專利名稱：：一種莫來(lái)石結(jié)合氧化鋁-碳化硅高溫陶瓷材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于高溫陶瓷材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體為MLT莫來(lái)石結(jié)合氧化鋁-碳化硅高溫陶瓷材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：莫來(lái)石是Al203、Si02在高溫下形成的一種化合物，其化學(xué)式為3八1203-2Si02;密度為3.16g/cm3，莫氏硬度為6-7，在180(TC時(shí)仍很穩(wěn)定，181(TC分解為剛玉和液相。莫來(lái)石具有膨脹均勻、熱震穩(wěn)定性極好、荷重軟化點(diǎn)高、高溫蠕變值小、硬度大、抗化學(xué)腐蝕性好等特點(diǎn)，因而被看作是一種極具潛力的高溫陶瓷材料。氧化鋁和碳化硅也是得到廣泛應(yīng)用的高溫陶瓷材料?，F(xiàn)有技術(shù)只有用粘土結(jié)合壓制成形的鋁碳化硅磚(YB2216-80:ASC-12，ASC-B)，其性能指標(biāo)較差，生產(chǎn)流程長(zhǎng)，投資大，成本高，使用時(shí)只能手工砌筑，效率低；這些缺點(diǎn)使得其應(yīng)用受較大的限制。目前也有部分以莫來(lái)石、氧化鋁、碳化硅按一定比例制備復(fù)相陶瓷材料的研究和報(bào)道。如張旭東、何文等的"原位反應(yīng)制備莫來(lái)石-氧化鋁-碳化硅復(fù)相陶瓷材料的研究"(中國(guó)陶瓷，1998年6月，第34巻第3期11-13)即是以氧化鋁、碳化硅超細(xì)粉為原料，探討了由原位反應(yīng)制備莫來(lái)石-氧化鋁-碳化硅復(fù)相陶瓷有反應(yīng)原理與過(guò)程以及燒成溫度、保溫時(shí)間、顆粒細(xì)度與成形壓力等工藝條件對(duì)碳化硅氧化反應(yīng)的影響，并采用分段燒成制度制備了具有良好性能的復(fù)相陶瓷材料；但未對(duì)各組分比例變化及其它可添加組分等是否對(duì)材料性能產(chǎn)生影響進(jìn)行研究。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種新型莫來(lái)石結(jié)合氧化鋁-碳化硅高溫陶瓷材料，通過(guò)對(duì)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(gè)目的是提供一種新型莫來(lái)石結(jié)合氧化鋁-碳化硅高溫陶瓷材料的制備方法。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種莫來(lái)石結(jié)合氧化鋁-碳化硅高溫陶瓷材料，以骨料、粉料、外加劑、外加用水等原料制成，其中以骨料和粉料的質(zhì)量之和為總質(zhì)量100%計(jì)，骨料占總質(zhì)量的65-70%，粉料占總質(zhì)量的30-35%，并且Al203+SiC之和占總質(zhì)量的8095%;外加劑包括六偏磷酸鈉和三聚氰胺，其添加量分別占總質(zhì)量的O.1-0.2%、0.01-0.03%;外加用水量為總質(zhì)量的46%;上述組分中的骨料，包括含Al203骨料的剛玉骨料和含SiC的碳化硅骨料；其中含Al203的剛玉骨料是指棕剛玉骨料、亞白剛玉骨料、白剛玉骨料中的至少一種，占總質(zhì)量的50-65%;含SiC的碳化硅骨料占總質(zhì)量的5-15。/。；其中各種骨料的主要成分含量分別為棕剛玉骨料中Al203》95。/。，亞白剛玉骨料中Al203》97%，白剛玉骨料中八12035;99%;碳化硅骨料中SiCS97。/0。各種骨料的粒度及其占總質(zhì)量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是剛玉骨料(包括棕剛玉骨料、亞白剛玉骨料、白剛玉骨料)中，粒度為3-5mm的占總質(zhì)量的1540。/。；粒度為1-3mm的占總質(zhì)量的IO30%;粒度為O.5-lmm的總質(zhì)量的515。/。；碳化硅骨料的粒度為1-3mm占總質(zhì)量的5150/0。上述組分的粉料，包括二氧化硅微粉、a-Al203微粉、P-Al203微粉、球粘土粉、白剛玉粉、CAo鋁酸鈣水泥；二氧化硅微粉占總質(zhì)量的3-6%，341203微粉占總質(zhì)量的4-10%，P-A1203微粉占總質(zhì)量的12%，球粘土粉占總質(zhì)量的3-6%，白剛玉粉占總質(zhì)量的6-14%，CA70鋁酸鈣水泥占總質(zhì)量4-6%。各種粉料的主要成分含量及粒度等指標(biāo)分別為二氧化硅微粉中Si02含量》95。