專利名稱：鎂橄欖石-C合成的MgO-SiC-C質(zhì)材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于以鎂橄欖石(2MgOSi02)、工業(yè)炭粉(C)為基料的復(fù)合材料領(lǐng)域，尤其涉 及一種以鎂橄欖石和C合成的MgO-SiC-C質(zhì)材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
MgO-SiC-C質(zhì)復(fù)合材料具有優(yōu)良的耐高溫性能和熱穩(wěn)定性能，可用于有色金屬和鋼鐵冶 煉設(shè)備，也可以制備成優(yōu)質(zhì)的耐高溫隔熱保溫材料和高溫窯爐的墻體材料，尤其適用于生產(chǎn) 低碳鋼和超低碳鋼等潔凈鋼的鋼包內(nèi)襯與精煉爐襯，取代MgO-C質(zhì)材料，有利于鋼的質(zhì)量， 具有良好的使用效果。
MgO-SiC-C質(zhì)復(fù)合材料現(xiàn)有的生產(chǎn)制備方法是用鎂砂和工業(yè)SiC為主要原料，以酚醛樹 脂為結(jié)合劑，采用機(jī)械混合后再經(jīng)壓力機(jī)械壓制成型而生產(chǎn)的(如ZL200610019553.7)，這 類方法的優(yōu)點(diǎn)是以工業(yè)SiC代替石墨(C)，以保證材料的抗侵蝕性和抗熱震性能，問題是鎂 砂資源日益緊張，鎂砂和工業(yè)SiC的市場(chǎng)價(jià)格越來越高，MgO-SiC-C質(zhì)復(fù)合材料的生產(chǎn)成本 也隨之不斷提高；另外，MgO和SiC是通過酚醛樹脂結(jié)合的，酚醛樹脂在高溫下的結(jié)合作用 較差，影響材料的高溫強(qiáng)度和抗沖刷性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種原料資源豐富、生產(chǎn)成本低、工藝簡(jiǎn)單的用鎂橄欖石礦粉和工 業(yè)C粉制備MgO-SiC-C質(zhì)復(fù)合材料的方法；用該方法所制備的MgO-SiC-C質(zhì)復(fù)合材料可降 低成本、保持材料優(yōu)良的性能。
為實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是按摩爾比先將l 4mol的鎂橄欖石礦粉 和3 6mol的C粉混合，外加上述混合料質(zhì)量百分含量4 10%的結(jié)合劑，攪拌或混碾10 30分鐘，經(jīng)壓制成型后干燥。然后在還原氣氛下燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1450 1700°C，保溫時(shí)間 為2 8小時(shí)，得MgO-SiC-C質(zhì)復(fù)合材料。其中
所述的干燥是在60 11(TC條件下烘干12 24小時(shí)，或在室內(nèi)自然干燥24 48小時(shí)；
所述的鎂橄欖石礦粉的MgO含量^38%，粒度為0.2 0mm;
所述的工業(yè)炭粉的C含量^ 80%,粒度為0.1 0 mm;
所述的結(jié)合劑或?yàn)榉尤渲?，或?yàn)槟举|(zhì)素磺酸鈣、木質(zhì)素磺酸鈉、亞硫酸紙漿廢液、工業(yè)糊精粉、聚乙烯醇中的一種結(jié)合劑或一種以上的混合劑；除酚醛樹脂外，結(jié)合劑使用時(shí)先 調(diào)制為水溶液。
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明所采用的工業(yè)炭粉原料來源廣泛、鎂橄欖石礦的資源豐 富，不僅可有效解決鎂砂資源緊缺的問題，且生產(chǎn)成本低。
本發(fā)明所制備的MgO-SiC-C質(zhì)復(fù)合材料中，SiC是在該材料內(nèi)部由鎂橄欖石和C反應(yīng)生 成的，與MgO結(jié)合良好，有利于提高材料的性能。SiC不僅是非常耐高溫的材料，具有優(yōu)良 的抗渣性能，而且熱膨脹率很低，可防止在使用中由于反復(fù)加熱冷卻產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力過大而引起 爐襯材料的開裂和剝落。另外，在高溫使用條件下部分SiC氧化變成氣態(tài)SiO遷移到磚的表 層，然后又與高溫空氣反應(yīng)氧化變成固態(tài)的Si02，可填塞爐襯材料的表面孔隙，使襯體材料 表層致密化，阻止渣的滲透，能減緩材料的蝕損，使用壽命延長(zhǎng)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，并不是對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。 實(shí)施例l
一種鎂橄欖石-C合成的MgO-SiC-C質(zhì)材料的制備方法。按摩爾比先將l 1.3mol的鎂 橄欖石礦粉和3 3.5mol的C粉混合，外加上述混合料7 8wtM的木質(zhì)素磺酸鈉與磺酸鈣并 調(diào)制為水溶液，攪拌10 30分鐘，經(jīng)壓制成型后在60 9(TC條件下烘干18 24小時(shí)。然后 在還原氣氛下燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1680 1700°C，保溫時(shí)間為3 4小時(shí)，得MgO-SiC-C質(zhì)復(fù) 合材料。
