專利名稱：一種氧氮化硅結合碳化硅高溫陶瓷材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于高溫陶瓷材料技術領域，是一種氧氮化硅結合碳化硅高溫陶瓷材料及其制備方法。
背景技術：
碳化硅是典型的多晶型化合物，按大類分有a-碳化硅和e-碳化硅兩種，其中的e-碳化硅是制備碳化硅類陶瓷的主要原料。碳化硅耐火材料具有強度高、導熱系數(shù)大、抗熱震性
好、耐磨損、抗侵蝕等優(yōu)良的高溫性能，是一種優(yōu)質(zhì)高溫陶瓷材料；在冶金、能源、化工等
行業(yè)得到廣泛應用。
目前，市面上的碳化硅制品以其結合方式主要有以下兩大類
(1) 、傳統(tǒng)結合方式(氧化硅結合碳化硅)，大多以粘土、 Si02微粉結合劑，此類產(chǎn)品的高溫性能較差，已逐步被淘汰。
(2) 、 Si3N4 (或sialon)結合SiC (氮化硅結合碳化硅或賽隆結合碳化硅)，它是以Si粉、SiC為主要原料，經(jīng)壓制成形后，在N2氣氛保護下的電阻爐中合成Si3N4或sialon，從而把SiC結合起來。這是一種新型高溫陶瓷材料，已廣泛應用于高溫工程領域。但這種產(chǎn)品生產(chǎn)工藝過程中的兩個環(huán)節(jié) 一是機壓成形需要大噸位振動加壓成形機或其它壓磚機；二是在電加熱條件下用高純N2作保護和反應物；這就造成此類產(chǎn)品存在著生產(chǎn)設備投資大、能耗高、工藝時間長、形狀受限等問題，也就限制了它的應用范圍和效益。
此外，肖壽仁的"氮化物結合碳化硅耐火材料的研制及其現(xiàn)狀"(冶金能源，2007，26(1):44-48) —文中，還概述了Si2N20結合SiC (氮氧化硅結合碳化硅)材料的研究現(xiàn)狀，其生產(chǎn)方法將碳化硅、二氧化硅、粘土以及添加物制成生壞，埋碳或通入氮氣在不同溫度和壓力下燒成，反應生成板橋狀氮氧化硅分布于碳化硅顆粒周圍，將其緊密結合，使碳化硅保持優(yōu)良的抗氧化性和抗熱震能力。但是，對這類材料的研究還不夠成熟，加壓成形工藝等仍然具有設備投資大、能耗高、生產(chǎn)周期長等問題，生產(chǎn)成本仍然太高，因而限制了其廣泛應用；仍需進行大量深入研究工作，以提高材料性能，同時降低生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新的氧氮化硅結合碳化硅高溫陶瓷材料，通過對材料中各組分及其用量的優(yōu)化，獲得具有良好性能的高溫陶瓷材料。本發(fā)明的另一個目的是提供一種上述氧氮化硅結合碳化硅高溫陶瓷材料的制備方法。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案如下
一種氧氮化硅結合碳化硅高溫陶瓷材料，由骨料、粉料、外加劑和結合劑組成；其中以骨料和粉料的質(zhì)量之和為總質(zhì)量100%計，骨料含量為65-75%，粉料含量為25-35%;外加劑為五氧化二釩，其添加量占總質(zhì)量的O. 2-0. 5%;結合劑包括質(zhì)量百分比濃度為50%的木質(zhì)磺酸鈉溶液(指水溶液，下同)、質(zhì)量百分比濃度為6%的聚乙烯醇溶液、糊精，三者的添加量分別占產(chǎn)品總質(zhì)量的3-4%、 1-1.5%、 0.3-0.8%;
上述組分中的骨料，為碳化硅骨料，其中SiC含量》97。/。，粒度為0-2mm (〉0且《2mm);
上述組分的粉料，包括碳化硅粉、硅粉、氮化硅粉、球粘土粉和二氧化硅微粉；仍以骨料和粉料的質(zhì)量之和為總質(zhì)量100%計，碳化硅粉的含量占8-15%，硅粉的含量占4-6%，氮化硅粉的含量占7-15%，球粘土粉的含量占2-4%， 二氧化硅微粉占總質(zhì)量的1-2%。
各種粉料的主要成分含量及粒度等指標分別為碳化硅粉中SiC含量》97。/。，粒度《320目；硅粉中Si含量S 99。/。，粒度《1000目；氮化硅粉中Si3N4含量S 99。/。，粒度《320目；球粘土粉中Al203含量S 33。/。，粒度《1000目，二氧化硅微粉中Si02含量S 95。/。，粒度《lym。
