本发明专利技术公开一种基于纳米碳素材料改性的SiC耐磨耐火材料，由如下重量份原料制成：65‑80份高比表面积SiC，2‑5份纳米防火填料，1‑5份纳米炭黑、1‑2份稀土氧化物；将高比表面积SiC、纳米炭黑和稀土氧化物混合均匀，之后转移至10%PVA溶液中，以180‑200r/min的转速磁力搅拌40min，之后困料、压制成型后干燥，之后烧结，控制烧结温度为1300‑1400℃，烧结时间为1.5h，之后降温至200℃，均匀加入纳米防火填料，保温2h后升温至250℃，继续保温10h，制得所述基于纳米碳素材料改性的SiC耐磨耐火材料；当与纳米防火填料、纳米石墨等原料混合时，自身的高比表面积和大量孔隙一方面能够便于纳米粒子进入，另一方面具有优异的吸附性能，能够保障混合体系的稳定性。
【技术实现步骤摘要】
基于纳米碳素材料改性的SiC耐磨耐火材料
本专利技术属于SiC合成
，具体为一种基于纳米碳素材料改性的SiC耐磨耐火材料。
技术介绍
碳化硅耐火材料在高温氧化气氛中会发生氧化，变成SiO气体、耐磨性差的SiO2玻璃相、CO2而失效，为了提高含碳化硅耐火材料的抗氧化性，常会向材料中添加各种型式的碳素材料，传统的一般有焦碳，石墨，沥青等，添加型态多为1mm以下颗粒或细粉，最细的一般是320目左右的粉料。碳化硅耐火材料中常添加的另一种防氧化剂是单质硅粉。硅本身也易氧化，与氧气反应生成SiO2，反应消耗氧气，足够数量的反应产物SiO2玻璃相还能起到隔绝氧气防止碳化硅继续氧化的作用，从而达到保护碳化硅不被氧化的目的。颗粒或细粉型态的碳素材料在流化床锅炉中（使用环境的800-1300C）高温下除了参与氧化反应外，化学稳定性极好反应活性很差，一般不会与硅氧化物反应生产碳化硅，而纳米级的碳素材料因其比表面积高，表面能高，反应活性大大提高，起始反应温度明显降低，且纳米材料在材料中分散性远远高好细粉级碳素，与硅金属或硅氧化物接触后易发生固相反应生产形成新碳化硅结合相提升材料结合强度，和耐磨性，且硅金属达到熔点后会熔化成液相并快速迁移，加剧与纳米碳素材料反应。中国专利技术专利CN103360092A公开了一种火化炉用碳化硅耐火材料，其主要由骨料、耐火细粉、磷酸盐、高铝水泥等组成，其特征在于磷酸盐为稀释后的工作磷酸二氢铝(ρ=1.38g/cm3)，骨料为特优级矾土(w(Al2O3)＞88%),耐火细粉为特优级矾土和一级矾土（w（Al2O3）＞80%），凝结剂为高铝水泥。本专利技术与现有技术相比，具有耐酸碱性好、强度高、耐磨、耐火度高和抗热震性能好、耐飓冷飓热、低导热、耐温高(1500℃以上)、使用寿命长、节能、环保等特点。
技术实现思路
为了克服上述的技术问题，本专利技术提供一种基于纳米碳素材料改性的SiC耐磨耐火材料。本专利技术所要解决的技术问题:碳化硅耐火材料在高温氧化气氛中会发生氧化，变成SiO气体、耐磨性差的SiO2玻璃相、CO2而失效。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：基于纳米碳素材料改性的SiC耐磨耐火材料，由如下重量份原料制成：65-80份高比表面积SiC，2-5份纳米防火填料，1-5份纳米炭黑、1-2份稀土氧化物；高比表面积SiC由如下方法制成：第一步、将有机碳源加入去离子水中，加入羧甲基纤维素钠，40-45℃水浴加热并磁力搅拌20min，制得混合液A，之后转移至反应釜中，以5℃/min的升温速度升温至180-200℃，在此温度下反应20h，之后过滤，用无水乙醇洗涤三次，制得碳微球，控制有机碳源、羧甲基纤维素钠和去离子水的重量比为1∶100∶0.02；第二步、将碳微球和硅粉按照1.8-2∶1的重量比进行混合，制得混合料，之后加入造孔剂，混合均匀，在氩气气氛下以15℃/min的升温速度升温至750℃，在此温度下保温4h，之后以10℃/min的升温速度升温至1100-1200℃，保温2h，降温，制得所述高比表面积SiC，控制造孔剂与混合料的重量比为1.5-1.8∶2。