專利名稱：一種環(huán)形爐用SiC-Si₃N₄質(zhì)高溫陶瓷爐底板及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高溫陶瓷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種環(huán)形爐用SiC-Si3N4質(zhì)高溫陶瓷爐底板及其制備方法。
背景技術(shù)：
在冶金及機械制造工廠的環(huán)形爐中通常需要大量使用耐熱鋼質(zhì)爐底板承載鋼卷和鋼件以進(jìn)行熱加工生產(chǎn)。現(xiàn)有的環(huán)形爐底板一般都是采用高溫合金材料制造，例如長時間在950°C以上甚至超過1000°C的高溫與荷重的工況條件下制作金屬爐底板，所得產(chǎn)品的高溫合金材料的耐高溫性能特別是高溫強度和抗蠕變性未必能夠滿足實際工況的要求。這是由于金屬材料的高溫蠕變率大而造成爐底板逐漸彎曲變形，材料的熱膨脹率大而造成爐 底板開裂損壞。此外，蠕變及開裂等因素造成高溫合金材料制備的鋼質(zhì)爐底板之使用壽命較低，更重要的是變形的爐底板會影響所承載鋼卷和鋼件的熱處理質(zhì)量和成品率，降低生產(chǎn)效益。與耐熱鋼相比，高溫陶瓷材料具有高溫強度高、抗蠕變性能好、熱膨脹率小等優(yōu)點，不僅可以有效提高底板的使用壽命、降低底板使用成本，而且可以保證所承載鋼卷和鋼件的熱處理質(zhì)量和成品率，提高經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有環(huán)形爐鋼質(zhì)爐底板的缺陷，目的是提供一種工藝簡單、使用性能好的環(huán)形爐用SiC-Si3N4質(zhì)高溫陶瓷爐底板的制備技術(shù)，用該技術(shù)制備的高溫陶瓷爐底板耐高溫、抗蠕變性能好、高溫強度大、抗熱震性好，能夠有效地解決金屬爐底板的耐高溫性能差、材料的高溫蠕變率大而造成爐底板彎曲變形、材料的熱膨脹率大而造成爐底板 開裂損壞及使用壽命較低問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的制備方法步驟如下(I)配料以總重量份100份計稱取25 75份Si粉，余量為SiC粉；加入3^8份燒結(jié)助劑和4、份結(jié)合劑；所述燒結(jié)助劑為Y2O3、或Y2O3和Al2O3的混合物；所述結(jié)合劑選自酚醛樹脂、硅溶膠或水玻璃；(2)混料將步驟⑴中的配料加入混碾機中混合碾制成泥料；(3)成型將步驟(2)的泥料裝入模具中成型制成爐底板板坯；(4)燒結(jié)將所述板坯先在氮氣氣氛和在127(Tl430°C條件下保溫l 30h，再在氮氣氣氛下繼續(xù)升溫到1450°C 1700°C，保溫:Tl2h，制得氮化燒結(jié)坯；(5)滲潰硅處理將所述氮化燒結(jié)坯在溫度為170(Tl85(TC和真空度小于IOOPa的條件下進(jìn)行滲潰硅處理，處理時間為2 20小時，制得SiC-Si3N4質(zhì)高溫陶瓷爐底板毛坯；(6)將毛坯進(jìn)行機械加工處理，制得環(huán)形爐用SiC-Si3N4質(zhì)高溫陶瓷爐底板。在本發(fā)明中，優(yōu)選地所述的Si粉的純度為彡95wt%,粒度小于O. Imm ;所述的SiC粉的純度為彡90wt%，粒度小于5mm。在本發(fā)明中，優(yōu)選地所述的Y2O3的純度彡95wt%, Al2O3的純度彡95wt% ；Y203或Al2O3的粒度小于O. 01mm。在本發(fā)明中，所述的成型方法是搗打成型或振動成型。本發(fā)明還涉及上述制備方法所制備的環(huán)形爐用SiC-Si3N4質(zhì)高溫陶瓷爐底板。下面將更詳細(xì)的描述本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明提供一種環(huán)形爐用SiC-Si3N4質(zhì)高溫陶瓷爐底板的制備方法，步驟如下(I)配料按重量份計，稱取25 75份Si粉和25 75份SiC粉，而且Si粉和SiC粉的總重為100份。再加入31份燒結(jié)助劑和4、份結(jié)合劑。一般在本領(lǐng)域中，燒結(jié)助劑和結(jié)合劑統(tǒng)稱為外加劑。所述燒結(jié)助劑為Y2O3、或Y2O3和Al2O3的混合物。所述結(jié)合劑選自酚醛樹脂、硅溶膠或水玻璃。本發(fā)明中，Y2O3是一種稀土金屬氧化物，作為燒結(jié)助劑引入陶瓷材料，有助于增加 材料密度、降低燒結(jié)溫度和時間、提高導(dǎo)熱性。