[发明专利]硝酸盐催化氮化反应赛隆纤维结合碳化硅-刚玉复合耐高温材料的制备方法

说明书

本发明的目的在于提供一种硝酸盐催化氮化反应赛隆纤维结合碳化硅‑刚玉复合耐高温材料及其制备方法，该方法提供一种以硅粉、铝粉、氧化铝粉体及颗粒，碳化硅粉体及颗粒为原料，以硝酸铁、硝酸钴和硝酸镍其中一种或几种为催化剂，以酚醛树脂为结合剂，通过调控原料配比、原料配料顺序、催化剂添加量、多阶段氮化温度、保温时间、氮气流量等工艺参数和过程，采用催化氮化法制备赛隆反应结合碳化硅‑刚玉复合耐高温材料。该方法制备得到的赛隆纤维结合碳化硅‑刚玉复合耐高温材料具有氮化温度低、强度高、抗渣侵蚀和抗氧化性能好、寿命长的特点。

技术领域

本发明涉及耐火材料领域，具体涉及一种硝酸盐催化氮化反应赛隆纤维结合碳化硅-刚玉复合耐高温材料及其制备方法。

背景技术

耐高温(火)材料主要用于冶金工业尤其是钢铁工业，其消耗量占其总产量的70％左右，是冶金工业发展的重要基础，它的质量和品种对高温技术和钢铁工业的发展起着关键的作用，也为我国钢铁企业安全生产运行和钢铁发展做出了重要的贡献。传统耐高温(火)材料以氧化物为主，但是存在容易受渣铁的侵蚀和渗透而引起结构的剥落、温度场的变化及其内部存在的热应力导致损坏、以及耐火材料组分在钢水中的溶解造成钢水夹杂严重影响钢质量等严重问题，已远远不能满足钢铁工业的发展。近些年来，世界各国对于低碳、超低碳高品质洁净钢的需求而大力发展炉外精炼工艺要求耐火材料对于钢水的增碳减到最低。在此背景下应运而生的非氧化物复合耐高温材料，具有较高的高温强度、对钢水污染低、良好的抗氧化性和抗热震性以及抗熔渣/碱侵蚀性能等优异性能在钢铁冶金行业得到迅猛发展。

综合性能优良的氮化硅/赛隆(Si₃N₄/Sialon)结合碳化硅(SiC)复合耐火材料是非氧化物复合耐高温陶瓷材料的典型代表，在我国有大、中型高炉内衬上得到使用，取得了良好的效果。β-Sialon(其通式为Si_6-zAl_zO_zN_8-z，式中0﹤z≤4.2)是Al₂O₃的Al、O原子部分地置换了Si₃N₄中的Si、N原子，其抗氧化性能优于Si₃N₄，氧化时表面容易形成莫来石质氧化物保护膜；其热膨胀系数(2.7×10-6/℃)比Si₃N₄(3.5×10-6/℃)低，因此，Sialon结合SiC复合材料具有比Si₃N₄结合SiC材料更为优异的抗金属溶液侵蚀、抗碱侵蚀能力、抗热震性以及抗氧化性，可显著提高材料在高炉内衬苛刻环境下的连续使用炉数。在我国洛阳耐火材料研究院研究和工业化试验制备了100吨级的Sialon结合SiC砖，于1992年开始用于鞍钢的4#高炉的试验研究，至此，Sialon结合SiC砖在国内外的研究已趋于成熟，主要是为提高大型高炉炉身下部、炉腰、炉腹等和COREX熔融还原炼铁用关键炉衬材料的寿命。

但是，总体来说，Sialon结合SiC耐火材料的性能在很多方面还有待提高和改善。第一、Sialon结合SiC砖在抗氧化性方面还需继续改进。Sialon结合SiC耐火材料的高温反应包括Sialon基质相及SiC颗粒相的共同氧化，可以认为Sialon相表面与SiC颗粒相界面是氧化发生的主要场所。其高温氧化行为与各相材料的诸多内在品质及外在氧化条件有关。而Al₂O₃具有抗氧化性好、高硬度、高强度、耐高温、耐腐蚀等优点，因此Sialon-Al₂O₃-SiC复合材料作为新一代高级耐火材料，可以克服各自独立组分的缺点，集Sialon、Al₂O₃和SiC的优良性能于一身，且它们之间可优势互补，具有优良的性能，有望在高温关键部位应用。