專利名稱：一種異型碳化硅制品制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及耐火材料制備工藝，主要是提供一種異型碳化硅制品的制備方法。 技術背景
碳化硅質耐火材料制品由于其優(yōu)異的常溫和高溫性能在高爐、窯具和電解槽等行 業(yè)已經(jīng)得到了廣泛的應用。由于制備工藝的不足，目前得到應用的主要是標型制品和形狀 比較規(guī)范的非標型的磚、板、柱和管等制品，而形狀較為復雜的碳化硅耐火材料制品的應用 較少。
碳化硅異型制品可以通過注漿具體包括常壓注漿，加壓注漿，離心注漿，溶膠凝膠 注漿等方法成型。關于碳化硅的注漿成型國內外研究人員進行了大量的研究，其顯著的特 點是采用微米級別或者更細的碳化硅粉體制備高濃度的漿料在石膏模具中通過石膏吸水 或者凝膠固化的方法來獲得所需要的坯體。其中通過石膏吸水的注漿成型方法其具體工藝 過程是將具有流動性的泥漿注入石膏模內，利用石膏模的吸水性使泥漿中分散的顆粒粘附 在模壁上，形成和模型相同形狀的坯體層，并隨時間的延長而逐漸增厚，當達到一定程度時 坯體層發(fā)生干燥收縮而與模型壁脫離，此時即可取出，形成粗坯，通過此種方法可以制得陶 瓷級別的碳化硅制品，但是制備流動性好高濃度的注漿漿料比較困難，并且原料的粒徑受 到一定程度的限制，沒有顆?；蛑荒芗尤牒苄〉念w粒，這是利用石膏吸水特性注漿成型的 一個缺點。另外，有時為了確保制備流動性好的漿料，往往需要加入更多的水，由此導致了 注漿成型過程中由于石膏模吸水導致的體積收縮較大且收縮速率和方向不一致，坯體容易 發(fā)生開裂，是利用石膏模吸水特性注漿成型的另一個主要缺點，并且由此導致了石膏注漿 制品的壁厚受到限制，對于壁厚(5mm為最佳)較厚的制品也無法制備。而凝膠注漿需要使 用的有機單體、交聯(lián)劑和催化劑、誘發(fā)劑等均為對人體和環(huán)境有毒的有機物質。注漿法制備 的制品單維尺寸一般都小于lm(管、棒等形狀除外)，對于臨界顆粒較大(> Imm)、壁厚較 厚(> IOmm)并且三維尺寸都較大的形狀復雜的異型碳化硅制品，注漿法目前還不能夠很 好的制備。
中國專利“采用石膏模具、振動成型耐火材料的工藝99105659.0”提出一種可用于 異型耐火材料成型的方法，具體為將澆注料注入石膏模具利用石膏模具的吸水性能并且輔 助振動排氣的方式成型。該方法雖然通過振動的方式輔助成型，但是仍然利用了石膏的吸 水特性，坯體在吸水的方向上有著不可避免的密度梯度，對于產(chǎn)品的均一性不利，且坯體在 石膏模吸水收縮過程中易發(fā)生開裂，即使成型時坯體未開裂，通過此種方法制備的產(chǎn)品均 一性也不好，在實際使用過程中，容易產(chǎn)生應力，屬于材料的薄弱環(huán)節(jié)。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種異型碳化硅制品的制備方法，使用該方法能夠制備出形 狀復雜的異型碳化硅質耐火材料制品。
本發(fā)明提出的異型碳化硅制品制備方法是由以碳化硅為主的原料、結合劑和水混成澆注料后，注入模具成型，經(jīng)養(yǎng)護、烘干后燒成制得制品；制備坯體時采用工作面涂有防 水涂層的石膏模具并且采用澆注料振動成型的方式。
其中石膏模具工作面的防水涂層的構成為固體石蠟和煤油的混合物，或石墨和 煤油的混合物；其中固體石蠟和煤油的質量比為1 5 1 3，石墨和煤油的質量比為 1 8 1 5;固體石蠟和煤油的混合方式為在55°C 70°C加熱攪拌混合；石墨和煤油的 混合方式為在室溫攪拌混合而成，然后用刷子刷在石膏模具的工作面，并且自然風干備用。