其中鎂橄欖石礦粉的MgO含量^38%，粒度為0.2 0mm;工業(yè)炭粉的C含量^ 80%， 粒度為0.1 0mm。 實(shí)施例2
一種鎂橄欖石-C合成的MgO-SiC-C質(zhì)材料的制備方法。按摩爾比先將l 1.5mol的鎂橄 欖石礦粉和3.5 4mol的C粉混合，外加上述混合料7 7.8 wt %的木質(zhì)素磺酸鈉與磺酸鈣并 調(diào)制為水溶液，混碾10 30分鐘，經(jīng)壓制成型后在60 9(TC條件下烘干18 24小時(shí)后干燥。 然后在還原氣氛下燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1650 1700°C，保溫時(shí)間為2 3小時(shí)，得MgO-SiC-C 質(zhì)復(fù)合材料。其余同實(shí)施例1. 實(shí)施例3
一種鎂橄欖石-C合成的MgO-SiC-C質(zhì)材料的制備方法。按摩爾比先將l 1.5mol的鎂橄 欖石礦粉和4 4.5mol的C粉混合，外加上述混合料8 9 wt。/。的亞硫酸紙漿廢液并調(diào)制為水溶液，混碾10 30分鐘，經(jīng)壓制成型后在室內(nèi)自然干燥24 36小時(shí)。然后在還原氣氛下燒 結(jié)，燒結(jié)溫度為1500 1550°C，保溫時(shí)間為6 7小時(shí)，得MgO-SiC-C質(zhì)復(fù)合材料。其余同 實(shí)施例1. 實(shí)施例4
—種鎂橄欖石-C合成的MgO-SiC-C質(zhì)材料的制備方法。按摩爾比先將l 1.6mol的鎂橄 欖石礦粉和4.5 4.8mol的C粉混合，外加上述混合料5.5 6.5wtM的酚醛樹脂，攪拌10 30 分鐘，經(jīng)壓制成型后在90 11(TC條件下烘干12 18小時(shí)。然后在還原氣氛下燒結(jié)，燒結(jié)溫 度為1580 1620°C，保溫時(shí)間為4 5小時(shí)，得MgO-SiC-C質(zhì)復(fù)合材料。其余同實(shí)施例1. 實(shí)施例5
一種鎂橄欖石-C合成的MgO-SiC-C質(zhì)材料的制備方法。按摩爾比先將l 1.6mol的鎂橄 欖石礦粉和4.8 5mol的C粉混合，外加上述混合料9 10wt。/。的亞硫酸紙漿廢液并調(diào)制為水 溶液，混碾10 30分鐘，經(jīng)壓制成型后90 110'C條件下烘干12 18小時(shí)。然后在還原氣 氛下燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1450 1600°C，保溫時(shí)間為5 8小時(shí)，得MgO-SiC-C質(zhì)復(fù)合材料。 其余同實(shí)施例1. 實(shí)施例6
一種鎂橄欖石-C合成的MgO-SiC-C質(zhì)材料的制備方法。按摩爾比先將l 1.8mol的鎂橄 欖石礦粉和5 6mol的C粉混合，外加上述混合料6 6.5wt。/。的酚醛樹脂，混碾10 30分鐘， 經(jīng)壓制成型后80 100'C條件下烘干16 24小時(shí)。然后在還原氣氛下燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1450 1550'C，保溫時(shí)間為6 8小時(shí)，得MgO-SiC-C質(zhì)復(fù)合材料。其余同實(shí)施例1. 實(shí)施例7
一種鎂橄欖石-C合成的MgO-SiC-C質(zhì)材料的制備方法。按摩爾比先將1.8 2mol的鎂橄 欖石礦粉和3 4mol的C粉混合，外加上述混合料5.5 6.5wtn/。的木質(zhì)素磺酸鈉并調(diào)制為水 溶液，攪拌10 30分鐘，經(jīng)壓制成型后在室內(nèi)自然干燥36 48小時(shí)。然后在還原氣氛下燒 結(jié)，燒結(jié)溫度為1500 1550°C，保溫時(shí)間為6 8小時(shí)，得MgO-SiC-C質(zhì)復(fù)合材料。其余同 實(shí)施例1。 實(shí)施例8
—種鎂橄欖石-C合成的MgO-SiC-C質(zhì)材料的制備方法。按摩爾比先將1.8 2.2mol的鎂 橄欖石礦粉和4 5mol的C粉混合，外加上述混合料4 10wt。/。的酚醛樹脂，攪拌10 30分 鐘，經(jīng)壓制成型后在60 110。C條件下烘干12 24小時(shí)。然后在還原氣氛下燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1600 1700°C，保溫時(shí)間為4 6小時(shí)，得MgO-SiC-C質(zhì)復(fù)合材料。其余同實(shí)施例1. 實(shí)施例9
