[发明专利]一种纳米硅原位生成陶瓷相增强型铝碳滑板及其制备工艺

说明书

本发明涉及一种纳米硅原位生成陶瓷相增强型铝碳滑板及其制备工艺，通过加入纳米硅粉，降低烧成温度，可生成填充孔隙、提高材料致密度的氧化物和非氧化物陶瓷增强相，改善材料的抗氧化性能，提高材料的力学性能；同时采用四氯化硅浸润鳞片石墨，使其对鳞片石墨表面改性，在氮化气氛下高温烧成，形成SiC/Si₃N₄复合陶瓷相，进一步提高材料的断裂能和抗热震稳定性。

技术领域

本发明涉及一种纳米硅原位生成陶瓷增强型铝碳滑板及其制备工艺，属于无机非金属材料领域。

背景技术

滑动水口主要用于钢包和中间包的钢流控制系统，为无氧化连铸保护系统的重要组成部分之一。滑板在使用时要承受高温钢液的化学侵蚀、物理冲刷以及剧烈的热冲击，使用条件十分苛刻。目前国内外滑板材料以高温烧成的铝碳和铝锆碳质为主，其中高温烧成铝碳滑板质量稳定，性价比高，使用量更大。

滑板常用的抗氧化剂主要有金属Al、Si 等，在滑板烧成或高温使用过程中与基体中的C 以及气氛中的CO 和N₂ 反应原位生成纤维状或针状碳化物、氮化物增强增韧相，从而显著提高材料高温使用性能，取得了较好的使用效果，同时，金属Al的加入，生产AlN等不稳定相，烧成滑板在潮湿的条件下出现水化现象。

随着洁净钢冶炼比例的增加，对滑板的抗热震性和抗侵蚀性提出更高要求。 纳米粉体逐步被引入到耐火材料的生产制备中，纳米粉具有较好的填充作用，易使材料结构致密化、气孔微细化，可提高抗侵蚀性；在材料中易形成以纳米颗粒为核的类似于“晶内型”的复合结构，可提高材料的抗热震性，此外，纳米粉还具有降低烧结温度、提高反应活性和增强结合的作用等。

本发明研究开发纳米硅原位生成陶瓷相增强型铝碳滑板，在滑板中添加纳米硅，改善滑板的抗氧化性能，提高材料的力学性能，满足特种钢苛刻的使用条件及安全使用要求。

发明内容

本发明涉及一种纳米硅原位生成陶瓷相增强型铝碳滑板及其制备工艺，通过加入纳米硅粉，有效降低烧成温度，可生成填充孔隙、提高材料致密度的氧化物和非氧化物陶瓷增强相，改善材料的抗氧化性能，提高材料的力学性能；同时采用四氯化硅浸润鳞片石墨，使其对鳞片石墨表面改性，在氮化气氛下（1400~1500℃）高温烧成，形成SiC/Si₃N₄复合陶瓷相，进一步提高材料的断裂能和抗热震性。滑板在生产和服役过程中，材料的结合方式主要有树脂结合、碳结合，陶瓷增强结合等多种形式，保持了材料强度一致性，并提高材料的热震稳定性。

本发明的配方（重量和粒度含量）如下：

（1）粒度4～2mm的莫来石20～30%

（2）粒度2～1mm的烧结刚玉12～20%

（3）粒度1～0mm的烧结刚玉20～32%

（4）粒度0.045mm的烧结刚玉8～14%

（5）粒度0.088mm的维罗泥3～6%

（6）粒度2μm的α-Al₂O₃微粉8～12%

（7）纳米硅粉2～4%

（8）-194鳞片石墨 3～6%

（9）酚醛树脂+ 4～6%（另外加入，不计入原料总质量百分比。）

（10）高纯四氯化硅液体

所述的莫来石为市售耐火原料，其中Al₂O₃70%～72%、Fe₂O₃≤0.8%；