例如采用東莞市金源稀土金屬原料銷售有限公司銷售的三氧化二釔產(chǎn)品。在本發(fā)明中，Si粉是指從冶煉硅金屬的高爐煙道中收集到的小粒徑粉塵，或稱為微硅粉或硅灰。主要成分為玻璃態(tài)二氧化硅，摻入混凝土中能使其具有高強、抗沖磨、耐久等優(yōu)異性能。優(yōu)選地應(yīng)當(dāng)使用純度不小于95wt%的Si粉，其粒度優(yōu)選地小于O. Imm,例如山東明藍(lán)娃粉材料有限公司生產(chǎn)銷售的微娃粉產(chǎn)品。酚醛樹脂(phenolic resin，簡稱PF)主要用于生產(chǎn)壓塑粉、層壓塑料；制造清漆或絕緣、耐腐蝕涂料；制造日用品、裝飾品；制造隔首、隔熱材料、人造板、鑄造、耐火材料等，是市場上能夠購買獲得產(chǎn)品。硅溶膠(Silica solution)是一種膠體溶液，無臭、無毒，是二氧化硅顆粒在水中或溶劑中的分散液。由于娃溶膠中的SiO2含有大量的水及輕基,故娃溶膠也可以表述為SiO2 · ηΗ20。水玻璃是硅酸鈉的水溶液，具有粘結(jié)力強、強度較高、耐酸性、耐熱性好、耐堿性等特點。(2)混料將步驟(I)中的配料加入混碾機中混合碾制成泥料。混碾機是市場上常見的混合設(shè)備，例如國營河南遠(yuǎn)大機械制造公司生產(chǎn)銷售的輪式混碾機。(3)成型將步驟(2)的泥料裝入模具中成型制成爐底板板坯。(4)燒結(jié)將所述板坯先在氮氣氣氛和在127(T1430°C條件下保溫一定時長，通常l 30h都是允許的，然后再在氮氣氣氛下繼續(xù)升溫到1450°C 1700°C，保溫:Tl2h，制得氮化燒結(jié)坯；(5)滲潰硅處理將所述氮化燒結(jié)坯在溫度為170(Γ1850 和真空度小于IOOPa的條件下進(jìn)行滲潰硅處理，處理時間為2 20小時，制得SiC-Si3N4質(zhì)高溫陶瓷爐底板毛坯；(6)將毛坯進(jìn)行機械加工處理，制得環(huán)形爐用SiC-Si3N4質(zhì)高溫陶瓷爐底板。在本發(fā)明中，優(yōu)選地所述的Si粉的純度為彡95wt%，粒度小于O. Imm ;所述的SiC粉的純度為彡90wt%，粒度小于5mm。在本發(fā)明中，優(yōu)選地所述的Y2O3的純度不應(yīng)小于95wt%，Al2O3的純度不應(yīng)小于95wt% ；Y203 或 Al2O3 的粒度小于 O. 01mm。 在本發(fā)明中，所述的成型方法是搗打成型或振動成型。
本發(fā)明還涉及上述制備方法所制備的環(huán)形爐用SiC-Si3N4質(zhì)高溫陶瓷爐底板。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下主要優(yōu)點該制備方法工藝簡單、成本低，所制備的環(huán)形爐用SiC-Si3N4質(zhì)高溫陶瓷爐底板具有耐高溫、抗蠕變性能好、高溫強度大、抗熱震性好等特點，用其取代耐熱鋼質(zhì)爐底板，能滿足環(huán)形爐生產(chǎn)的工況要求，能夠有效地解決金屬爐底板的耐高溫性能差、材料的高溫蠕變率大而造成爐底板彎曲變形、材料的熱膨脹率大而造成爐底板開裂損壞及使用壽命較低問題。
具體實施方式
在本發(fā)明中如無特殊說明，各組分間均采用重量比。為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。實施例I稱取SiC粉63kg、Si粉37kg、3kg Y2O3和4kg酚醛樹脂，在混碾機中混合碾制成泥料。將泥料裝入模具中，采用常規(guī)的搗打成型方法成型制得爐底板坯。將板坯在氮氣氣氛下在1270°C條件下保溫30h，再在氮氣氣氛下繼續(xù)升溫到1700°C，保溫3h制得氮化燒結(jié)坯。將氮化燒結(jié)坯在1800°C、30Pa真空度下滲潰硅處理15小時制得爐底板毛坯。將毛坯進(jìn)行機械加工處理，制得環(huán)形爐用SiC-Si3N4質(zhì)高溫陶瓷爐底板。實施例2稱取SiC粉55kg、Si粉45kg、4kgY203和6kg酚醛樹脂，如實施例I混碾制坯。將板坯在氮氣氣氛下在1430°C條件下保溫5h，再在氮氣氣氛下繼續(xù)升溫到1650 0C，保溫8h制得氮化燒結(jié)坯。將氮化燒結(jié)坯在1850°C、60Pa真空度下滲潰硅處理20小時制得爐底板毛坯。將毛坯進(jìn)行機械加工處理，制得環(huán)形爐用SiC-Si3N4質(zhì)高溫陶瓷爐底板。