[发明专利]一种轻量化刚玉-碳化硅耐火材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种轻量化刚玉‑碳化硅耐火材料及其制备方法。其技术方案是：以25～32wt％的改性多孔刚玉陶瓷颗粒I和23～30wt％的改性多孔刚玉陶瓷颗粒II为骨料，以18～28wt％的改性多孔刚玉陶瓷细粉、13～20wt％的碳化硅细粉和3～5wt％的单质Si粉为基质，先将所述骨料置于搅拌机中，加入占所述骨料和所述基质之和4～7wt％的改性液态热固性酚醛树脂，混合，再加入基质，搅拌，机压成型，在200～250℃条件下热处理，然后在1190～1420℃和埋碳条件下保温4～10小时，冷却，制得轻量化刚玉‑碳化硅耐火材料。本发明所制制品具有导热系数低、强度高、热震稳定性能好、抗渣性能优异和抗氧化性能好的特点，适用于炼铁、炼焦和石油化工等高温工业的热工装备。

技术领域

本发明属于刚玉-碳化硅耐火材料技术领域。尤其涉及一种轻量化刚玉-碳化硅耐火材料及其制备方法。

背景技术

刚玉-碳化硅耐火材料被广泛应用在炼铁、炼焦和石油化工等高温工业的热工装备，是保障高温工业安全、稳定运行的重要基础材料。

目前，关于刚玉-碳化硅耐火材料的研究已有一些报道。如专利技术“一种塞隆结合刚玉-碳化硅质复合耐火材料的制备方法”(CN 201610158848.6)，以工业Si₃N₄-SiC废砖、烧结刚玉等为原料，制备了塞隆结合刚玉-碳化硅质复合耐火材料；又如文献技术(王征想，等.高强度刚玉碳化硅浇注料的研制.耐火与石灰，2011.36(4):15-17)，以棕刚玉、碳化硅、水泥、硅微粉、α-Al₂O₃等为原料，制备了刚玉-碳化硅耐火浇注料；又如文献技术(韩波，等.矾土基β-SiAlON结合刚玉-碳化硅复合材料的制备及性能.耐火材料，2006.40(4):265-268)，以电熔刚玉、碳化硅颗粒、Al₂O₃微粉、高铝矾土粉、Al粉和Si粉等为原料，制备了矾土基β-SiAlON结合刚玉-碳化硅复合材料。

但现有刚玉-碳化硅耐火材料仍存在一些不足：(1)制品采用刚玉、棕刚玉等致密骨料，密度大，制品导热系数过高，热量流失快，浪费能源；(2)制品中致密刚玉骨料的表面较为光滑，且与基质，特别是基质中非氧化物的界面相容性差，导致骨料/基质界面结合强度较低，不仅制品强度低，还限制了制品的热震稳定性能、抗渣性能和抗氧化性能的提高；(3)制品中碳化硅颗粒难与刚玉骨料以及基质中氧化物细粉产生颈部连接，制品强度低。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种导热系数低、强度高、热震稳定性能好、抗渣性能优异和抗氧化性能好的轻量化刚玉-碳化硅耐火材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案的具体步骤是：

步骤1、改性多孔刚玉陶瓷颗粒和改性多孔刚玉陶瓷细粉的制备

步骤1.1、将氢氧化铝细粉置于高温炉内，以1～3℃/min的速率升温至310～400℃，保温4～6h，自然冷却，得到孔隙率高的氧化铝粉体。

步骤1.2、按所述孔隙率高的氧化铝粉体∶轻烧菱镁矿微粉∶水的质量比为100∶(1.4～1.9)∶(2～4)，将所述孔隙率高的氧化铝粉体和所述轻烧菱镁矿微粉置于搅拌机中，加入所述水混合，搅拌15～23min，得到混合料。

步骤1.3、将所述混合料在150～200MPa条件下机压成型，再将成型后的坯体于110～160℃条件下干燥18～32h；然后将干燥后的坯体置于高温炉内，以3～5℃/min的速率升温至1650～1750℃，保温4～9h，自然冷却，得到以刚玉为主晶相的多孔刚玉陶瓷材料。

所述以刚玉为主晶相的多孔刚玉陶瓷材料：耐压强度为96～217MPa；显气孔率为22～38％；体积密度为2.41～3.04g/cm³；平均孔径为500nm～1.5μm，孔径分布为双孔峰，小孔峰为300～800nm，大孔峰为1.0～2.5μm。