澆注料振動成型采用變頻振動電機。
本發(fā)明制備方法的特點主要在于制備坯體時采用工作面涂有防水涂層的石膏 模具并且澆注料振動成型方式，與同樣采用石膏模具、振動成型耐火材料的工藝的專利 99105659. 0的區(qū)別在于本發(fā)明制備坯體時采用工作面涂有防水涂層的石膏模具，抑制石膏 模具固有的吸水特性，僅通過振動來控制坯體的成型，從而避免了坯體在吸水方向的材料 密度梯度的產(chǎn)生，也可以防止由于不同部位，不同時間段吸水速率的差異導致坯體產(chǎn)生的 裂紋。采用本發(fā)明對漿料的流動性要求不是很高，可以引入除微粉之外的較大顆粒，從而改 善材料的常規(guī)性能和使用性能。本發(fā)明采用工作面涂有防水涂層的石膏模具，石膏本身成 本低廉，制備方便，并且防水涂層的原料來源廣泛，配置簡單，操作方便。采用本發(fā)明方法制 得的坯體不受形狀的限制，并且由于避免了石膏吸水產(chǎn)生的應力，可以制備大型復雜制品， 從而改善材料的整體性。本發(fā)明方法制備出的制品密度均勻，常溫高溫力學性能好，能夠應 用于要求形狀復雜的常溫、高溫環(huán)境下。
本方法采用的石膏模具工作面涂有可以抑制石膏模具吸水的防水涂層；由于抑制 了石膏模的吸水性，從而避免了坯體由于收縮不均導致的開裂，因此制品的壁厚不受限制， 并且可以減小制品由于采用普通石膏模具注漿成型產(chǎn)生的密度梯度，價格低廉、制備方便， 可以適應少量制品的制備也可以應用于大批量的產(chǎn)品生產(chǎn)。
本發(fā)明制備方法的具體步驟為
將一定比例的原料和結合劑按順序加入混練機混成澆注料，由混好的澆注料注入 放在振動臺上的工作面涂有防水涂層的石膏模具中，經(jīng)振動成型；
振動過程中可調節(jié)振動頻率至50Hz以上，并可根據(jù)制品大小調節(jié)振動電機偏心 塊以調節(jié)振動強度，實現(xiàn)高頻率低強度振動。
澆注料的制備將以碳化硅為主的原料放入混練機，干攪5 lOmin，放入水和結 合劑攪拌15 20min，制成澆注料；
震動成型將摸具放置到震動臺上固定，將混好的澆注料注入放在振動臺上的工 作面涂有防水涂層的石膏模具中，開動震動臺，成型前根據(jù)所制備制品的形狀復雜程度和 大小調節(jié)振動頻率和振動幅度；
養(yǎng)護振動成型后將制品放置12 M小時，使水泥充分水化賦予坯體較高的強 度；
烘干根據(jù)制品厚度，將制品于110°C以上烘干12 36小時；
燒成將烘干后的干坯置于空氣氣氛或者氮氣氣氛下于1350°C 1450°C燒成。
具體實施方式
(實施例中百分比若不加說明，均為質量百分比；鋁酸鹽水泥、水和減水劑、添加劑等均采用外加的方式計算)
實施例1
將1 2mm 的 SiC 顆粒 50%，0. 1 Imm 的 SiC 顆粒 30%，小于 0. 088mm 的 SiC 細粉15%，小于20um的SW2微粉5%，外加5%鋁酸鹽水泥，放入混練機中干混5分鐘，加 入水7 %，減水劑密胺0.2%，混15分鐘。將石膏模具工作面刷上防水涂層，其中防水涂層 的組成為固體石蠟和煤油以1 5的質量比在55°C的加熱條件下攪拌混合，然后用刷子刷 在石膏模具的工作面，自然風干后放置到振動臺上固定備用。將混好的澆注料倒入模具中， 70Hz振動約15秒。將模具及內部的澆注料放置12小時，待澆注料的水泥充分水化使坯體 獲得足夠的強度，然后脫模。將坯體置于80°C烘干10小時，120°C烘干10小時。將烘好的 坯體裝入窯中于空氣氣氛下最高溫度1350°C保溫8小時燒成。所制得單重30kg的氧化物 結合碳化硅異型制品體積密度2. 68g/cm3，氣孔率16. 0%。