一種鎂橄欖石-C合成的MgO-SiC-C質(zhì)材料的制備方法。按摩爾比先將2 2.5mol的鎂橄 欖石礦粉和5 5.5mol的C粉混合，外加上述混合料4 10wt。/。的木質(zhì)素磺酸鈣并調(diào)制為水溶 液，混碾10 30分鐘，壓制成型后在60 9(TC條件下烘干18 24小時(shí)。然后在還原氣氛下 燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1630 1680°C，保溫時(shí)間為4 5小時(shí)，得MgO-SiC-C質(zhì)復(fù)合材料。其余 同實(shí)施例1。 實(shí)施例10
一種鎂橄欖石-C合成的MgO-SiC-C質(zhì)材料的制備方法。按摩爾比先將2.5 2.8mol的鎂 橄欖石礦粉和5.5 6mol的C粉混合，外加上述混合料6 7wtn/。的亞硫酸紙漿廢液并調(diào)制為 水溶液，混碾10 30分鐘，經(jīng)壓制成型后在90 11(TC條件下烘干12 20小時(shí)。然后在還 原氣氛下燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1650 178(TC，保溫時(shí)間為3 4小時(shí)，得MgO-SiC-C質(zhì)復(fù)合材 料。其余同實(shí)施例l。 實(shí)施例11
一種鎂橄欖石-C合成的MgO-SiC-C質(zhì)材料的制備方法。按摩爾比先將2.8 3md的鎂橄 欖石礦粉和4 4.8mol的C粉混合，外加上述混合料7 7.5wt。/。的木質(zhì)素磺酸鈉并調(diào)制為水 溶液后混碾10 30分鐘，經(jīng)壓制成型后在70 10(TC條件下烘千16 22小時(shí)。然后在還原 氣氛下燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1450 170(TC，保溫時(shí)間為2 8小時(shí)，得MgO-SiC-C質(zhì)復(fù)合材料。 其余同實(shí)施例l。 實(shí)施例12
一種鎂橄欖石-C合成的MgO-SiC-C質(zhì)材料的制備方法。按摩爾比先將3 3.5mol的鎂橄 欖石礦粉和5 6mol的C粉混合，外加上述混合料5 6wtn/。的亞硫酸紙槳廢液并調(diào)制為水溶 液，混碾10 30分鐘，經(jīng)壓制成型后在60 11(TC條件下烘干12 24小時(shí)。然后在還原氣 氛下燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1550 1600'C，保溫時(shí)間為5 6小時(shí)，得MgO-SiC-C質(zhì)復(fù)合材料。 其余同實(shí)施例l。 實(shí)施例13
一種鎂橄欖石-C合成的MgO-SiC-C質(zhì)材料的制備方法。按摩爾比先將3.3 3.8mol的鎂 橄欖石礦粉和4 5mol的C粉混合，外加上述混合料4 5wtW的工業(yè)糊精粉并調(diào)制為水溶液， 混碾10 30分鐘，經(jīng)壓制成型后在90 11(TC條件下烘千12 18小時(shí)。然后在還原氣氛下燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1530 1580°C，保溫時(shí)間為7 8小時(shí)，得MgO-SiC-C質(zhì)復(fù)合材料。其余 同實(shí)施例1。 實(shí)施例14
一種鎂橄欖石-C合成的MgO-SiC-C質(zhì)材料的制備方法。按摩爾比先將3.8 4mol的鎂橄 欖石礦粉和3 4mol的C粉混合，外加上述混合料4 10wtQ/。的木質(zhì)素磺酸鈉并調(diào)制為水溶 液后混碾10 30分鐘，經(jīng)壓制成型后在60 9(TC條件下烘干18 24小時(shí)。然后在還原氣氛 下燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1450 1700'C，保溫時(shí)間為2 8小時(shí)，得MgO-SiC-C質(zhì)復(fù)合材料。其 余同實(shí)施例1。 實(shí)施例15
一種鎂橄欖石-C合成的MgO-SiC-C質(zhì)材料的制備方法。按摩爾比先將3.5 4mol的鎂橄 欖石礦粉和5 5.5mol的C粉混合，外加上述混合料5.5 6.5wt。/。的聚乙烯醇并調(diào)制為水溶液， 混碾10 30分鐘，壓制成型后在室內(nèi)自然干燥30 40小時(shí)。然后在還原氣氛下燒結(jié)，燒結(jié) 溫度為1600 1650°C，保溫時(shí)間為4 5小時(shí)，得MgO-SiC-C質(zhì)復(fù)合材料。其余同實(shí)施例1。 實(shí)施例16
一種鎂橄欖石-C合成的MgO-SiC-C質(zhì)材料的制備方法。按摩爾比先將3.6 4mol的鎂橄 欖石礦粉和5.5 6mol的C粉混合，外加上述混合料5.5 6.3wt。/o的工業(yè)糊精粉并調(diào)制成的水 溶液，混碾10 30分鐘，經(jīng)壓制成型后在60 110"C條件下烘干12 24小時(shí)。然后在還原 氣氛下燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1650 1700°C，保溫時(shí)間為3 4小時(shí)，得MgO-SiC-C質(zhì)復(fù)合材料。 其余同實(shí)施例l。
