一种纳米硅原位生成陶瓷相增强型铝碳滑板及其制备工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种纳米硅原位生成陶瓷相增强型铝碳滑板及其制备工艺，通过加入纳米硅粉，降低烧成温度，可生成填充孔隙、提高材料致密度的氧化物和非氧化物陶瓷增强相，改善材料的抗氧化性能，提高材料的力学性能；同时采用四氯化硅浸润鳞片石墨，使其对鳞片石墨表面改性，在氮化气氛下高温烧成，形成SiC/Si

A ceramic phase reinforced Al-C slide plate in situ formed by nano silicon and its preparation process

【技术实现步骤摘要】
一种纳米硅原位生成陶瓷相增强型铝碳滑板及其制备工艺
本专利技术涉及一种纳米硅原位生成陶瓷增强型铝碳滑板及其制备工艺，属于无机非金属材料领域。
技术介绍
滑动水口主要用于钢包和中间包的钢流控制系统，为无氧化连铸保护系统的重要组成部分之一。滑板在使用时要承受高温钢液的化学侵蚀、物理冲刷以及剧烈的热冲击，使用条件十分苛刻。目前国内外滑板材料以高温烧成的铝碳和铝锆碳质为主，其中高温烧成铝碳滑板质量稳定，性价比高，使用量更大。滑板常用的抗氧化剂主要有金属Al、Si等，在滑板烧成或高温使用过程中与基体中的C以及气氛中的CO和N2反应原位生成纤维状或针状碳化物、氮化物增强增韧相，从而显著提高材料高温使用性能，取得了较好的使用效果，同时，金属Al的加入，生产AlN等不稳定相，烧成滑板在潮湿的条件下出现水化现象。随着洁净钢冶炼比例的增加，对滑板的抗热震性和抗侵蚀性提出更高要求。纳米粉体逐步被引入到耐火材料的生产制备中，纳米粉具有较好的填充作用，易使材料结构致密化、气孔微细化，可提高抗侵蚀性；在材料中易形成以纳米颗粒为核的类似于“晶内型”的复合结构，可提高材料的抗热震性，此外，纳米粉还具有降低烧结温度、提高反应活性和增强结合的作用等。本专利技术研究开发纳米硅原位生成陶瓷相增强型铝碳滑板，在滑板中添加纳米硅，改善滑板的抗氧化性能，提高材料的力学性能，满足特种钢苛刻的使用条件及安全使用要求。
技术实现思路
本专利技术涉及一种纳米硅原位生成陶瓷相增强型铝碳滑板及其制备工艺，通过加入纳米硅粉，有效降低烧成温度，可生成填充孔隙、提高材料致密度的氧化物和非氧化物陶瓷增强相，改善材料的抗氧化性能，提高材料的力学性能；同时采用四氯化硅浸润鳞片石墨，使其对鳞片石墨表面改性，在氮化气氛下（1400~1500℃）高温烧成，形成SiC/Si3N4复合陶瓷相，进一步提高材料的断裂能和抗热震性。滑板在生产和服役过程中，材料的结合方式主要有树脂结合、碳结合，陶瓷增强结合等多种形式，保持了材料强度一致性，并提高材料的热震稳定性。本专利技术的配方（重量和粒度含量）如下：（1）粒度4～2mm的莫来石20～30%（2）粒度2～1mm的烧结刚玉12～20%（3）粒度1～0mm的烧结刚玉20～32%（4）粒度0.045mm的烧结刚玉8～14%（5）粒度0.088mm的维罗泥3～6%（6）粒度2μm的α-Al2O3微粉8～12%（7）纳米硅粉2～4%（8）-194鳞片石墨3～6%（9）酚醛树脂+4～6%（另外加入，不计入原料总质量百分比。）（10）高纯四氯化硅液体所述的莫来石为市售耐火原料，其中Al2O370%～72%、Fe2O3≤0.8%；所述的烧结刚玉为市售耐火原料，其中Al2O3≥99%、Fe2O3≤0.3%；所述的维罗泥为市售耐火球状粘土（广西白泥），其中Al2O3≥34%，Fe2O3<2.0%；所述的α-Al2O3微粉为市售耐火原料，其中Al2O3≥99.0%，Na2O+K2O≤0.5%；所述的-194鳞片石墨为市售耐火原料，其中C≥94%；所述的酚醛树脂均为市售耐火材料用热固性酚醛树脂。具体工艺过程包括以下几部分：（1）将鳞片石墨倒入四氯化硅中浸泡120分钟，50℃烘干24小时；（2）将粒度2μm的α-Al2O3微粉和纳米硅粉经球磨形成复合粉，球磨时间在90～120分钟；（3）将粒度≤0.088mm、粒度≤0.045mm的细粉与工艺（1）烘干的鳞片石墨，工艺（2）制得的混合粉进行强力预混，预混时间在20～30分钟；（4）按比例将4～2mm的莫来石颗粒、2～1mm和1～0mm的烧结刚玉颗粒进行干混3分钟，加入少量树脂结合剂，再加入全部预混后的细粉、微粉一起混碾6～8分钟、然后再加入剩下的树脂结合剂，经强力混碾均化成混合料，混碾有效时间为25～40分钟；（5）混合料出料后，用5mm的筛子筛分，去除团聚大块；（6）在恒温恒湿条件下困料24～36小时；（7）压制成型；（8）自然干燥24～36小时后，再在240～280℃干燥24～36小时；（9）在氮化气氛下1380～1480℃烧成，10～15小时。（10）打箍、磨削、粘壳和包装。本专利技术生产的铝碳滑板具有优异抗氧化性、抗侵蚀性及力学性能，在连铸的大型钢包中，使用寿命稳定在4次以上。与现有技术相比，本专利技术的显著区别特征在于：（1）节能减排、降低成本。普通铝碳高温烧成滑板需经1500℃以上的高温烧成，而本专利技术的滑板添加纳米硅，其粒径小且分布均匀、比表面积大、表面活性高；有效降低烧成温度至1380～1480℃。同时随着烧成温度的降低，滑板的烧成成本下降，有效提高产品性价比和市场竞争力，本专利技术符合节能减排趋势，具有巨大的经济和社会效益；（2）优化细粉加入方式。本专利技术引入纳米硅粉，考虑到纳米粉末易团聚，分散不均等问题，采用细粉两步预混工艺，第一步预混采用纳米硅粉和α-Al2O3微粉球磨混合，形成复合粉；第二步将复合粉预其他细粉进行强力预混；最终使其均匀填充于耐火材料颗粒间隙内，改善耐火材料的成型性能。（3）性能稳定、可靠。本专利技术添加纳米硅，其均匀分布在耐火材料基质中；同时在利用四氯化硅对鳞片石墨进行表面改性，在高温下与气氛中N2或环境中的C原位反应生成SiC、Si3N4等陶瓷相，不仅填充气孔并提高材料的致密度，而且对材料起到增强增韧的作用，从而提高材料的抗氧化性、抗侵蚀性及力学性能。本专利技术不添加金属Al，杜绝因生成AIN、Al3C4等不稳相，导致滑板水化现象发生。具体实施方式实施例1按照以下配方（重量和粒度含量）如下：（1）粒度4～2mm的莫来石20%（2）粒度2～1mm的烧结刚玉15%（3）粒度1～0mm的烧结刚玉32%（4）粒度0.045mm的烧结刚玉12%（5）粒度0.088mm的维罗泥4%（6）粒度2μm的α-Al2O3微粉12%（7）纳米硅粉2%（8）-194鳞片石墨3%（9）酚醛树脂4.8%（外加，不计入重量百分比）（10）高纯四氯化硅液体制备工艺过程包括以下几部分：（1）按比例称量-194鳞片石墨倒入四氯化硅中浸泡120分钟，50℃烘干24小时后待用；（2）按比例称量粒度2μm的α-Al2O3微粉和纳米硅粉，球磨90分钟后待用；（3）按比例称量粒度0.088mm维罗泥、粒度0.045mm烧结刚玉细粉与工艺（1）烘干后鳞片石墨，工艺（2）制得的复合粉进行强力预混，预混时间在30分钟；（4）按比例称量粒度4～2mm的莫来石颗粒、2～1mm的烧结刚玉颗粒和1～0mm的烧结刚玉颗粒，干混3分钟，加入少量树脂结合剂，再加入工艺（3）制的全部强力预混后的细粉一起混碾6分钟、然后再加入剩下的树脂结合剂，经强力混碾均化成混合料，树本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米硅原位生成陶瓷相增强型铝碳滑板，配方按重量百分含量计如下：/n粒度4～2mm的莫来石20～30%；/n粒度2～1mm的烧结刚玉12～20%；/n粒度1～0mm的烧结刚玉20～32%；/n粒度0.045mm的烧结刚玉8～14%；/n粒度0.088mm的维罗泥3～6%；/n粒度2μm的α-Al