實施例2
將1 2mm 的 SiC 顆粒 40%，0. 1 Imm 的 SiC 顆粒 30%，小于 0. 088mm 的 SiC 細 粉15 %，小于0. 088mm的硅粉10 %，小于20um的O-Al2O3微粉5 %，外加6 %鋁酸鹽水泥，放 入混練機中干混8分鐘，加入水5. 5%，減水劑三聚磷酸鈉0. 2%，混20分鐘。將石膏模具 工作面刷上防水涂層，其中防水涂層的組成為固體石蠟和煤油以1 3的質量比在65°C的 加熱條件下攪拌混合，然后用刷子刷在石膏模具的工作面，自然風干后放置到振動臺上固 定備用。將混好的澆注料倒入模具中，50Hz振動約20秒。將模具及內部的澆注料放置12 小時，待澆注料的水泥充分水化使坯體獲得足夠的強度。然后脫模，將坯體置于70°C烘干 10小時，110°C烘干10小時。將烘好的坯體裝入窯中于流動氮氣氣氛下最高溫度1450°C保 溫12小時燒成。所制得單重15kg的Sialon為主要結合相的氮化物結合碳化硅異型制品 體積密度2. 67g/cm3,氣孔率15. 8 %。
實施例3
將2 3mm的SiC顆粒18 %，1 2mm的SiC顆粒；35 %，0. 1 Imm的SiC顆粒 15%，小于0. 088mm的SiC細粉15%，小于IOum的SiC微粉7%，小于0. 088的Si粉10%， 外加鋁酸鹽水泥6%，放入混練機中干混7分鐘，加入水6. 5%和減水劑密胺0. 3%，混15分 鐘。將石膏模具工作面刷上防水涂層，其中防水涂層的組成為固體石蠟和煤油以1 3的 質量比在70°C的加熱條件下攪拌混合，然后用刷子刷在石膏模具的工作面，自然風干后放 置到振動臺上固定備用。將混好的澆注料倒入模具中，80Hz振動約15秒。將模具及內部的 澆注料放置12小時后脫模。將坯體至于80°C烘干10小時，120°C烘干20小時。將烘好的 坯體裝入窯中于流動氮氣氣氛下最高溫度1380°C保溫20小時燒成。所制得單重30kg的氮 化硅為主要結合相的氮化物結合碳化硅異型制品體積密度2. 68g/cm3，氣孔率16. 0%。
實施例4
將1. 5 2. 5mm 的 SiC 顆粒 17%，0. 5 1. 5mm 的 SiC 顆粒；35%，0. 1 0. 5mm 的 SiC顆粒17%，小于0. 088mm的SiC細粉15%，小于IOum的SiR微粉6%，小于0. 088mm 的Si粉10%，外加鋁酸鹽水泥6%，放入混練機中干混7分鐘，加入水5. 5%和減水劑密胺 0.3%，混15分鐘。將石膏模具工作面刷上防水涂層，其中防水涂層的組成為石墨和煤油以 1 8的質量比室溫條件下攪拌混合，然后用刷子刷在石膏模具的工作面，自然風干后放置 到振動臺上固定備用。將混好的澆注料倒入模具中，60Hz振動約20秒。將模具及內部的澆注料放置12小時后脫模。將坯體至于80°C烘干10小時，120°C烘干10小時。將烘好的坯 體裝入窯中于流動氮氣氣氛下最高溫度1400°C，保溫12小時燒成。所制得單重30kg的氧 氮化硅為主要結合相的碳化硅異型制品，體積密度2. 70g/cm3，氣孔率15. 4%。
實施例5