/。，粒度《l.Oym;a-Al203微粉中Al203含量S99。/。，粒度《1.5ym;P-八1203微粉中，A1203S93%，粒度《5ym;球粘土粉中Al203》33。/。，粒度《250目；白剛玉粉中八1203含量》99%，粒度《320目；CA7o鋁酸鈣水泥中Al203含量》70呢。本發(fā)明莫來(lái)石結(jié)合氧化鋁-碳化硅高溫陶瓷材料，按照下述步驟的方法制備，可以縮短生產(chǎn)流程、降低設(shè)備投資，降低能耗和成本，并且可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化施工，大大加快施工速度(1)、混料按照所述各組分配比計(jì)量取料置于強(qiáng)制攪拌機(jī)中，混合均勻、并達(dá)到澆注、振動(dòng)成形所需要的稠度；(2)、將配拌好的料置于安裝好的模具中澆注、振動(dòng)成形；(3)、帶膜養(yǎng)護(hù)帶模養(yǎng)護(hù)24小時(shí)；(4)、脫模養(yǎng)護(hù)脫模養(yǎng)護(hù)48小時(shí)；(5)、烘燒采用如下烘燒程序a)、08小時(shí)，將溫度從室溫均勻升溫至10(TC;b)、816小時(shí)，10(TC保溫8小時(shí);c)、1624小時(shí)，將溫度從10(TC均勻升溫至22(TC;d)、2448小時(shí)，220。C保溫24小時(shí)；e)、4856小時(shí)，將溫度從220。C均勻升溫至340。C;f)、56104小時(shí)，340。C保溫48小時(shí);g)、104112小時(shí)，將溫度從34(TC均勻升溫至46(TC;h)、112148小時(shí)，460。C保溫36小時(shí)；i)、148156小時(shí)，將溫度從460。C均勻升溫至62(TCj)、156164小時(shí)，620。C保溫8小時(shí)；k)、164172小時(shí)，將溫度從62(TC均勻升溫至82(TC;1)、172176小時(shí)，820。C保溫4小時(shí)；m)、176188小時(shí)，將溫度從820。C均勻升溫至1120。C;n)、188192小時(shí)，1120。C保溫4小時(shí)；o)、192202小時(shí)，將溫度從1120。C均勻升溫至137(TC;p)、202206小時(shí)，1370。C保溫4小時(shí)；q)、206218小時(shí)，將溫度從137(TC均勻升溫至產(chǎn)品燒結(jié)所需溫度并保溫8小時(shí)，即得。即可得到現(xiàn)澆產(chǎn)品或預(yù)制品。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的莫來(lái)石結(jié)合氧化鋁-碳化硅高溫陶瓷材料，通過(guò)對(duì)材料中各組分及其用量的優(yōu)化，可獲得具有良好性能的高溫陶瓷材料。在粉料中引入具有高分散性和高表面性的Al203微粉和Si02微粉等組分，加入適量水經(jīng)攪拌后，可發(fā)生水化反應(yīng)把材料結(jié)合起來(lái)，不僅使制品坯件具有一定的初期強(qiáng)度；并且在一定高溫下，可發(fā)生礦相反應(yīng)形成莫來(lái)石(3A1203*2Si02)高溫陶瓷相，把Al203、SiC等組份牢固結(jié)合起來(lái)，即所謂莫來(lái)石陶瓷結(jié)合，這種結(jié)合使制品基體得到大幅度強(qiáng)韌化，其強(qiáng)度提高2030%，可由普通磚制產(chǎn)品的5070MPa，提高至80100MPa以上；另一方面，本發(fā)明提供的上述高溫陶瓷材料的制備方法中，采用澆注、振動(dòng)成形工藝，與傳統(tǒng)的壓制工藝相比較，不僅投資小，生產(chǎn)流程短、能耗低，而且適應(yīng)范圍廣，性價(jià)比高。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)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于下述實(shí)施例。下述實(shí)施例中各莫來(lái)石結(jié)合氧化鋁-碳化硅高溫陶瓷材料的配料中，均以骨料和粉料之和為100%計(jì)算，外加劑和加水量也均以骨料和粉料之和為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。實(shí)施例l某廠新建直接還原轉(zhuǎn)底爐，其工作溫度為1400145(TC，選用MLT莫來(lái)石結(jié)合Al203-SiC高溫陶瓷材料作內(nèi)襯。低溫段選用(Al203+SiC)》85%的產(chǎn)品(即下表中的MLT-85)，其中SiC》5。