本發(fā)明上述YDT氧氮化硅結合碳化硅高溫陶瓷材料，按照包括下述步驟的方法制備，可以縮短生產(chǎn)流程、降低設備投資，降低能耗和生產(chǎn)成本，并且可大規(guī)模機械化施工，大大加快施工速度
(1) 、配料按照上述骨料、粉料和外加劑的配比計量配料，并在攪拌機中混勻；
(2) 、碾料將已攪拌混勻的混合料移入混碾機中，依次加入結合劑糊精、聚乙烯醇溶液、木質(zhì)磺酸鈉溶液，充分混碾30分鐘；
(3) 、搗打成形將混碾后的混合料置于模具中搗打成形，制得生坯；
(4) 、帶模養(yǎng)護將成形生坯帶模養(yǎng)護24小時；
(5) 、帶模烘烤將帶模生坯置于烘房中烘烤，其升保溫制度如下
(a) 、室溫 7(TC，升溫8小時，7(TC保溫8小時；
(b) 、 70 110°C，升溫8小時，11(TC保溫24小時；
(6) 、脫模檢驗，修整；
(7) 、燒結坯料烘燒是產(chǎn)品生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，將檢驗合格的坯件置于燃氣高溫爐中燒結，按如下步驟進行
a) 、 0 8小時，由室溫均勻升溫至12(TC;
b) 、 8 16小時，由120。C均勻升溫至200。C;c) 、 16 24小時，20(TC保溫8小時;
d) 、 24 32小時，由200。C均勻升溫至320。C;
e) 、 32 48小時，320。C保溫16小時；
f) 、 48 56小時，由32(TC均勻升溫至44(TC;
g) 、 56 72小時，440。C保溫16小時；
h) 、 72 80小時，由44(TC均勻升溫至60(TC;
i) 、 80 88小時，60(TC保溫8小時;
j) 、 88 104小時，由60(TC均勻升溫至92(TC;
k) 、 104 108小時，920。C保溫4小時；
1) 、 108 116小時，由920。C均勻升溫至1120。C;
m) 、 116 120小時，1120。C保溫4小時；
n) 、 120 136小時，由1120。C均勻升溫至1440。C;
o) 、 136 144/148小時，144(TC保溫8 12小時(可根據(jù)坯件大小調(diào)整保溫時間， 小坯件可保溫8小時，大坯件可保溫12小時)；
P)、停爐、冷卻、出爐、檢驗、包裝、入庫。 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明YDT氧氮化硅結合碳化硅高溫陶瓷材料，通過對材料中各組分及其用量的優(yōu)化， 在SiC材料中加入適量Si粉和Si3N4粉、及適當外加劑和結合劑，使其對制備工藝大幅度簡化 ，不需N2氣保護和作反應物質(zhì)，不需要電加熱，可在氧化性氣氛的燃氣爐上合成。Si粉和部 分Si3N4粉氧化形成覆蓋于SiC表面Si02膜，把SiC結合并保護起來，即可獲得具有良好性能的 高溫陶瓷材料。
此外，本發(fā)明采用搗打成形工藝；所得到產(chǎn)品的理化性能指標和Si3N4、 sialon結合的 SiC陶瓷相當，但卻克服了前者一系列不足之處，具有設備投資少、流程短、能耗低、不受 形狀限制等特點，適應性范圍廣。
具體實施例方式
下面結合具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本發(fā)明上述主 題的范圍僅限于下述實施實例。
下述實施例中氧氮化硅結合碳化硅高溫陶瓷材料外加劑、結合劑的配料中，均以骨料和 粉料之和為100%計，即產(chǎn)品總質(zhì)量計算。
實施例l(一) 、本實施例YDT氧氮化硅結合碳化硅高溫陶瓷材料由骨料、粉料和外加劑、結合 劑組成，其中
以骨料和粉料的質(zhì)量之和為總質(zhì)量100%計
骨料含量占總質(zhì)量的70%，粉料含量占總質(zhì)量的30%;外加劑五氧化二釩的添加量為總質(zhì) 量的0.3%;結合劑包括質(zhì)量百分比濃度為50%的木質(zhì)磺酸鈉溶液(指水溶液，下同)、質(zhì)量 百分比濃度為6%的聚乙烯醇溶液(指水溶液，下同)、糊精，三者的添加量分別為總質(zhì)量的
4%、 1%、 0.4%;
