[发明专利]一种铝硅碳的合成方法

说明书

技术领域

本发明属于高温陶瓷材料技术领域，具体涉及了一种铝硅碳的合成方法。

背景技术

Barczak于1961年首先报道了铝硅碳(Al₄SiC₄)的存在。铝硅碳热导率大(80W·m^-1·K^-1)，高温弯曲强度比室温弯曲强度大50％(室温和1300℃时的弯曲强度分别为297.1MPa和449.7MPa)，高温氧化后在表面生成致密抗高温保护膜(刚玉和莫来石)阻止铝硅碳内部进一步的氧化，在氧化气氛中于1800℃仍可以稳定的使用，从而适合于作为高温陶瓷材料。铝硅碳电阻率随温度的升高而下降(100℃和1000℃的电阻率分别为1.14×10⁴Ω·cm和1.71×10^-1Ω·cm)，适合于制作高温发热体。

Yamaguchi等报道了铝硅碳的几种实验室合成方法，以金属(Al+Si)和石墨为原料(文献1：Journal of the Ceramic Society of Japan，1995，103(1)：20～24)，或以碳化物(Al₄C₃+SiC)为原料(文献2：Ceramic Engineering and ScienceProceedings，2005，26(3)：181～188)，在氩气或真空的气氛中，加热合成铝硅碳。

迄今为止，尚无关于在空气气氛下，以氧化物为原料合成铝硅碳的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝硅碳的合成方法，该方法可以使铝硅碳低成本、大规模地合成和应用。

为实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种铝硅碳的合成方法：以Al₂O₃和SiO2为原料，以C为还原剂，在空气气氛中，加热至2500～3200℃合成5～72h后，冷却获得铝硅碳，其中各原料的质量百分配比为：Al₂O₃原料50～60％、SiO₂原料10～20％、C原料25～35％。

铝硅碳的合成过程中以工业盐(NaCl)和/或木屑为添加剂，工业盐和/或木屑在总原料(Al₂O₃原料+SiO₂原料+C原料+工业盐和/或木屑)中所占的质量百分配比为：工业盐1～5％和/或木屑0.5～2％。

Al₂O₃原料粒度为0.1～20mm，SiO₂原料粒度为0.1～20mm，C原料粒度≤5mm，工业盐粒度≤3mm，木屑粒度≤3mm。

Al₂O₃原料选自烧结或电熔刚玉颗粒，或者Al₂O₃细粉造粒。

所述的烧结或电熔刚玉颗粒，或者Al₂O₃细粉造粒中Al₂O₃的质量百分含量≥95％。

SiO₂原料选自天然石英砂或硅石矿。

所述的天然石英砂或硅石矿中SiO₂的质量百分含量≥98％。

C原料选自石墨、炭黑、石油焦炭或煤焦炭。

以质量百分含量计，所述的石墨、炭黑、石油焦炭或煤焦炭中，C≥85％、挥发分≤14％、灰分≤1％。

本发明中优选采用本领域常用设备--电阻炉实现上述合成方法，电阻炉规格为：长度1～55m，宽度0.5～6m，高度0.5～6m，以石墨为发热体，功率250～20000KVA。

电阻炉的尺寸，视每炉产量要求及变压器功率而定。变压器功率越大，炉子尺寸越大。一般情况下，每米炉长单位功率为250～350KVA/m。一台炉子包括两个炉头、两面炉墙、炉底，全部用耐火材料砌筑。炉头中心是石墨电极块，电源从石墨电极块导入炉体。炉内原料的中心是连接两个炉头电极块的由石墨粉堆成的柱状发热体，发热体发出的热量加热周围的原料，反应温度在约2500～3200℃。炉头和炉底部分是固定不动的，炉墙是活动的。在装炉前将炉墙安装上，和炉头、炉底共同形成长方形的空炉体，以备装入各种原料。炉子烧完并冷却后，将炉墙吊走，以便取出炉内物料。

使用电阻炉合成铝硅碳的具体工艺如下：