/。；高溫段選用Al203+SiC》90。/。的產(chǎn)品(即下表中的MLT-90)，其中SiC》14%。其具體方案如下(1)、配料方案兩組產(chǎn)品配料方案見下述表l:表l產(chǎn)品配料表配料方案產(chǎn)品方案MLT-85MLT-90棕剛玉(A1203S95%，粒度3-5mm)骨料，%35--骨棕剛玉(A1203S95%，粒度為1-3mm)骨料，%15--亞白剛玉(A1203S97%，粒度為3-5mm)骨料，%--30料亞白剛玉(A1203S97%，粒度為1-3mm)骨料，%--6亞白剛玉(A1203S97%，粒度為0.5-lmm)骨料，%14--白剛玉(A1203S99%，粒度為0.5-lmm)骨料，%--14碳化硅(SiC》97%，粒度為1-2mm)骨料，%615硅微粉(Si02》95%，粒度為lym)粉料，%54球粘土(Al203》33%，粒度為1000目)粉料，%65粉CAo純鋁酸鈣水泥(Al203》70%)，%55料超細(xì)a-A1203(A1203S99%，粒度為1.5ym)，%58白剛玉粉(Al203》99%，粒度為320目)，%712P—八1203粉(A1203S93%，粒度為5ym)，%11化學(xué)Al203+SiC%85.290.2成份其中SiC%5.814.6外加劑六偏磷酸鈉O.15%，三聚氰胺O.02%。外加水量5%。(2)、制備方法兩組產(chǎn)品的生產(chǎn)按如下工藝步驟進(jìn)行A、將配好的料置于強(qiáng)制攪拌機(jī)中，拌勻至合適的稠度，放入已安裝好的模具中澆注、振動(dòng)成形；B、帶模養(yǎng)護(hù)24小時(shí)；C、再脫模養(yǎng)護(hù)48小時(shí)，養(yǎng)護(hù)溫度在2026。C之間為宜;D、烘燒。烘燒是確保澆注體質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)之一，本實(shí)施例中按如下步驟烘燒a)、08小時(shí)，將溫度均勻升溫至10(TC;b)、816小時(shí)，10(TC保溫8小時(shí);c)、1624小時(shí)，將溫度均勻升溫至22(TC;d)、2448小時(shí)，220。C保溫24小時(shí)；e)、4856小時(shí)，將溫度從220。C均勻升溫至340。C;f)、56104小時(shí)，340。C保溫48小時(shí);g)、104112小時(shí)，將溫度從34(TC均勻升溫至46(TC;h)、112148小時(shí)，460。C保溫36小時(shí)；i)、148156小時(shí)，將溫度從460。C均勻升溫至620。C;j)、156164小時(shí)，620。C保溫8小時(shí)；k)、164172小時(shí)，將溫度從62(TC均勻升溫至82(TC;1)、172176小時(shí)，820。C保溫4小時(shí)；m)、176188小時(shí)，將溫度從760。C均勻升溫至1120。C;n)、188192小時(shí)，1120。C保溫4小時(shí)；o)、192202小時(shí)，將溫度從120。C均勻升溫至1370。C;p)、202206小時(shí)，1370。C保溫4小時(shí)；q)、206218小時(shí)，將溫度從137(TC均勻升溫至產(chǎn)品燒結(jié)所需溫度對(duì)低溫段產(chǎn)品，將溫度從l370°C均勻升溫至1450°C;對(duì)高溫段產(chǎn)品，將溫度從l370°C均勻升溫至1500°C.(3)、本實(shí)施例所獲得產(chǎn)品的主要理化指標(biāo)見下述表2:表2產(chǎn)品的主要理化指標(biāo)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求1.一種莫來(lái)石結(jié)合氧化鋁-碳化硅高溫陶瓷材料，以骨料、粉料、外加劑、外加用水為原料制成，其特征在于以骨料和粉料之和為總質(zhì)量100％計(jì)骨料占總質(zhì)量的65-70％，粉料占總質(zhì)量的30-35％，Al2O3+SiC之和占總質(zhì)量的80～95％；所述骨料包括含Al2O3的剛玉骨料和含SiC的碳化硅骨料；剛玉骨料是指棕剛玉骨料、亞白剛玉骨料、白剛玉骨料中的至少一種，其含量占總質(zhì)量的50～65％，碳化硅骨料占總質(zhì)量的5～15％；所述粉料包括二氧化硅微粉、a-Al2O3微粉、ρ-Al2O3微粉、球粘土粉、白剛玉粉和CA70鋁酸鈣水泥；二氧化硅微粉占總質(zhì)量的3～6％，a-Al2O3微粉占總質(zhì)量的4～10％，ρ-Al2O3微粉占總質(zhì)量的1～2％，球粘土粉占總質(zhì)量的3～6％，白剛玉粉的含量為6～14％，CA70鋁酸鈣水泥占總質(zhì)量的4～6％；所述的外加劑包括六偏磷酸鈉和三聚氰胺，其添加量分別占總質(zhì)量的0.1-0.2％、0.01-0.03％；外加用水量占總質(zhì)量的4～6％。