本實(shí)施例1 16所采用的工業(yè)炭粉原料來源廣泛、鎂橄欖石礦的資源豐富，不僅可有效解 決鎂砂資源緊缺的問題，且生產(chǎn)成本低。
本實(shí)施例1~16所制備的MgO-SiC-C質(zhì)復(fù)合材料中，SiC是在該材料內(nèi)部由鎂橄欖石和C 反應(yīng)生成的，與MgO結(jié)合良好，有利于提高材料的性能。SiC不僅是非常耐高溫的材料，具 有優(yōu)良的抗渣性能，而且熱膨脹率很低，可防止在使用中由于反復(fù)加熱冷卻產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力過大 而引起爐襯材料的開裂和剝落。另外，在高溫使用條件下部分SiC氧化變成氣態(tài)SiO遷移到 磚的表層，然后又與高溫空氣反應(yīng)氧化變成固態(tài)的Si02，可填塞爐襯材料的表面孔隙，使襯 體材料表層致密化，阻止渣的滲透，減緩材料的蝕損，延長(zhǎng)使用壽命。
權(quán)利要求
1、一種鎂橄欖石-C合成的MgO-SiC-C質(zhì)材料的制備方法，其特征在于按摩爾比先將1～4mol的鎂橄欖石礦粉和3～6mol的C粉混合，外加上述混合料質(zhì)量百分含量4～10％的結(jié)合劑，攪拌或混碾10～30分鐘，經(jīng)壓制成型后干燥，然后在還原氣氛下燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1450～1700℃，保溫時(shí)間為2～8小時(shí)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂橄欖石-C合成的MgO-SiC-C質(zhì)材料的制備方法，其特征在 于所述的干燥是在60 11(TC條件下烘干12 24小時(shí)，或在室內(nèi)自然干燥24 48小時(shí)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的鎂橄欖石-C合成的MgO-SiC-C質(zhì)材料的制備方法，其特征在 于所述的鎂橄欖石的MgO含量^38%，粒度為0.2 0mm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂橄欖石-C合成的MgO-SiC-C質(zhì)材料的制備方法，其特征在 于所述的工業(yè)炭粉的C含量2 80。/。，粒度為0.1 0mm。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂橄欖石-C合成的MgO-SiC-C質(zhì)材料的制備方法，其特征在 于所述的結(jié)合劑或?yàn)榉尤渲?，或?yàn)槟举|(zhì)素磺酸鈣、木質(zhì)素磺酸鈉、亞硫酸紙漿廢液、工業(yè) 糊精粉、聚乙烯醇中的一種結(jié)合劑或一種以上的混合劑除酚醛樹脂外，其他結(jié)合劑使用時(shí) 先調(diào)制為水溶液。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1 5項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的鎂橄欖石-C合成的MgO-SiC-C質(zhì)材料的制備 方法所制備的MgO-SiC-C質(zhì)復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以鎂橄欖石和C合成的MgO-SiC-C質(zhì)材料及其制備方法。所采用的技術(shù)方案是按摩爾比先將1～4mol的鎂橄欖石礦粉和3～6mol的C粉混合，外加上述混合料質(zhì)量百分含量4～10％的結(jié)合劑，攪拌或混碾10～30分鐘，經(jīng)壓制成型后干燥。然后在還原氣氛下燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1450～1700℃，保溫時(shí)間為2～8小時(shí)，得MgO-SiC-C質(zhì)復(fù)合材料。本發(fā)明所采用的工業(yè)炭粉原料來源廣泛、鎂橄欖石礦的資源豐富，不僅可有效解決鎂砂資源緊缺的問題，且生產(chǎn)成本低。所制備的MgO-SiC-C質(zhì)復(fù)合材料，可保持材料優(yōu)良的性能，能減緩材料的蝕損，使用壽命延長(zhǎng)。
文檔編號(hào)C04B35/66GK101306952SQ20081004825
公開日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2008年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月3日
發(fā)明者晨 白, 祝洪喜, 鄧承繼 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)