一种高强耐腐蚀SiC质耐火材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强耐腐蚀SiC质耐火材料及其制备方法。SiC质耐火材料包括如下组分的原料：80

【技术实现步骤摘要】
一种高强耐腐蚀SiC质耐火材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及耐火材料
，尤其涉及一种高强耐腐蚀SiC质耐火材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]SiC质耐火材料具有优异的力学性能和抗渣侵蚀性能被用于垃圾焚烧炉，然而垃圾焚烧过程中产生大量水蒸气，高温H2O
‑
O2耦合环境严重腐蚀炉衬SiC质耐火材料。
[0003]SiC质耐火材料是一种多孔非均质材料，包含结合相和大量气孔(显气孔率在5
‑
20％左右)。由于SiC具有强共价键结合以及低自扩散系数，极难烧结致密化，结合相对SiC质耐火材料服役性能有重要影响。曹会彦制备了SiO2结合SiC砖，显著提高了强度(曹会彦,王建波,黄志刚,等.耐火材料,2020,54(1):70
‑
73)。李勇将SiC
‑
Si复合材料经过高温氮化反应生成Si3N4结合SiC砖。(李勇,朱晓燕,王佳平,等.硅酸盐学报,2011,39(3):447
‑
451.)。然而，上述结合相SiO2和Si3N4均会被高温H2O
‑
O2腐蚀形成Si(OH)4气体(刘涛,何箐.国际热喷涂研讨会暨全国热喷涂年会,2018:35
‑
48.)，严重腐蚀炉衬SiC质耐火材料。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种孔径小、强度大、抗高温H2O
‑
O2耦合腐蚀性能强的的高强耐腐蚀SiC质耐火材料及其制备方法。
[0005]本专利技术的一种高强耐腐蚀SiC质耐火材料，包括如下组分的原料：80
‑
95份碳化硅、0.1
‑
8份氧化镱和3
‑
15份的硅溶胶。
[0006]进一步的，所述碳化硅的SiC含量≥98wt％；所述碳化硅的颗粒级配是：
[0007]粒径小于5mm且大于等于3mm占碳化硅9
‑
18wt％；
[0008]粒径小于3mm大于等于1mm占碳化硅30
‑
35wt％；
[0009]粒径小于1mm且大于等于0.088mm占碳化硅20
‑
25wt％；
[0010]粒径小于0.088mm且大于等于0.044mm占碳化硅30
‑
40wt％。
[0011]进一步的，所述氧化镱的Yb2O3含量为≥99wt％，所述氧化镱的粒径≤5μm。
[0012]进一步的，所述硅溶胶的SiO2含量为25％
‑
30wt％。
[0013]进一步的，所述硅溶胶的pH值为9
‑
11。
[0014]如上述的高强耐腐蚀SiC质耐火材料的制备方法，将80
‑
95份碳化硅、0.1
‑
8份氧化镱和3
‑
15份的硅溶胶混合均匀，然后在一定压力下压制成型，烘干后经过1200
‑
1550℃高温烧成，制得高强耐腐蚀SiC质耐火材料。
[0015]进一步的，压制成型的压力为150MPa。
[0016]对于SiC质耐火材料这类含有大量气孔的材料，高温湿空气腐蚀过程中，H2O
‑
O2首先通过材料表面的孔隙向材料内部渗透，然后吸附在SiC颗粒表面最终与之发生反应。气孔对于SiC材料抗H2O
‑
O2耦合腐蚀性能的影响至关重要。气孔孔径越小，孔结构越复杂，腐蚀性气体越难以向材料内部渗透，调控SiC质耐火材料显微结构，降低平均孔径，提高孔道迂
曲度能够显著降低气体渗透率，进而提高材料抗气体腐蚀性能。
[0017]本专利技术在硅溶胶结合SiC质耐火材料中引入氧化镱，经过空气气氛下高温烧成，发生一系列化学反应。在烧结过程中，气态中间产物对材料结构与性能起着决定性的影响，空气中的O2进入SiC砖内部发生氧化反应，生成SiO(g)和CO(g)气体。SiC的最终氧化产物SiO2能够进一步与Yb2O3反应结合生成Yb2Si2O7陶瓷相，该陶瓷相将SiO(g)和CO(g)气体保留在坯体内部，最终生成微孔Yb2Si2O7陶瓷结合相(孔径小于5μm)。同时上述气体反应生成SiC晶须，最终形成微孔Yb2Si2O7‑
SiC晶须复相结合相，大幅提高了SiC砖烧后力学性能。孔径小于5μm的Yb2Si2O7网络结构与SiC基体结合紧密，微孔Yb2Si2O7‑
SiC晶须复相结合相的生成降低了显气孔率，同时减小了孔径，使气孔结构复杂化，能够有效减少高温条件下H2O(g)的扩散通道，显著提高了材料高温水蒸气腐蚀后的热震稳定性。
[0018]稀土硅酸盐Yb2Si2O7具有优异的抗H2O
‑
O2耦合腐蚀性能，且热膨胀系数与SiC基体接近，高温下不易发生热失配，在SiC质耐火材料中原位生成Yb2Si2O7结合相能够提高抗水氧腐蚀性。
[0019]本专利技术制备的高强耐腐蚀SiC质耐火材料，经检测：显气孔率为15
‑
20％，中位径为1
‑
6μm，常温抗折强度为20
‑
45MPa；1000℃的H2O
‑
O2耦合腐蚀100h后耐压强度为15
‑
35MPa，腐蚀后的样品经过5次热震水冷循环试验后残余耐压强度为10
‑
25MPa。
[0020]因此，本专利技术制备的高强耐腐蚀SiC质耐火材料具有孔径小、强度大、抗高温H2O
‑
O2耦合腐蚀性能强的特点。
具体实施方式
[0021]以下是本专利技术的具体实施例，对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。
[0022]实施例1
[0023]一种高强耐腐蚀SiC质耐火材料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
[0024]以80
‑
85wt％的碳化硅、4.5
‑
8wt％的氧化镱和9
‑
15wt％的硅溶胶为原料，混合均匀，然后在150MPa的压力下压制成型，烘干后经过1200
‑
1550℃高温烧成，制得高强耐腐蚀SiC质耐火材料。
[0025]本实施例制备的高强耐腐蚀SiC质耐火材料，经检测：显气孔率为15
‑
18％，中位径为1
‑
4μm，常温抗折强度为37
‑
45MPa；1000℃的H2O
‑
O2耦合腐蚀100h后耐压强度为30
‑
35MPa，腐蚀后的样品经过5次热震水冷循环试验后残余耐压强度为21
‑
25MPa。
[0026]实施例2
[0027]一种高强耐腐蚀SiC质耐火材料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
[0028]以82
‑
87wt％的碳化硅、4
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强耐腐蚀SiC质耐火材料，其特征在于，包括如下组分的原料：80
‑
95份碳化硅、0.1
‑
8份氧化镱和3
‑
15份的硅溶胶。2.如权利要求1所述的一种高强耐腐蚀SiC质耐火材料，其特征在于，所述碳化硅的SiC含量≥98wt％；所述碳化硅的颗粒级配是：粒径小于5mm且大于等于3mm占碳化硅9
‑
18wt％；粒径小于3mm大于等于1mm占碳化硅30
‑
35wt％；粒径小于1mm且大于等于0.088mm占碳化硅20
‑
25wt％；粒径小于0.088mm且大于等于0.044mm占碳化硅30
‑
40wt％。3.如权利要求1所述的一种高强耐腐蚀SiC质耐火材料，其特征在于，所述氧化镱的Yb2O3含...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈定，顾华志，黄奥，张美杰，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：