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的高溫陶瓷材料，其特征在于所述的棕剛玉骨料中A1203S95。/。，亞白剛玉骨料中A1203S97。/。，白剛玉骨料中A1203S99%;碳化硅骨料中SiCS970/0。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的高溫陶瓷材料，其特征在于所述的剛玉骨料中粒度為3-5mm的骨料占總質(zhì)量的1540。/。，粒度為l-3mm的骨料占總質(zhì)量的1030%，粒度為O.5-lmm的骨料占總質(zhì)量的515o/o;所述的碳化硅骨料的粒度為1-3mm，占總質(zhì)量的515%。4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的高溫陶瓷材料，其特征在于所述的二氧化硅微粉中Si02含量S95。/。，粒度《1.0ym;a-A1203微粉中A1203含量S99%，粒度《1.5ym;P-A1203微粉中，A12032;93%，粒度《5ym;球粘土粉中A12032;330/0，粒度《250目；白剛玉粉中A1203含量S99。/。，粒度《320目；CA70鋁酸鈣水泥中A1203含量S70%。5權(quán)利要求l-4中任一項(xiàng)所述的莫來(lái)石結(jié)合氧化鋁-碳化硅高溫陶工程材料的制備方法，包括下述主要步驟(1)、混料按照所述各組分配比計(jì)量取料置于強(qiáng)制攪拌機(jī)中，混合均勻、并達(dá)到澆注、振動(dòng)成形所需要的稠度；(2)、將配拌好的料置于安裝好的模具中澆注、振動(dòng)成形；(3)、帶膜養(yǎng)護(hù)帶模養(yǎng)護(hù)24小時(shí)；(4)、脫模養(yǎng)護(hù)脫模養(yǎng)護(hù)48小時(shí)；(5)、烘燒采用如下烘燒程序a)、08小時(shí)，將溫度從室溫均勻升溫至10(TC;b)、816小時(shí)，10(TC保溫8小時(shí);c)、1624小時(shí)，將溫度從10(TC均勻升溫至22(TC;d)、2448小時(shí)，220。C保溫24小時(shí)；e)、4856小時(shí)，將溫度從220。C均勻升溫至340。C;f)、56104小時(shí)，340。C保溫48小時(shí);g)、104112小時(shí)，將溫度從34(TC均勻升溫至46(TC;h)、112148小時(shí)，460。C保溫36小時(shí)；i)、148156小時(shí)，將溫度從460。C均勻升溫至62(TCj)、156164小時(shí)，620。C保溫8小時(shí)；k)、164172小時(shí)，將溫度從62(TC均勻升溫至82(TC;1)、172176小時(shí)，820。C保溫4小時(shí)；m)、176188小時(shí)，將溫度從820。C均勻升溫至1120。C;n)、188192小時(shí)，1120。C保溫4小時(shí)；o)、192202小時(shí)，將溫度從1120。C均勻升溫至137(TC;p)、202206小時(shí)，1370。C保溫4小時(shí)；q)、206218小時(shí)，將溫度從137(TC均勻升溫至產(chǎn)品燒結(jié)所需溫度并保溫8小時(shí)，即得。全文摘要本發(fā)明公開了一種莫來(lái)石結(jié)合氧化鋁-碳化硅高溫陶瓷材料，由骨料、粉料和外加劑組成，以骨料和粉料的質(zhì)量之和為總質(zhì)量100％計(jì)，骨料含量65-70％，粉料含量30-35％，且Al₂O₃和SiC的總含量為80～95％；骨料包括含Al₂O₃的剛玉(棕剛玉、亞白剛玉、白剛玉中的至少一種)骨料和碳化硅骨料；粉料包括二氧化硅微粉、Al₂O₃微粉、ρ-AL₂O₃粉、球粘土粉、白剛玉粉、CA₇₀鋁酸鈣水泥；外加劑包括六偏磷酸鈉和三聚氰胺。該材料通過(guò)對(duì)各組分及其用量的優(yōu)化，可獲得具有良好性能的高溫陶瓷材料，使制品具有較高的強(qiáng)度，制品基體得到大幅度強(qiáng)韌化。本發(fā)明還公開了一種上述材料的制備方法，采用澆注、振動(dòng)成形工藝，投資小，生產(chǎn)流程短、能耗低、且適應(yīng)范圍廣、性價(jià)比高。文檔編號(hào)C04B35/185GK101654359SQ20091030639公開日2010年2月24日申請(qǐng)日期2009年8月31日優(yōu)先權(quán)日2009年8月31日發(fā)明者張命榮申請(qǐng)人:成都蜀冶新材料有限責(zé)任公司