[发明专利]基于纳米碳素材料改性的SiC耐磨耐火材料

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于SiC合成技术领域，具体为一种基于纳米碳素材料改性的SiC耐磨耐火材料。

背景技术

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。

中国发明专利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。本发明与现有技术相比，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。

发明内容

为了克服上述的技术问题，本发明提供一种基于纳米碳素材料改性的SiC耐磨耐火材料。

本发明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。

本发明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；