【技术特征摘要】
1.一种纳米硅原位生成陶瓷相增强型铝碳滑板，配方按重量百分含量计如下：
粒度4～2mm的莫来石20～30%；
粒度2～1mm的烧结刚玉12～20%；
粒度1～0mm的烧结刚玉20～32%；
粒度0.045mm的烧结刚玉8～14%；
粒度0.088mm的维罗泥3～6%；
粒度2μm的α-Al2O3微粉8～12%；
纳米硅粉2～4%；
-194鳞片石墨3～6%；
酚醛树脂+4～6%，另外加入，不计入原料总质量百分比；
高纯四氯化硅液体。


2.根据权利要求1所述的纳米硅原位生成陶瓷相增强型铝碳滑板，其特征在于：所述的莫来石为市售耐火原料，其中Al2O370%～72%、Fe2O3≤0.8%；所述的烧结刚玉为市售耐火原料，其中Al2O3≥99%、Fe2O3≤0.3%；所述的维罗泥为市售耐火球状粘土（广西白泥），其中Al2O3≥34%，Fe2O3<2.0%；所述的α-Al2O3微粉为市售耐火原料，其中Al2O3≥99.0%，Na2O+K2O≤0.5%；所述的-194鳞片石墨为市售耐火原料，其中C≥94%；所述的酚醛树脂均为市售耐火材料用热固...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫昕，陈松林，魏瀚，王俊涛，胡小成，刘士范，孙旭东，徐琳琳，徐如林，
申请(专利权)人：宜兴市耐火材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32