專利名稱：一種添加單質(zhì)硅并氮化燒成的高鋁預(yù)制件及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐火材料，特別是涉及一種通過(guò)添加單質(zhì)硅并氮化燒成的高熱態(tài)強(qiáng)度高鋁預(yù)制件及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前，耐火材料在材質(zhì)上主要以氧化物材料和碳復(fù)合材料為主。以氧化物為主的耐火材料通常脆性較大，難以同時(shí)滿足高強(qiáng)度和良好熱震穩(wěn)定性的要求；碳復(fù)合耐火材料是在氧化物類耐火材料中引入石墨等炭質(zhì)組分，從而達(dá)到改善氧化物類耐火材料脆性的目的。但此類材料存在抗氧化性差、導(dǎo)熱率過(guò)高以及使用范圍有限等缺點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，在氧化物體系中引入Si3N4、Sialon, SiC等非氧化物相的做法成為耐火材料領(lǐng)域的一個(gè)新的研J Li ^^ ； ^^ ο
眾多研究表明，氧化物-非氧化物復(fù)合材料具有較高的高溫強(qiáng)度和抗氧化性能， 優(yōu)良的抗熱震性、抗侵蝕性能，可望成為高溫工業(yè)關(guān)鍵部位使用的新一代優(yōu)質(zhì)高性能耐火材料。
高鋁預(yù)制件是一種工業(yè)加熱爐所用的耐火材料，生產(chǎn)工藝既可采用定形制品的機(jī)壓成形思路，也可采用澆注料的辦法預(yù)制成形。澆注成形的高鋁預(yù)制件是以Al2O3-SiO2質(zhì)澆注料經(jīng)澆注預(yù)制成型之后再高溫?zé)啥玫母咝阅苣突鹬破?。普通高鋁預(yù)制件產(chǎn)品的綜合性能不夠高，例如熱態(tài)強(qiáng)度低、脆性大，難以滿足使用要求，應(yīng)用方面有限；目前普通的高鋁預(yù)制件產(chǎn)品多為低、中檔次的氧化物基澆注料預(yù)制件，技術(shù)附加值低。因此，開(kāi)發(fā)性能優(yōu)異的預(yù)制件產(chǎn)品，并對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量實(shí)現(xiàn)可控，是一種有效保證用戶行業(yè)穩(wěn)定生產(chǎn)的途徑，也是耐火材料行業(yè)目前急需解決的問(wèn)題
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種添加單質(zhì)硅并氮化燒成的高鋁預(yù)制件及其制備方法，該高鋁預(yù)制件的熱態(tài)抗折強(qiáng)度和高溫體積穩(wěn)定性均優(yōu)于普通高鋁預(yù)制件。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種添加單質(zhì)硅并氮化燒成的高鋁預(yù)制件，以重量百分比計(jì)，其制備原料含高鋁礬土 80 90%、單質(zhì)硅1 10%、結(jié)合劑5 10%、以及占上述原料總重量的0. 1 0. 5%的分散劑， 所述結(jié)合劑為水合氧化鋁、鋁酸鈣水泥和硅灰三者的混合物，三者重量比為1:1 2:1. 5 3。
所述高鋁礬土中的Al2O3含量彡75%。
所述高鋁礬土的粒度分布范圍如下5mm < 8mm的高鋁礬土占15 25%、3mm < 5mm的高鋁礬土占10 20%、Imm < 3mm的高鋁礬土占10 20%、0. Imm < Imm的高鋁礬土占15 25%、180目的高鋁礬土占 5 15%和320目的高鋁礬土占1 10%。
所述單質(zhì)硅中的Si含量彡98%。
所述單質(zhì)硅為粒度150目單質(zhì)硅、200目單質(zhì)硅中的至少一種。
所述單質(zhì)硅是由150目單質(zhì)硅和200目單質(zhì)硅按1:1 3的重量比構(gòu)成的混合物。
所述分散劑選自常用的無(wú)機(jī)和有機(jī)分散劑，加入量為干料總重量的0. 1 0. 5%。 常用的無(wú)機(jī)分散劑有硅酸鹽類(例如水玻璃)和堿金屬磷酸鹽類(例如三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉和焦磷酸鈉等)。有機(jī)分散劑包括三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸鈉、甲基戊醇、纖維素衍生物、聚丙烯酰胺、古爾膠、脂肪酸聚乙二醇酯等。
上述添加單質(zhì)硅并氮化燒成的高鋁預(yù)制件的制備方法，包括以下步驟(a)按照原料組成稱取原料，采用攪拌機(jī)干混均勻，得到干混物料；(b)向干混物料中加入適量水，加入水后控制混合物料的含水率為6士洲，攪拌均勻，然后注入模具中，在振動(dòng)臺(tái)上或借助振動(dòng)棒振動(dòng)成型，成型后得到預(yù)制件；(c)將預(yù)制件在模中于室溫25°C下養(yǎng)護(hù)1天，脫模，脫模后再于室溫25°C下自然養(yǎng)護(hù)1 天，然后將預(yù)制件放入烘烤窯中烘烤，烘烤溫度100 150°C，烘烤時(shí)間M 72小時(shí)；(d)將烘烤后的預(yù)制件放入封閉式高溫氮化爐中，于1350 1500°C下高溫氮化燒成， 在最高溫度下保溫M 60小時(shí)，之后停窯，冷卻至室溫，即獲得添加單質(zhì)硅并氮化燒成的高鋁預(yù)制件產(chǎn)品。
