[发明专利]一种低碳耐火材料添加剂、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种低碳耐火材料添加剂、制备方法及应用，低碳耐火材料添加剂表现为碳纳米管/氧化镁复合粉，碳纳米管/氧化镁复合粉中总碳含量约为4～5wt％，碳表现为碳纳米管和类似于石墨烯状包覆于氧化镁晶粒表面的碳层，氧化镁表现为氧化镁晶粒和氧化镁纤维。本发明方法具有原料简单低廉、生产工艺简单，耗时短，能耗低，环保的特点，是一种便捷、高效的碳纳米管/氧化镁复合粉的制备方法，所制备的碳纳米管/氧化镁复合粉可有效提高低碳耐火材料的抗热震性、抗渣性和抗氧化性等。

技术领域

本发明属于无机复合材料技术领域，具体涉及一种低碳耐火材料添加剂、制备方法及应用。

背景技术

含碳耐火材料具有优异的高温特性，主要得益于其中石墨的不润湿性和高的热导率。由于高温下石墨被氧化后含碳耐火材料会出现许多孔隙，降低了耐火材料的力学性能；且应冶金工业洁净钢要求，需要减少含碳耐火材料中的石墨，因此会导致含碳耐火材料的良好性能下降。许多新型纳米碳的发现，能够在降碳含量的同时保持含碳耐火材料的优异性能。

纳米碳粒径小，比表面积大，具有纳米材料特有的性能，能够吸收断裂能、平衡扩散应力，对提高含碳耐火材料的性能有很大帮助。但是实际中纳米碳制备成本高，工艺复杂，而且在耐火材料中难分散，易团聚，这些问题限制了其优势的发挥。通过制备出纳米碳/氧化物复合粉，将其引入低碳耐火材料的方式向其中引入纳米碳，并促进新的陶瓷相的生成可以提高低碳耐火材料的抗热震性能、抗氧化性和抗渣性，提高其服役稳定性并延长其使用寿命。然而，现有纳米碳/氧化物复合粉体制备技术大多工艺复杂，成本较高，工业化推广难度较大。因此，发展新的低成本纳米碳/氧化物复合粉体制备技术对于低碳耐火材料的发展至关重要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明采用高效的一步催化燃烧合成法，通过仅为固相的原料制备出一种低碳耐火材料添加剂—碳纳米管/氧化镁复合粉，复合粉中存在较高长径比的碳纳米管，部分氧化镁颗粒被薄碳层包裹且存在部分氧化镁纤维，将其引入含碳耐火材料中可以有效解决纳米碳难分散的问题，纤维状的氧化镁和高长径比的碳纳米管在耐火材料中可以起到协同增强作用，并有利于陶瓷相的生成，能有效提高耐火材料的性能。

为了实现上述任务，本发明采取如下技术解决方案：

一种低碳耐火材料添加剂，所述的添加剂中含有碳纳米管、氧化镁晶粒及氧化镁纤维，部分氧化镁晶粒被碳层包裹；碳纳米管长2.5～3μm，碳纳米管内径为4.5～5.5nm，碳纳米管外径为19～21nm；添加剂中的碳含量为4～5wt％。

可选的，所述的添加剂的制备原料为草酸镁和镁粉，催化剂为硝酸镍、二茂铁和氯化铁中的一种。

可选的，所述的草酸镁和镁粉以摩尔比计为1：2～5，催化剂的质量百分比为0～1.5％。

可选的，所述的草酸镁和镁粉的摩尔比为1：4，催化剂为硝酸镍，质量百分含量为0～1％。

可选的，所述的草酸镁为无水草酸镁，纯度≥99％，粒度50μm；所述的镁粉的纯度≥99.5％，粒径75μm。

可选的，所述添加剂的制备方法，包括以下步骤：将草酸镁、镁粉与催化剂按配方混合后干压成型，通过一步催化燃烧合成法制备，即得到碳纳米管/氧化镁复合粉。

可选的，具体包括：将草酸镁、镁粉和催化剂按比例混合后，在2MPa压力下制备φ20mm×30mm的圆柱状试样，放入自蔓延高温炉中进行催化燃烧合成。

一种低碳耐火材料添加剂的制备方法，所述的低碳耐火材料添加剂为本发明所述的低碳耐火材料添加剂；

制备方法包括：

将草酸镁、镁粉和催化剂按比例混合后，在2MPa压力下制备φ20mm×30mm的圆柱状试样，放入自蔓延高温炉中进行催化燃烧合成。

本发明所述的低碳耐火材料添加剂用于制备耐火材料的应用。