上述組分中的骨料，選用碳化硅骨料，其中SiC含量》97。/。；粒度為l-2mm占骨料和粉 料總質(zhì)量的15%， 0. 5-lmm占骨料和粉料總質(zhì)量的26。/。， 0-0. 5mm占骨料和粉料總質(zhì)量的29o/o;
上述組分的粉料，包括碳化硅粉、硅粉、氮化硅粉、球粘土粉和二氧化硅微粉；碳化硅 粉的含量占總質(zhì)量的11%，硅粉的含量占總質(zhì)量的5%，氮化硅粉的含量為骨料和粉料總質(zhì)量 的10%，球粘土粉的含量為骨料和粉料總質(zhì)量的3%， 二氧化硅微粉占總質(zhì)量的1%;
各種粉料的主要成分含量及粒度等指標分別為碳化硅粉中SiC含量》97。/。，粒度《320 目；硅粉中Si含量S 99。/。，粒度《1000目；氮化硅粉中Si3N4含量S 99。/。，粒度《320目；球粘 土粉中Al203含量為33。/。，粒度《1000目，二氧化硅微粉中Si02含量》95。/。，粒度《lym;
外加劑五氧化二釩中，V205含量為99。/。，粒度為320目。
(二) 、本實施例YDT氧氮化硅結合碳化硅高溫陶瓷材料按包括下述步驟方法制備
(1) 、配料按照上述骨料、粉料和外加劑的配比計量配料，并在攪拌機中混勻；
(2) 、碾料將已攪拌混勻的混合料移入混碾機中，依次加入結合劑糊精、聚乙烯醇 溶液、木質(zhì)磺酸鈉溶液，充分混碾30分鐘；
(3) 、搗打成形將混碾后的混合料置于模具中搗打成形，得生坯；
(4) 、帶模養(yǎng)護將成形生坯帶模養(yǎng)護24小時；
(5) 、帶模烘烤將帶模生坯置于烘房中烘烤，其升保溫制度如下
(a) 、室溫 7(TC，升溫8小時，7(TC保溫8小時；
(b) 、 70 110°C，升溫8小時，11(TC保溫24小時；
(6) 、脫模、檢驗，修整；
(7) 、燒結將檢驗合格的坯件置于燃氣高溫爐中燒結，按如下步驟進行
a) 、 0 8小時，由室溫均勻升溫至12(TC;
b) 、 8 16小時，由120。C均勻升溫至200。C;
c) 、 16 24小時，20(TC保溫8小時;200910306393.
d) 、 24 32小時，由200。C均勻升溫至320。C;
e) 、 32 48小時，320。C保溫16小時；
f) 、 48 56小時，由32(TC均勻升溫至44(TC;
g) 、 56 72小時，440。C保溫16小時；
h) 、 72 80小時，由44(TC均勻升溫至60(TC;
i) 、 80 88小時，60(TC保溫8小時;
j) 、 88 104小時，由60(TC均勻升溫至92(TC;
k) 、 104 108小時，920。C保溫4小時；
1) 、 108 116小時，由920。C均勻升溫至1120。C;
m) 、 116 120小時，1120。C保溫4小時；
n) 、 120 136小時，由1120。C均勻升溫至1440。C;
o) 、 136 144 (148)小時，1440。C保溫8 (小件) 12 (大件)小時; P)、停爐、冷卻、出爐、檢驗、包裝、入庫。 (三)、YDT陶瓷與Si3N4結合SiC陶瓷理化性能比較，見下表
所得陶瓷產(chǎn)品的理化指標與氮化硅結合碳化硅陶瓷的比較如下表所示:
YDT陶瓷與Si3N4結合SiC陶瓷理化性能比較理化指標氧氮化硅結合SiC (實測值)Si;jN4結合SiC (YB4035-91規(guī)定值))
SiC含量， ％》782;70 72
體積密度， g/cm"2. 4 2. 6
常溫耐壓強度，MPa143 150147 150
常溫抗折強度，MPa33 4039 43
比強度 (抗壓強度/體積密度)59. 6 62. 556. 5 57. 7
由上表可見兩種陶瓷的理化性能指標相近，此外，本方法不需N2氣保護和作反應物質(zhì)， 也不需要電加熱；在氧化性氣氛的燃氣爐上合成，并采用搗打成形工藝；具有設備投資少、 流程短、能耗低、不受形狀限制，適應性范圍廣等優(yōu)點。
權利要求
