[发明专利]一种含钛氮化物原位复合低碳尖晶石碳耐火材料及制备方法

说明书

本发明属于耐火材料技术领域，提出一种含钛氮化物原位复合低碳尖晶石碳耐火材料及制备方法。提出的一种含钛氮化物原位复合低碳尖晶石碳耐火材料采用含有金属铝和纳米氧化钛的复合粉体作为先驱体，其中金属铝粉与纳米氧化钛的质量比为：0.44～0.20；先驱体以细粉形式引入低碳尖晶石碳耐火材料的坯料中，在氮气氛保护热处理过程中发生的反应，4Al+3TiO₂+2N₂=2Al₂O₃+Ti₃N₄，生成Ti₃N₄陶瓷结合相，Al₂O₃被尖晶石所固溶。奔赴买那个增强了碳结合材料的强度以及碳网氧化时弥补材料的强度；生成的Ti₃N₄具有高熔点、高硬度、高温化学稳定性及优良的导热性能，抗氧化性能好的特点。

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种含钛氮化物原位复合低碳尖晶石碳耐火材料及制备方法。

背景技术

连铸功能耐火材料大多为含碳制品，在与钢液接触时，必然导致钢液增碳。连铸功能耐火材料一般为铝碳材料，在连铸高氧钢、高锰钢、高硼钢等特殊钢时，连铸功能耐火材料冲刷和侵蚀严重，易造成钢液的二次污染和夹杂，生产效率降低，也易引发穿孔、控流失效等安全问题，因此急需开发特钢连铸用高性能功能耐火材料。

尖晶石抗锰、硼侵蚀，另外降低材料的碳含量，可提高抗钢水侵蚀性，减少碳对钢水的污染，开发低碳尖晶石碳材料有助于改善功能耐火材料使用效果，提升特钢连铸效率。但低碳尖晶石碳耐火材料的致命缺点是在石墨或是结合碳成分在服役期间容易氧化或是溶解于钢水，致使材料在使用过程中由于强度低而失效，目前普遍采用的方法是向材料中添加抗氧化剂，比如金属单质或是碳化物材料，但是这样或多或少会降低材料的抗侵蚀性和抗热震性。还有一种方法是引入氮化物，如AlN或Ti₃N₄。如专利KR100258131、KR20050018266、JP11254105中通过添加AlN改善了含碳材料的综合性能，提高了含碳材料的使用寿命，但是AlN成本较高，制备工艺复杂，就限制了其在工业化生产中的广泛应用。还有一种方法是原位合成氮化物增强陶瓷相。Ti₃N₄钛具有高熔点、高硬度、高温化学稳定性及优良的导热性能，抗氧化能力大大优于树脂结合碳；含钛氮化物复合低碳尖晶石碳耐火材料相较于纯树脂碳结合低碳尖晶石碳耐火材料而言，抗氧化性能以及抗冲刷性能大大增强，低碳尖晶石碳耐火材料中结合相氮化钛的生成方式至关重要。

发明内容

本发明的目的是提出一种含钛氮化物原位复合低碳尖晶石碳耐火材料及制备方法，避免碳化铝生成及水化反应，解决低碳尖晶石碳耐火材料在石墨或是结合碳成分在服役期间容易氧化或是溶解于钢水，致使材料在使用过程中由于强度低而失效的问题。

本发明为完成上述目的采用如下技术方案：

一种含钛氮化物原位复合低碳尖晶石碳耐火材料，含钛氮化物原位复合低碳尖晶石碳耐火材料采用含有金属铝和纳米氧化钛的复合粉体作为先驱体，其中金属铝粉与纳米氧化钛的质量比为：0.44～0.20；所述的先驱体中氧化钛包裹金属铝粉；所述的先驱体的加入量为制备低碳尖晶石碳耐火材料原料总重量的2～5%；所述的先驱体以细粉形式引入低碳尖晶石碳耐火材料的坯料中，在氮气氛保护热处理过程中发生的反应，4Al+3TiO₂+2N₂=2Al₂O₃+Ti₃N₄，生成Ti₃N₄陶瓷结合相，Al₂O₃被尖晶石所固溶。