[发明专利]一种制备O`-Sialon-Si3N4-SiC复合陶瓷粉末的方法

说明书

技术领域

本发明属于复合陶瓷粉末技术领域。具体涉及一种制备O'-Sialon-Si₃N₄-SiC复合陶瓷粉末的方法。 

背景技术

生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，同时也是唯一可再生的碳源。生物质能通常用稻壳、秸秆和树皮等“绿色能源”作为燃料来发电。 

随着生物质电厂的发展，以稻壳、秸秆和薪材等生物质为原料进行发电将产生大量电厂灰，这种固体废弃物如不能进行资源化利用，将会对环境造成污染。生物质电厂灰的主要成分为SiO₂和残余的碳以及Al、Fe、Ca、K、Mg等杂质元素。若能将其进行综合利用，形成生物质-发电-原材料循环经济产业链，将完全解决生物质能电厂废料的环境污染问题。由于生物质电厂灰的化学成分与稻壳灰有很大差异，含有的杂质元素较多，并不能简单地作还田处理，其高效综合利用已成为亟待解决的问题。 

Si₃N₄和SiC均为共价键性极强的化合物，有相似的物理和化学性能。O'-Sialon是Si₂N₂O与Al₂O₃的固溶体，具有非常好的抗氧化能力和较低的热膨胀系数。在各单相Sialon陶瓷中，其抗氧化性能最佳，是一种很有前途的工程陶瓷材料。而采用化学原料合成的Sialon陶瓷粉体成本高，这使其工业化应用受到限制。Sialon-Si₃N₄-SiC复合材料性能均优于传统的Sialon和SiC材料，具有更高的强度和韧性以及更好的耐高温和抗腐蚀性能。因此，可用作金属冶炼用的耐火材料、建筑卫生用陶瓷、电瓷和各种磨具等，在各种高温、高腐蚀和高压力强度的条件下具有广阔的应用前景。 

目前已有以工业级Si₃N₄粉、FeSi75合金粉、Al₂O₃微粉和SiC颗粒等为原料，通过氮化反应烧结制备Sialon-Si₃N₄-SiC复相耐磨材料的报道。但是采用的原料SiC和Si₃N₄均由高温冶炼制得，其工艺复杂、生产耗能和成本高。 

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种原料丰富、固体废弃物综合利用、成本 低、工艺简单和易于工业化生产的制备O'-Sialon-Si₃N₄-SiC复合陶瓷粉末的方法。 

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：先按SiO₂与C的摩尔比为1︰(1～3)将碳素材料加入生物质电厂灰中，混合5～60分钟，再将混合后的原料压成坯体；然后将压成坯体放入气氛炉中，在氮气气氛和1530～1580℃条件下煅烧2～8小时，随炉自然冷却至室温，制得O'-Sialon-Si₃N₄-SiC复合陶瓷粉末。 

其中，氮气流量为0.05～0.25L/min。 

所述的生物质电厂灰为生物质电厂入炉燃料燃烧后的产物，生物质电厂灰中的SiO₂含量>60wt%；所述燃料为稻壳、薪材和秸秆。 

所述的碳素材料中的C含量>90wt%，粒度<0.1mm；碳素材料为炭黑、活性炭、石墨和焦炭中的一种。 

由于采用上述技术方案，本发明所采用的生物质电厂灰和碳素材料来源广泛，合成的复合陶瓷粉末中O'-Sialon、Si₃N₄和SiC物相由原料经过碳热还原氮化反应生成，原料中的杂质元素Fe转化为Fe₃Si，或有少量的碳残留，充分利用了生物质电厂灰的化学组分，为高性能陶瓷材料的制备提供了优良的原料。 

本发明实现了工业废弃物-生物质电厂灰的综合利用，采用的原料并非高温冶炼制得的SiC和Si₃N₄，故工艺简单、生产耗能小，不仅能够降低O'-Sialon-Si₃N₄-SiC复合陶瓷材料的生产成本，且能促使生物质-发电-原材料的循环经济产业链的形成。