合碳化硅耐火陶瓷的抗热震性能和耐氧化侵蚀性能差，使用寿命短，存在严重的安全隐患。因此，采用先进配方和工艺，制备具有高抗热震和耐氧化侵蚀性的新型耐火陶瓷对提高增压锅炉的服役寿命和运行安全性意义重大。

发明内容

为解决以上问题，本发明的目的是提供一种具有较好的抗热震性能和耐氧化侵蚀性能的“红柱石‐碳化硼‐氮化硅‐碳化硅”四元耐火陶瓷的制备方法。

为实现上述目的，本发明所设计的“红柱石‐碳化硼‐氮化硅‐碳化硅”四元耐火陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

1)浆料的制备：将硅粉、碳化硅粉、红柱石粉、碳化硼粉、结合剂、分散剂置于容器中干混搅拌，再加入水混合搅拌均匀，得到浆料；

2)坯体的制备：将步骤1)所得的浆料放入真空振动浇注成型装置的漏斗内，在振动条件下，浆料由漏斗向下流入模具，待浆料完全流进模具后再振动处理，最后空气中养护干燥后得到成型的坯体；

3)氮化处理：将步骤2)所得的坯体放入氮化炉中进行氮化处理，最后随炉冷却到室温，即可。

其中，真空振动浇注成型装置的具体结构参见申请号为 201710729144.4，发明名称为“用于碳化硅耐火陶瓷材料的真空振动浇注成型装置”中公开的真空振动浇注成型装置。

与现有技术相比，本发明在传统的氮化硅结合碳化硅耐火陶瓷的基础上通过增加红柱石和碳化硼制得“红柱石‐碳化硼‐氮化硅‐碳化硅”四元耐火陶瓷，红柱石相在高温下煅烧会发生莫来石化，形成针状互穿的结构，为材料提供坚固的骨架，可起到原位自增强的作用，从而提高耐火陶瓷的抗热震性能；碳化硼相在高温氧化气氛中反应生成氧化硼，能够填充到连通的孔隙中，起到阻断氧继续侵入以及裂纹封填的作用，从而提高耐火陶瓷的耐氧化侵蚀性能。

作为优选方案，所述步骤1)中碳化硅粉、硅粉、红柱石粉、碳化硼粉、结合剂、分散剂的质量比为50～55：20～25:10～15:5～10:2～5:2～5。