1.一種氧氮化硅結合碳化硅高溫陶瓷材料，由骨料、粉料、外加劑和結合劑組成，其特征于以骨料和粉料質(zhì)量之和為總質(zhì)量100％計骨料含量為65-75％，粉料含量為25-35％；所述的骨料為碳化硅骨料；所述的粉料包括碳化硅粉、硅粉、氮化硅粉、球粘土粉、二氧化硅微粉；碳化硅粉占總質(zhì)量的8-15％，硅粉占總質(zhì)量的4-6％，氮化硅粉占總質(zhì)量的7-15％，球粘土粉占總質(zhì)量的2-4％，二氧化硅微粉占總質(zhì)量的1-2％；所述的外加劑為五氧化二釩，其添加量占總質(zhì)量的0.2-0.5％；所述的結合劑包括質(zhì)量百分比濃度為50％的木質(zhì)磺酸鈉溶液、6％的聚乙烯醇溶液、糊精，三者的添加量分別占總質(zhì)量的3-4％、1-1.5％、0.3-0.8％。
2 根據(jù)權利要求l所述的高溫陶瓷材料，其特征在于所述的碳化硅骨料中，SiC含量》97。/。，粒度為0-2mm。
3 根據(jù)權利要求l所述的高溫陶瓷材料，其特征在于所述的粉料中碳化硅粉中SiC含量》97。/。，粒度《320目；硅粉中Si含量》99。/。，粒度《1000目；氮化硅粉中Si3N4含量S 99。/。，粒度《320目；球粘土粉中A1203含量S 33。/。，粒度《1000目，二氧化硅微粉中Si02含量S 95。/。，粒度《lym。
4 權利要求l-3中任一項所述的氧氮化硅結合碳化硅高溫陶瓷材料的制備方法，包括下述主要步驟(1) 、配料按照上述骨料、粉料和外加劑的配比計量配料，并在攪拌機中混勻；(2) 、碾料將已攪拌混勻的混合料移入混碾機中，依次加入結合劑糊精、聚乙烯醇溶液、木質(zhì)磺酸鈉溶液，充分混碾30分鐘；(3) 、搗打成形將混碾后的混合料置于模具中搗打成形，得生坯；(4) 、帶模養(yǎng)護將成形生坯帶模養(yǎng)護24小時；(5) 、帶模烘烤將帶模生坯置于烘房中烘烤，其升保溫制度如下(a) 、室溫 7(TC，升溫8小時，7(TC保溫8小時；(b) 、 70 11(TC，升溫8小時，11(TC保溫2 4小時；(6) 、脫模檢驗，修整；(7) 、燒結，將檢驗合格的坯件置于燃氣高溫爐中燒結，按如下步驟進行:a) 、 0 8小時，由室溫均勻升溫至12(TC;b) 、 8 16小時，由120。C均勻升溫至200。C;c) 、 16 24小時，20(TC保溫8小時;d) 、 24 32小時，由200。C均勻升溫至320。C;e) 、 32 48小時，320。C保溫16小時；f) 、 48 56小時，由32(TC均勻升溫至44(TC;g) 、 56 72小時，440。C保溫16小時；h) 、 72 80小時，由44(TC均勻升溫至60(TC;i) 、 80 88小時，60(TC保溫8小時;j) 、 88 104小時，由60(TC均勻升溫至92(TC;k) 、 104 108小時，920。C保溫4小時；1) 、 108 116小時，由920。C均勻升溫至1120。C;m) 、 116 120小時，1120。C保溫4小時；n) 、 120 136小時，由1120。C均勻升溫至1440。C;o) 、 136 144/148小時，1440。C保溫8 12小時；P)、停爐、冷卻、出爐、檢驗、包裝、入庫。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氧氮化硅結合碳化硅高溫陶瓷材料。以骨料、粉料和外加劑、結合劑為原料制成，以骨料和粉料質(zhì)量之和為總質(zhì)量100％計，骨料含量為65-75％，粉料含量為25-35％；骨料為碳化硅骨料；粉料包括碳化硅粉、硅粉、氮化硅粉、球粘土粉、二氧化硅微粉；外加劑為五氧化二釩；結合劑包括濃度為50％木質(zhì)磺酸鈉溶液、濃度為6％聚乙烯醇溶液、糊精。該材料通過對各組分及其用量的優(yōu)化，使其制備工藝更合理、更經(jīng)濟燒結時不需電加熱，不需N₂氣保護和作反應物質(zhì)，只需在燃氣爐在氧化氣氛下加熱即可獲得具有良好性能的高溫陶瓷材料。本發(fā)明還公開了一種上述材料的制備方法，采用搗打成形工藝，具有設備投資小、生產(chǎn)流程短、能耗低、適應范圍廣等特點。
文檔編號C04B35/565GK101654362SQ20091030639
公開日2010年2月24日 申請日期2009年8月31日 優(yōu)先權日2009年8月31日
發(fā)明者張命榮 申請人:成都蜀冶新材料有限責任公司