將1. 5 3mm 的 SiC 顆粒 30 %，0. 1 1. 5mm 的 SiC 顆粒；35 %，小于 0. 088mm 的 SiC細粉15 %，軟質粘土 5 %，小于0. 088的Si粉15 %，外加鋁酸鹽水泥6 %，放入混練機 中干混7分鐘，加入水9%和減水劑密胺0. 3%，混15分鐘。將石膏模具工作面刷上防水涂 層，其中防水涂層的組成為石墨和煤油以1 5的質量比在室溫條件下攪拌混合，然后用刷 子刷在石膏模具的工作面，自然風干后放置到振動臺上固定備用。在石膏模內部放置與產(chǎn) 品內腔形狀相同的環(huán)?？蔁в袡C物做模芯，并將模芯固定。將混好的澆注料倒入模具中， 50Hz振動約20秒。將模具及內部的澆注料放置12小時后脫模。將坯體至于80°C烘干10小 時，120°C烘干20小時。將烘好的坯體裝入窯中于流動氮氣氣氛下最高溫度1450°C保溫12 小時燒成。所制得單重IOkg的碳化硅中空異型制品，體積密度2. 68g/cm3，氣孔率16. 0%。
權利要求
1.一種異型碳化硅制品制備方法，其特征在于是由以碳化硅為主的原料、結合劑和水 混成澆注料后，注入模具振動澆注成型，經(jīng)養(yǎng)護、烘干后燒成制得制品；成型所用模具為石 膏模具，工作面涂有防水涂層，采用變頻振動電機，并根據(jù)制品大小調節(jié)振動頻率和振動強度。
2.如權利要求1所述的異型碳化硅制品制備方法，其特征在于，所述防水涂層的構成 為固體石蠟和煤油以15 13的質量比在加熱條件下攪拌混合。
3.如權利要求2所述的異型碳化硅制品制備方法，其特征在于，固體石蠟和煤油加熱 混合的溫度為55°C 70°C。
4.如權利要求1所述的異型碳化硅制品制備方法，其特征在于，所述防水涂層的構成 為石墨和煤油以18 15質量比在室溫條件下攪拌混合。
5.如權利要求1 4所述的異型碳化硅制品制備方法，其特征在于，本發(fā)明制備方法的 具體步驟為將一定比例的原料和結合劑按順序加入混練機混成澆注料，由混好的澆注料注入放在 振動臺上的工作面涂有防水涂層的石膏模具中，經(jīng)振動成型；振動過程中可調節(jié)振動頻率至50Hz以上，并可根據(jù)制品大小調節(jié)振動電機偏心塊以 調節(jié)振動強度，實現(xiàn)高頻率低強度振動；澆注料的制備將以碳化硅為主的原料放入混練機，干攪5 lOmin，放入水和結合劑 攪拌15 20min，制成澆注料；震動成型將摸具放置到震動臺上固定，將混好的澆注料注入放在振動臺上的工作面 涂有防水涂層的石膏模具中，開動震動臺，成型前根據(jù)所制備制品的形狀復雜程度和大小 調節(jié)振動頻率和振動幅度；養(yǎng)護振動成型后將制品放置12 M小時，使水泥充分水化賦予坯體較高的強度；烘干根據(jù)制品厚度，將制品于110°C以上烘干12 36小時；燒成將烘干后的干坯置于空氣氣氛或者氮氣氣氛下于1350°C 1450°C燒成。
全文摘要
本發(fā)明涉及耐火材料制備工藝，主要是提供一種異型碳化硅制品的制備方法。是由以碳化硅為主的原料、結合劑和水混成澆注料后，注入模具振動澆注成型，經(jīng)養(yǎng)護、烘干后燒成制得制品。成型所用模具為石膏模具，工作面涂有防水涂層，采用變頻振動電機，并根據(jù)制品大小調節(jié)振動頻率和振動強度。該方法制備出的制品由基質和顆粒骨料組成，密度均勻，常溫高溫力學性能好，能夠應用于要求形狀復雜的常溫、高溫環(huán)境下。
文檔編號C04B35/66GK102040388SQ20101053092
公開日2011年5月4日 申請日期2010年10月28日 優(yōu)先權日2010年10月28日
發(fā)明者呂春江, 常赪, 張新華, 李 杰, 王建棟, 王建波, 王文武, 黃志明, 黃志林 申請人:中鋼集團洛陽耐火材料研究院有限公司