[发明专利]一种纤维增强微孔氮化硅复合碳化硅砖及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纤维增强微孔氮化硅复合碳化硅砖及其制备方法。该碳化硅砖由碳化硅、氮化硅、金属硅、硅灰、树脂，经过不同粒径粉料与骨料的预混料、混料、压制砖坯、干燥、烧成等步骤制备而成。利用碳化硅，氮化硅，金属硅，硅灰为主要原料，以树脂为结合剂，经空气气氛下高温烧结制备而成，由于金属塑性相引入，树脂结合方式，使得新型碳化硅砖具有碳化硅纤维‑金属塑性相‑陶瓷复合结合结构，原位碳化硅纤维彼此交叉成网络，大幅提高材料的强度，抗侵蚀及耐磨性能；该产品具有低气孔、高强度，高热震稳定性，高耐磨和抗酸碱侵蚀性能优良等特点，在垃圾焚烧炉侧墙等关键区域具有很好的应用性能。

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域。具体涉及一种纤维增强微孔氮化硅复合碳化硅砖及其制备方法。

背景技术

人类日常生活和工业生产中产生的固体废弃物，排出量大，成分复杂多样，且具有污染性、资源性和社会性，如不能妥善处理，就会污染环境，影响环境卫生，浪费资源，破坏生产生活安全，破坏社会和谐。因此，需要无害化、资源化、减量化和社会化处理。目前采用焚烧炉焚烧垃圾已成为循环经济的重要组成部分，将废弃资源和废旧材料回收再利用，不但解决了资源短缺问题，同时降低了垃圾排放。

随着垃圾的大量排放及对环保的严格要求，垃圾焚烧炉已在垃圾处理中已得到极为广泛的应用。碳化硅耐火材料由于其良好的性能而常使用于生活垃圾焚烧炉中。这一应用是基于这种材料的特殊性以及抗侵蚀和冲刷的热力学属性。随着垃圾焚烧炉焚烧的垃圾种类变得复杂，垃圾为不同组成的非均匀性混合物时，其类型、数量和热含量方面也有很大差别；且处理垃圾量越来越大，对垃圾焚烧炉内衬的物理和化学性能适应性提出更高要求。

目前，垃圾焚烧炉采用的碳化硅砖大多为将碳化硅配合矾土、结合黏土，采用纸浆为结合剂，虽然碳化硅本身具有较好的性能，但是采用这种结合方式制备得到的碳化硅砖气孔率高，抗侵蚀性能及耐磨性能较差，在垃圾焚烧炉侧墙使用寿命偏短。针对已有碳化硅砖存在的缺陷，现有技术中制备了氮化硅结合碳化硅砖，具体为将碳化硅与金属硅相结合，然后在氮化炉中氮化烧成，在烧成过程中金属硅原位生成氮化硅进而形成氮化硅结合碳化硅砖。该过程中，在氮气炉内，金属硅很难氮化充分，金属硅氮化不充分会引起所得产品的体积稳定性差，严重时会导致所得产品烧成或者在使用过程中出现开裂现象，严重影响使用效果。在一定程度上也大大降低了垃圾焚烧炉的使用寿命。

由于垃圾焚烧炉复杂的工作环境(如气体的侵蚀、垃圾在高温移动过程中对炉体内部的磨损和冲击)要求对原碳化硅砖进行优化升级，提供更优质的耐火材料内衬，满足垃圾焚烧炉特殊需求。

发明内容

本发明针对的技术问题是：现有技术中制备的碳化硅砖气孔率高，抗侵蚀性能及耐磨性能较差，在垃圾焚烧炉侧墙使用寿命偏短；制备的氮化硅结合碳化硅砖体积稳定性差，严重时会导致所得产品烧成或者在使用过程中出现开裂现象，严重影响使用效果。在一定程度上也大大降低了垃圾焚烧炉的使用寿命。

针对上述问题，本发明提供了一种纤维增强微孔氮化硅复合碳化硅砖及其制备方法。新型氮化硅复合碳化硅砖采用碳化硅、氮化硅、金属硅、硅灰为主要原料，以树脂为结合剂，新型氮化硅复合碳化硅砖具有碳化硅纤维-金属塑性相-陶瓷复合结合结构，超低气孔率且气孔为微孔结构，具有高强度、高热震稳定性、高耐磨和抗酸碱侵蚀性能优良等特点，其代替普通碳化硅砖及普通的氮化硅结合碳化硅砖，解决了由于普通碳化硅砖耐磨性能差、体积稳定性差，抗侵蚀不足等缺点，提高了各项性能、延长使用寿命、且降低了生产成本。

本发明是通过以下技术方案实现的一种纤维增强微孔氮化硅复合碳化硅砖，由以下重量百分含量的原料制备而成：碳化硅70％～85％，氮化硅3％～20％，金属硅2％～8％，硅灰3％～6％；外加占上述原料总重量2％～6％的树脂。

所述的纤维增强微孔氮化硅复合碳化硅砖，所述碳化硅中SiC的含量≥97％，碳化硅的体积密度>3.2g/cm³。