實施例3稱取SiC粉75kg、Si粉25kg、8kgY203和9kg硅溶膠，如實施例I混碾制坯。將板坯在氮氣氣氛下在1430°C條件下保溫5h，再在氮氣氣氛下繼續(xù)升溫到1650 0C，保溫8h制得氮化燒結(jié)坯。將氮化燒結(jié)坯在1850°C、60Pa真空度下滲潰硅處理20小時制得爐底板毛坯。將毛坯進(jìn)行機械加工處理，制得環(huán)形爐用SiC-Si3N4質(zhì)高溫陶瓷爐底板。實施例4稱取SiC 粉 25kg、Si 粉 275kg、3kgY203、3kgAl203 和 6kg 水玻璃，如實施例 I 混碾制坯。將板坯在氮氣氣氛下在1430°C條件下保溫lh，再在氮氣氣氛下繼續(xù)升溫到1450°C，保溫12h制得氮化燒結(jié)坯。將氮化燒結(jié)坯在1700°C、IOPa真空度下滲潰硅處理2小時制得爐底板毛坯。將毛坯進(jìn)行機械加工處理，制得環(huán)形爐用SiC-Si3N4質(zhì)高溫陶瓷爐底板。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)形爐用SiC-Si3N4質(zhì)高溫陶瓷爐底板的制備方法，其特征在于步驟如下 (1)配料以總重量份100份計稱取25 75份Si粉，余量為SiC粉；加入31份燒結(jié)助劑和4、份結(jié)合劑；所述燒結(jié)助劑為Y2O3、或Y2O3和Al2O3的混合物；所述結(jié)合劑選自酚醛樹月旨、硅溶膠或水玻璃； (2)混料將步驟(I)中的配料加入混碾機中混合碾制成泥料； (3)成型將步驟(2)的泥料裝入模具中成型制成爐底板板坯； (4)燒結(jié)將所述板坯先在氮氣氣氛和在127(Tl43(TC條件下保溫l 30h，再在氮氣氣氛下繼續(xù)升溫到1450°C 1700°C，保溫3 12h，制得氮化燒結(jié)坯； (5)滲潰硅處理將所述氮化燒結(jié)坯在溫度為170(Tl850°C和真空度小于IOOPa的條件下進(jìn)行滲潰硅處理，處理時間為2 20小時，制得SiC-Si3N4質(zhì)高溫陶瓷爐底板毛坯； (6)將毛坯進(jìn)行機械加工處理，制得環(huán)形爐用SiC-Si3N4質(zhì)高溫陶瓷爐底板。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述的Si粉的純度為>95wt%，粒度小于 0. Imnin
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述的SiC粉的純度為>90wt%，粒度小于5mm o
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述的Y2O3的純度>95wt%, Al2O3的純度彡95wt% ；Y203或Al2O3的粒度小于0. 01mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述的成型方法是搗打成型或振動成型。
6.根據(jù)權(quán)利要求r5項中任一項權(quán)利要求所述的制備方法制備得到的環(huán)形爐用SiC-Si3N4質(zhì)高溫陶瓷爐底板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種環(huán)形爐用SiC-Si3N4質(zhì)高溫陶瓷爐底板及其制備方法，以總重量份100份計稱取25~75份Si粉，余量為SiC粉；加入3~8份燒結(jié)助劑和4~9份結(jié)合劑；所述燒結(jié)助劑為Y2O3、或Y2O3和Al2O3的混合物；經(jīng)混料、成型、燒結(jié)、滲漬硅處理和機械加工制得環(huán)形爐用SiC-Si3N4質(zhì)高溫陶瓷爐底板。該制備方法工藝簡單、成本低，所得產(chǎn)品具有耐高溫、抗蠕變性能好、高溫強度大、抗熱震性好等特點，能滿足環(huán)形爐生產(chǎn)的工況要求，能夠有效地解決金屬爐底板的耐高溫性能差、材料的高溫蠕變率大而造成爐底板彎曲變形、材料的熱膨脹率大而造成爐底板開裂損壞及使用壽命較低問題。
文檔編號C04B35/565GK102795859SQ20121029592
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月17日
發(fā)明者祝洪喜, 駱中漢, 鄧承繼, 汪盛明, 張小東, 彭瑋珂, 程明 申請人:湖北紅花高溫材料有限公司