[发明专利]一种氮化硅氮化钛结合碳化硅耐火材料及其制备方法

说明书

本发明具体涉及一种氮化硅氮化钛结合碳化硅耐火材料及其制备方法。其技术方案是：先以55～75wt％的碳化硅颗粒、5～30wt％的碳化硅细粉、5～30wt％的硅粉，0.1～20wt％的钛硅铁合金粉、0～2wt％的石墨和0～2wt％的碳黑为原料，外加所述原料3～8wt％的结合剂，再于混碾机中混练，困料，成型，干燥；然后在含氮气氛中热处理，制得氮化硅氮化钛结合碳化硅耐火材料。所述石墨和碳黑的质量百分含量不同时为0。所述热处理是：先升温至800～1000℃，保温0～12h；再升温至1020～1300℃，保温0.5～12h；然后升温至1320～1450℃，保温0.5～12h。本发明生产成本低，所制制品具有结构均匀致密、抗氧化性能优良、高温力学性能优异、抗热震性能好和抗渣蚀性强的特点。

技术领域

本发明属于碳化硅耐火材料技术领域。具体涉及一种氮化硅氮化钛结合碳化硅耐火材料及其制备方法。

背景技术

氮化硅结合碳化硅制品具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、抗冲刷、抗氧化等优异性能，且对除氢氟酸外的无机酸具有较好的抗侵蚀性，不被金属熔体尤其是非铁金属熔体润湿，耐金属熔体侵蚀，目前已广泛应用于陶瓷、冶金、化工、垃圾焚烧炉等高温工业。但是，由于氮化硅和碳化硅均为共价键化合物，氮化硅/碳化硅陶瓷制品烧结困难，只能在很高温度下获得致密的高性能陶瓷材料，或通过选择各种各样的烧结助剂和添加剂、或采用特殊的烧结工艺来获得致密的高性能陶瓷材料。

反应烧结制备氮化硅结合碳化硅与其它制备方法相比，是一个近净尺寸过程，且工艺简单和参数易于控制，可以制备形状复杂的陶瓷构件，具有广阔的应用前景。该方法是利用硅粉在氮气气氛下发生氮化反应，靠反应生成的氮化硅网络包裹碳化硅颗粒，形成交织结构。由于硅粉转化成氮化硅后体积增加约22％，能够填补坯体颗粒间孔隙，形成新的桥联结构而实现烧结。然而，通过该方法制备的材料有一个共同的缺点，即所获得的材料显气孔率较高，对其抗侵蚀和抗氧化性能有明显影响，在很多情况下不能满足实际使用要求，阻碍了这类材料其它优异性能的发挥。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，提供一种生产成本低的氮化硅氮化钛结合碳化硅耐火材料的制备方法，所制备的氮化硅氮化钛结合碳化硅耐火材料结构均匀致密、抗氧化性能优良、高温力学性能优异、抗热震性能好和抗渣蚀性强。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：先以55～75wt％的碳化硅颗粒、5～30wt％的碳化硅细粉、5～30wt％的硅粉，0.1～20wt％的钛硅铁合金粉、0～2wt％的石墨和0～2wt％的碳黑为原料，外加所述原料3～8wt％的结合剂，再于混碾机中混练，困料，成型，干燥；然后在含氮气氛中进行热处理，制得氮化硅氮化钛结合碳化硅耐火材料。

所述石墨的质量百分含量和所述碳黑的质量百分含量不同时为0。

所述钛硅铁合金的制备方法是：先向含钛高炉渣中加入占所述含钛高炉渣0～50wt％的碳、0～40wt％的铝、0～40wt％的铁和0～20wt％的镁；混合均匀后进行熔融还原，制得钛硅铁合金；所述碳、铝和镁的质量百分含量不同时为0。

所述热处理的升温制度是：先升温至800～1000℃，保温0～12h；再升温至1020～1300℃，保温0.5～12h；然后升温至1320～1450℃，保温0.5～12h。

所述碳化硅颗粒的SiC含量≥96wt％；所述碳化硅颗粒的粒度为0.088～5mm。

所述碳化硅细粉的SiC含量≥96wt％；所述碳化硅细粉的粒度≤0.088mm。

所述硅粉的Si含量≥95wt％，粒度≤0.088mm。

所述钛硅铁合金粉的粒度≤0.088mm。

所述结合剂为沥青、酚醛树脂、聚乙烯醇、淀粉、羟丙基甲基纤维素和羧甲基纤维素中的一种。

所述含氮气氛为埋碳气氛、或为氨气气氛、或为氮气气氛、或为氮气与氢气的混合气氛。