进一步地，所述有机碳源为葡萄糖、麦芽糖和蔗糖中的一种或两种。第一步中将有机碳源加入去离子水中，之后加入羧甲基纤维素钠，通过水浴加热制备出一种碳微球，通过控制水浴加热的时间和温度能够控制制得的碳微球粒径，之后第二步先将碳微球和硅粉按照1.8-2∶1的重量比进行混合，之后加入造孔剂继续分段煅烧，羧甲基纤维素钠能够包覆在碳微球和硅粉表面，能够充当润滑剂，进而降低SiC成型的微粒间摩擦力，进而能够使得制成的SiC具有较高的致密度，而且继续升温过程中羧甲基纤维素钠自身分解，产生大量气孔，使得成型的SiC自身产生气孔，加入造孔剂，能够进一步增大SiC自身的比表面积。进一步地，所述纳米防火填料由如下方法制成：（1）将分子筛、尿素和乙醇按照3∶5∶1的重量比混合均匀，之后加入三口烧瓶中，45-55℃水浴加热并以120r/min的转速搅拌3-4h，制得混合浆料，抽滤并用35-40℃去离子水洗涤三次，之后用无水乙醇洗涤三次，烘干，研磨，制得改性分子筛；（2）将改性分子筛和纳米二氧化硅混合，以1000-1200r/min的转速搅拌40-50min，制得复合粒子前驱体，之后加入六甲基二硅氮烷，磁力搅拌15-30min后加入IFR，升温至100-110℃，在此温度下反应4-5h，过滤，用去离子水洗涤三次，制得高阻燃复合填料，控制改性分子筛、纳米二氧化硅、六甲基二硅氮烷和IFR的重量比1∶2∶50-60∶0.2-0.5。步骤（1）中分子筛、尿素和乙醇按照3∶5∶1的重量比混合，对分子筛进行插层改性，通过将尿素作为插层剂，一方面能够增大分子筛的层间距，为其它分子进入分子筛提供空间，另一方面当制得的改性分子筛燃烧时能够分解出氨气，对燃烧过程进行阻碍；步骤（2）中将改性分子筛和纳米二氧化硅混合，通过六甲基二硅氮烷进行修饰，二氧化硅表面的羟基能够与六甲基二硅氮烷发生脱水缩合反应，二氧化硅均匀吸附在改性分子筛表面，形成一种改性分子筛为核，纳米二氧化硅为壳的微米/纳米核壳结构，而且加入IFR，IFR中的P元素能够与改性分子筛中的N元素进行协同阻燃，当复合填料燃烧时能够释放出水蒸气和金属氧化物，水蒸气能够降低然后时燃烧物的浓度，金属氧化物具有优异的耐热性，并且包覆在燃烧物表面，进一步增强阻燃性能，所以制得的复合填料具有优异的阻燃防火性能。进一步地，第二步中所述造孔剂为碳酸氢铵粉末和TW系列造孔剂中的一种或两种。进一步地，所述稀土氧化物为氧化钐和氧化铈中的一种或两种。进一步地，该SiC耐磨耐火材料由如下方法制成：将高比表面积SiC、纳米炭黑和稀土氧化物混合均匀，之后转移至质量分数10%PVA溶液中，以180-200r/min的转速磁力搅拌40min，之后困料、压制成型后干燥，之后烧结，控制烧结温度为1300-1400℃，烧结时间为1.5h，之后降温至200℃，均匀加入纳米防火填料，保温2h后升温至250℃，继续保温10h，制得所述基于纳米碳素材料改性的SiC耐磨耐火材料。