本發(fā)明具有的積極有益的技術(shù)效果1.本發(fā)明產(chǎn)品在原有高鋁預(yù)制件的基礎(chǔ)上引入單質(zhì)硅，并在氮?dú)鈿夥障聼?，引入體系中的Si可發(fā)生原位反應(yīng)，生成Si3N4、Sialon、Si2N20等增強(qiáng)相。由于該反應(yīng)存在氣相傳質(zhì)機(jī)理，所生成的原位非氧化物增強(qiáng)相多呈纖維狀，且在制品基質(zhì)及氣孔里可趨向彌散分布， 均勻性好。這種原位增強(qiáng)相可大幅提高高鋁預(yù)制件材料的熱態(tài)抗折強(qiáng)度。
2.本發(fā)明產(chǎn)品解決了普通高鋁預(yù)制件熱態(tài)強(qiáng)度不高，使用中容易發(fā)生整體爐頂垮塌的疑難問(wèn)題。本發(fā)明產(chǎn)品具有較高的熱態(tài)抗折強(qiáng)度，詳見(jiàn)表1。
表1本發(fā)明產(chǎn)品的性能檢測(cè)數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.一種添加單質(zhì)硅并氮化燒成的高鋁預(yù)制件，其特征在于，以重量百分比計(jì)，其制備原料含高鋁礬土 80 90%、單質(zhì)硅1 10%、結(jié)合劑5 10%、以及占上述原料總重量的0. 1 0. 5%的分散劑，所述結(jié)合劑為水合氧化鋁、鋁酸鈣水泥和硅灰三者的混合物，三者重量比為 1:1 2:1. 5 3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的添加單質(zhì)硅并氮化燒成的高鋁預(yù)制件，其特征在于，所述高鋁礬土中的Al2O3含量彡75%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的添加單質(zhì)硅并氮化燒成的高鋁預(yù)制件，其特征在于，所述高鋁礬土的粒度分布范圍如下5mm < 8mm的高鋁礬土占15 25%、3mm < 5mm的高鋁礬土占10 20%、Imm < 3mm的高鋁礬土占10 20%、0. Imm < Imm的高鋁礬土占15 25%、180目的高鋁礬土占 5 15%和320目的高鋁礬土占1 10%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的添加單質(zhì)硅并氮化燒成的高鋁預(yù)制件，其特征在于，所述單質(zhì)硅中的Si含量> 98%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的添加單質(zhì)硅并氮化燒成的高鋁預(yù)制件，其特征在于，所述單質(zhì)硅為粒度150目單質(zhì)硅、200目單質(zhì)硅中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的添加單質(zhì)硅并氮化燒成的高鋁預(yù)制件，其特征在于，所述單質(zhì)硅是由150目單質(zhì)硅和200目單質(zhì)硅按1:1 3的重量比構(gòu)成的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的添加單質(zhì)硅并氮化燒成的高鋁預(yù)制件，其特征在于，所述分散劑為水玻璃、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉等、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸鈉、 甲基戊醇、纖維素衍生物、聚丙烯酰胺、古爾膠、脂肪酸聚乙二醇酯中的至少一種。
8.權(quán)利要求1所述添加單質(zhì)硅并氮化燒成的高鋁預(yù)制件的制備方法，包括以下步驟(a)按照原料組成稱取原料，采用攪拌機(jī)干混均勻，得到干混物料；(b)向干混物料中加入適量水，加入水后控制混合物料的含水率為6士洲，攪拌均勻，然后注入模具中，在振動(dòng)臺(tái)上或借助振動(dòng)棒振動(dòng)成型，成型后得到預(yù)制件；(c)將預(yù)制件在模中于室溫25°C下養(yǎng)護(hù)1天，脫模，脫模后再于室溫25°C下自然養(yǎng)護(hù)1 天，然后將預(yù)制件放入烘烤窯中烘烤，烘烤溫度100 150°C，烘烤時(shí)間M 72小時(shí)；(d)將烘烤后的預(yù)制件放入封閉式高溫氮化爐中，于1350 1500°C下高溫氮化燒成， 在最高溫度下保溫M 60小時(shí)，之后停窯，冷卻至室溫，即獲得添加單質(zhì)硅并氮化燒成的高鋁預(yù)制件產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種添加單質(zhì)硅并氮化燒成的高鋁預(yù)制件及其制備方法。其是以高鋁礬土、單質(zhì)硅和結(jié)合劑為基本原料，加入分散劑，采用攪拌機(jī)將各種原料和分散劑干混至均勻，物料混勻后加入水?dāng)嚢杈鶆?，注入模具中成型為預(yù)制件，將脫模并自然養(yǎng)護(hù)后的預(yù)制件在烘烤窯中進(jìn)行烘烤，最后放入高溫氮化窯內(nèi)氮?dú)鈿夥障掠?350℃～1500℃的高溫下燒成，燒成后冷卻至室溫即可。與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比，本發(fā)明產(chǎn)品熱態(tài)強(qiáng)度得到顯著提高。
文檔編號(hào)C04B35/66GK102503468SQ20111032958
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者周寧生, 張光普, 彭倩, 徐德亭, 李紀(jì)偉, 畢振勇 申請(qǐng)人:河南省耕生耐火材料有限公司