[发明专利]一种轻质高强碳化硅节能窑具及其制备方法

说明书

本发明涉及一种轻质高强碳化硅节能窑具及其制备方法，所述轻质高强碳化硅节能窑具的组成中碳化硅含量不低于98%，且内部存在球形气孔，孔隙率为30～55vol%，孔径为5～40μm。

技术领域

本发明涉及一种轻质高强碳化硅节能窑具及其制备方法。

背景技术

窑具广泛应用于日用陶瓷、耐火材料、电陶、磨料等高温行业，包括匣钵、承烧板、支撑梁、立柱等。作为高温行业的基础性材料，窑具质量与性能的好坏对烧成制品的质量、能耗、合格率、等级率、生产成本等起到举足轻重的作用。窑具对材料性能的要求包括：1)高温强度好；2)导热性高，以提高窑具材料的热效；3)良好的抗高温蠕变性与抗热震性；4)轻质，以降低由于窑具蓄热导致的能源消耗；5)厚度薄，以提高窑炉的填装量。碳化硅陶瓷具有高温强度好,耐化学腐蚀性优异，导热率高、热膨胀系数低等特性，故碳化硅窑具具有强度高、重量轻、导热系数大、厚度薄、使用寿命长(一般80～100次)等优点，长期使用几乎不变形，可装填量大，有利于提高产品的合格率和等级率，且节能效果明显，是一种理想的高档窑具。

常用的碳化硅窑具包括氧化物结合碳化硅窑具、氮化硅结合碳化硅(N-SiC)窑具、反应烧结碳化硅(RBSC)窑具、重结晶碳化硅(R-SiC)窑具。氧化物结合碳化硅窑具，高温荷重软化温度低于1200℃，容易发生蠕变而变形，影响使用寿命。N-SiC与RBSC窑具其本质是反应结合的碳化硅窑具，制备过程中容易出现反应不充分，残留单质硅，进而导致高温下强度下降明显，且容易发生氧化现象，因此N-SiC窑具、RBSC窑具的使用温度均低于1350℃。R-SiC是以粗细级配的碳化硅为原料，在惰性气体、2200～2450℃温度下，发生蒸发-凝聚再结晶作用，在粗颗粒接触处发生颗粒共生形成的烧结体。R-SiC作为一种高档窑具材料，国产制品可在1350～1400℃下长期使用，进口产品可长期使用于1500℃。例如，郭玉广等以高纯SiC粉(＞99％，粗细级配比为6:4)为主要原料，通过注浆成型、捣打成型、挤出成型和等静压成型，在2450℃下烧成得到高纯R-SiC窑具。R-SiC窑具由于高的纯度且存在一定孔隙率(10～20％)，而具有好的高温强度、导热率、抗热震性和抗氧化性。然而，R-SiC窑具制备温度高达2200～2450℃，生产过程中能耗大，成本相对较高；同时R-SiC窑具的孔隙率通常为10～20％，强度为80～100MPa，在满足使用强度要求的条件下，孔隙率难以进一步提升，密度仍然相对较高，节能效果的改善受到限制。

常压固相烧结碳化硅陶瓷(S-SiC)具有高的纯度、好的高温强度、优异的抗氧化性，且具有极佳的耐磨性和良好的热导率，因此，S-SiC也是一种理想的高温结构材料，可用于1600℃的高温环境，然而市场中的S-SiC陶瓷多为致密材料，抗热震相对较差，故较少用作窑具材料。

发明内容

针对传统碳化硅窑具强度(尤其是高温强度)低、密度偏高、节能效果有限等问题，本发明的目的在于提出一种轻质高强碳化硅节能窑具及其制备方法。主要通过在耐高温、高温强度好的常压固相烧结碳化硅陶瓷中引入球形气孔，大幅改善材料的抗热震性并降低材料的密度，显著提升碳化硅窑具材料节能效果。

一种轻质高强碳化硅节能窑具，所述轻质高强碳化硅节能窑具的组成中碳化硅含量不低于98％，且内部存在球形气孔，孔隙率为30～55vol％，孔径为5～40μm。

较佳的，所述轻质高强碳化硅节能窑具的密度为1.4～2.5g/cm³，室温下抗弯强度不低于100MPa，1350℃下抗弯强度不低于80MPa。

较佳的，所述轻质高强碳化硅节能窑具为坩埚、匣钵、辊棒、或硼板。

另一方面，本发明提供了一种如上述轻质高强碳化硅节能窑具的制备方法，包括：

(1)将SiC粉体、硼源、碳源和球形有机造孔剂混合后并压制成型，得到素坯；

(2)将所得素坯在1750～2200℃下烧结，得到所述轻质高强碳化硅节能窑具；