本专利技术的有益效果：（1）本专利技术基于纳米碳素材料改性的SiC耐磨耐火材料，由高比表面积SiC，纳米防火填料等作为原料制成，高比表面积SiC制备过程中第一步中将有机碳源加入去离子水中，之后加入羧甲基纤维素钠，通过水浴加热制备出一种碳微球，通过控制水浴加热的时间和温度能够控制制得的碳微球粒径，之后第二步先将碳微球和硅粉按照1.8-2∶1的重量比进行混合，之后加入造孔剂继续分段煅烧，羧甲基纤维素钠能够包覆在碳微球和硅粉表面，能够充当润滑剂，进而降低SiC成型的微粒间摩擦力，进而能够使得制成的SiC具有较高的致密度，而且继续升温过程中羧甲基纤维素钠自身分解，产生大量气孔，使得成型的SiC自身产生气孔，加入造孔剂，能够进一步增大SiC自身的比表面积，当与纳米防火填料、纳米石墨等原料混合时，自身的高比表面积和大量本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于纳米碳素材料改性的SiC耐磨耐火材料，其特征在于，由如下重量份原料制成：65-80份高比表面积SiC，2-5份纳米防火填料，1-5份纳米炭黑、1-2份稀土氧化物；/n高比表面积SiC由如下方法制成：/n第一步、将有机碳源加入去离子水中，加入羧甲基纤维素钠，40-45℃水浴加热并磁力搅拌20min，制得混合液A，之后转移至反应釜中，以5℃/min的升温速度升温至180-200℃，在此温度下反应20h，之后过滤，用无水乙醇洗涤三次，制得碳微球，控制有机碳源、羧甲基纤维素钠和去离子水的重量比为1∶100∶0.02；/n第二步、将碳微球和硅粉按照1.8-2∶1的重量比进行混合，制得混合料，之后加入造孔剂，混合均匀，在氩气气氛下以15℃/min的升温速度升温至750℃，在此温度下保温4h，之后以10℃/min的升温速度升温至1100-1200℃，保温2h，降温，制得所述高比表面积SiC，控制造孔剂与混合料的重量比为1.5-1.8∶2。/n
【技术特征摘要】
1.基于纳米碳素材料改性的SiC耐磨耐火材料，其特征在于，由如下重量份原料制成：65-80份高比表面积SiC，2-5份纳米防火填料，1-5份纳米炭黑、1-2份稀土氧化物；
高比表面积SiC由如下方法制成：
第一步、将有机碳源加入去离子水中，加入羧甲基纤维素钠，40-45℃水浴加热并磁力搅拌20min，制得混合液A，之后转移至反应釜中，以5℃/min的升温速度升温至180-200℃，在此温度下反应20h，之后过滤，用无水乙醇洗涤三次，制得碳微球，控制有机碳源、羧甲基纤维素钠和去离子水的重量比为1∶100∶0.02；
第二步、将碳微球和硅粉按照1.8-2∶1的重量比进行混合，制得混合料，之后加入造孔剂，混合均匀，在氩气气氛下以15℃/min的升温速度升温至750℃，在此温度下保温4h，之后以10℃/min的升温速度升温至1100-1200℃，保温2h，降温，制得所述高比表面积SiC，控制造孔剂与混合料的重量比为1.5-1.8∶2。
2.根据权利要求1所述的基于纳米碳素材料改性的SiC耐磨耐火材料，其特征在于，所述有机碳源为葡萄糖、麦芽糖和蔗糖中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的基于纳米碳素材料改性的SiC耐磨耐火材料，其特征在于，所述纳米防火填料由如下方法制成：
（1）将分子筛、尿素和乙醇按照3∶5∶1的重量比混合均匀，之后加入三口烧瓶中，45-55℃水浴加热并以120r/min的转速搅拌3-4h，...
【专利技术属性】
技术研发人员：裴国芳，曹佃港，方超东，林鹏，朱旭娇，吴小青，王举举，钱国成，杨小芹，
申请(专利权)人：裴小罗，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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