[发明专利]一种钙碳复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种钙碳复合材料及其制备方法。其技术方案是：以88～99wt％的氢氧化钙和1～12wt％的碳素材料为原料，外加所述原料0.5～6wt％的偶联剂溶液，混合，压制成型，于80～110℃条件下热处理8～24小时；然后在埋碳气氛或氩气气氛中，于1500～1700℃条件下热处理1～5小时，自然冷却，即得钙碳复合材料。所述氢氧化钙的Ca(OH)₂含量≥95wt％，氢氧化钙的粒径为1～800μm；所述碳素材料为鳞片石墨、微晶石墨、炭黑和纳米碳管中的一种；所述偶联剂溶液为钛酸酯溶液或为锆酸脂溶液。本发明工艺简单，所制备的钙碳复合材料使用温度高、高温性能稳定、热震稳定性好，适用于高温高真空冶炼用耐火材料。

技术领域

本发明属于碳复合耐火材料技术领域。尤其涉及一种钙碳复合材料及其制备方法。

背景技术

氧化物－非氧化物复合材料是耐火材料发展的重要方向。含碳耐火材料已成为钢铁工业用重要的耐火材料，比如镁碳和铝碳耐火材料，它们分别是由镁砂、刚玉等及石墨以树脂为结合剂制成的。由于石墨不被熔渣润湿和热导率高，因而碳复合材料具有优良的抗渣性和热震稳定性，被广泛用于冶金炉及容器的内衬。在上世纪后期，耐火材料使用寿命的大幅度提高，碳复合耐火材料起了重要作用，镁碳和铝碳耐火材料在炼钢和连铸用耐火材料中占据了主导地位。

当前，碳复合耐火材料面临的主要问题之一是，高温下、尤其是真空环境中，氧化物和石墨之间发生的反应破坏了材料的结构，极大削弱了材料的服役性能。比如：氧化镁和石墨之间的反应常导致氧化镁蒸汽的生成，造成镁砂颗粒的损毁；铝碳材料在和铁液接触时，材料中的氧化铝碳热还原反应温度可以降低到1550℃。高温真空冶金是制备高纯高温合金和洁净钢的主要方法。目前常用的镁碳和铝碳耐火材料在高温真空冶炼过程的损毁已成为制约高温真空冶炼工艺用耐火材料性能提升的主要问题。

发明内容

本发明旨在克服现有技术不足，目的是提供一种钙碳复合材料的制备方法，用该方法制备的钙碳复合材料使用温度高、高温性能稳定和热震稳定性好，适用于高温高真空冶炼用耐火材料。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

以88～99wt％的氢氧化钙和1～12wt％的碳素材料为原料，外加所述原料0.5～6wt％的偶联剂溶液，混合，压制成型，于80～110℃条件下热处理8～24小时；然后在埋碳气氛或氩气气氛中，于1500～1700℃条件下热处理1～5小时，自然冷却，即得钙碳复合材料。

所述氢氧化钙的Ca(OH)₂含量≥95wt％；氢氧化钙的粒径为1～800μm。

所述偶联剂溶液为钛酸酯溶液或为锆酸脂溶液。

所述碳素材料为鳞片石墨、微晶石墨、炭黑和纳米碳管中的一种。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：

1)本发明以氢氧化钙和碳素材料为原料，外加偶联剂溶液，混合，成型，干燥，在埋碳气氛或氩气气氛中，于1500～1700℃条件下热处理，即得钙碳复合材料，工艺简单。

2)本发明采用的氧化钙热力学性能稳定，高温下气体分压极低，在冶炼条件下不会和石墨发生反应，从而能提高钙碳复合材料在高温真空环境中的稳定性能。再者，本发明在制备过程中引入了石墨，提高了钙碳复合材料的热震稳定性能和抗熔体侵蚀性能。

3)本发明采用的氢氧化钙作为氧化钙源，能避免直接使用氧化钙为原料带来的水化问题，而且，氢氧化钙分解产生的氧化钙活性高，有利于材料的烧结。同时，氢氧化钙的分解温度低于碳素材料和水蒸气的反应温度，可保证碳素材料不会受到水蒸气的氧化。

4)本发明在烧成过程中，钛酸酯或锆酸脂分解后所得氧化钛或氧化锆将与氧化钙反应分别形成钛酸钙或锆酸钙，从而提高了钙碳复合材料的强度。