[发明专利]原位反应制备镁铝尖晶石-碳化硅复合材料的方法

说明书

本发明公开一种原位反应制备镁铝尖晶石‑碳化硅复合材料的方法，包括以下步骤：1)按质量百分比称取3‑30％Mg、10‑50％Al、30‑50％酚醛树脂、30‑50％Si粉，充分研磨；2)将所得混合粉末充分搅拌均匀后，在真空或氩气气氛条件下，以5‑10℃/min的速率升温到650℃‑1000℃，烧结2h；3)将所得疏松状块体材料初步破碎后，采用乙醇作为分散剂，控制破碎后所得材料、乙醇与球质量比为1：3：8，放入球磨机中球磨1‑2h，使其充分混合；4)将球磨后所得材料放入高温炉中，于1300‑1500℃空气气氛下，烧制2‑3h，得到MgAl₂O₄/SiC复合材料。本发明首次利用金属辅助原位反应生成纳米SiC复合粉体，经低温氧化后形成MgAl₂O₄/SiC的复合材料，该材料工艺简单，制备温度低，粉体均匀性好，成本低，在耐火材料领域有较高的应用价值。

技术领域

本发明属于材料科学领域，具体涉及一种原位反应制备纳米 MgAl₂O₄/SiC复合材料的方法，主要应用于耐火材料原料及添加剂。

背景技术

镁铝尖晶石质耐火材料具有优异的抗热震性、良好的抗侵蚀性与抗磨蚀能力，SiC材料具有耐高温、耐磨损、强度高、热导性好、热震性能优异等特点，同时其抗碱金属氧化物侵蚀性能强。因此，将镁铝尖晶石和碳化硅材料进行复合，能获得性能更优良的新材料。目前，相关耐火材料已经应用在诸多条件苛刻、工况复杂的高温热工设备中，如高炉出铁沟，碳素烧结炉，水煤浆气化炉等诸多领域。

由于Si-C键的强共价性，SiC的烧结扩散速率很低，加之SiC颗粒表面SiO₂膜的阻碍作用，SiC很难烧结，需要借助添加剂或压力等才能获得致密的烧结体，即SiC耐火材料的常规制备工艺中需要引入第二相做为结合相。MgAl₂O₄作为优异的耐火材料，其高的膨胀系数在耐火材料制备中能很好的补充烧结孔隙，提高高温致密度，已获得广泛的研究，但由于MgAl₂O₄制备温度高(1800℃)，工艺复杂，未有将其制成复合材料作为原料或添加剂引入，其与SiC结合的纳米复合材料更尚未被报道。此外，由于SiC高硬度的影响，机械方法较难得到纳米SiC，进而难以获得在微观上均匀的MgAl₂O₄/SiC材料，无法获得高性能的耐火材料。

本发明首次在较低温度下，有O₂参与条件下，能够在SiC/Al复合材料中生成SiC结合的镁铝尖晶石相(MgAl₂O₄)，为低温制备超高温耐火材料提供了新的途径。

发明内容

本发明的目的在较低温度下，有O₂参与条件下，能够在SiC/Al 复合材料中生成SiC结合的镁铝尖晶石相(MgAl₂O₄)，进而取代传统物理混合的工艺，制备出的MgAl₂O₄/SiC更均匀。与传统制备 MgAl₂O₄/SiC的工艺相比较，该复合材料的制备温度低，制备工艺相对简单，所得MgAl₂O₄能够与SiC材料微观上相结合，为低温制备超高温耐火材料提供了新的途径。

本发明的技术方案概述如下：

本发明所合成Al₂O₃/Al基可溶复合材料，由MgAl₂O₄和纳米态 SiC相组成，并可通过原料比例调控，获得MgO-MgAl₂O₄/SiC和 Al₂O₃-MgAl₂O₄/SiC两种广泛应用的耐火复合材料粉体。