专利名称：一种含碳耐火材料的胶态成型制备方法
技术领域：
本发明属于含碳耐火材料技术领域，提供了一种含碳耐火材料的胶态成型制备方法，实用于制备含碳氧化镁和含碳氧化铝耐火材料。
背景技术：
含碳耐火材料是一种优质高温材料，具有耐热震性能好、高温强度高、抗渣性强等特性，它占据着钢铁冶金用耐火材料的主导地位。
目前含碳耐火材料所采用的成型方法为干压成型法。由于含碳耐火材料应用条件比较苛刻，巨大的热效应易使制品发生热剥离损伤和损坏，所以工业上迫切需要这类耐火材质中含碳量增高且分布均匀以改善制品的导热性和抗热震性，但是由于碳素材料难以与其他颗粒均匀混合，以及传统成型工艺使坯料中石墨加入量受到严重限制；另一方面，当含碳量增大时因为泥料临界颗粒小，传统的成型方法就比较困难，必须在极苛刻的条件下操作且成本高。这些都限制了含碳耐火材料工业的发展。
因为坯体的形状对烧成制品的性能有决定性的作用，长期的生产实践证明，为了获得低气孔率、化学成分和矿物结构均匀、强度高和抗侵蚀能力强的耐火制品，其主要控制因素在于成型工艺。我们用胶态成型方法制备含碳耐火材料和传统干压成型方法相比，坯体密度虽然低些，但烧成后制品密度与强度却高于后者，而且使耐材的抗碱性和抗氧化能力有所提高。这主要是因为加入了合适的分散剂，降低了其表面张力，有利于气体的排出。此法能够克服传统干压成型技术的缺陷，操作简便，经济可行，为耐火材料工业的发展起到积极的推动作用。
国际上关于碳质材料胶态成型工艺的发明专利(根据国际联机检索和国内联机对33个有关数据库检索，其中包含相关技术专利数据库6个)，目前仅为西班牙人Corral Martinez Paz在碳-莫来石和碳-高岭土悬浮物制备上有两项专利报道1)专利号ES2025982，其内容通过添加有机悬浮剂制备及获得均质可氮化莫来石-碳的混合悬浮物，并预期用此混合悬浮物经碳热还原氮化CRN方法可得到氧氮化物粉体(如Sialon)；2)专利号ES2025981，其内容通过添加有机悬浮剂制备及获得均质可氮化高岭土-碳的混合悬浮物，并预期用此混合悬浮物经碳热还原氮化CRN方法可得到氧氮化物粉体(如Sialon)。
目前，国内所申报有关陶瓷胶态成型工艺，主要是非碳系列结构陶瓷原料，如氧化铝、碳化硅等结构陶瓷，如发明专利01132070.2与00124980.0。从使用效果来看，这些氧化物和非氧化物陶瓷经胶态成型工艺后，坯体和制品的致密度与机械性能明显得到改善。
因此，我们所发明的碳-氧化镁和碳-氧化铝耐火原料的胶态成型技术，目前尚未见国内外相关专利的报道。
发明内容
本发明的目的在于解决目前含碳耐火材料成形困难的问题，提出一种适用于含碳耐火材料的胶态成型技术，实现成型各种复杂形状和不同大小尺寸的含碳耐火材料坯体。
胶态成型工艺(colloidal processing)的基本原理在于引入适量的分散剂。原料为石墨粉30～35重量％，镁砂细粉(或氧化铝)65～70重量％，将石墨粉和镁砂粉混合，加入0.60～0.80重量％分散剂。利用水溶性有机体的有机-无机官能团，将彼此分割的多相或单相无机物连接起来，成为悬浮体，控制一定粘度和等电点，使其达到均匀分散的目的。
利用胶态成型技术制备含碳耐火材料包括以下各步骤1)制备石膏模板，把石膏粉与水按重量0.9∶1.1～1∶1的配比混合，搅拌，凉干烘干，再分别用粗细砂纸打磨。
2)测量电位氧化镁、氧化铝和石墨粉Zeta电位的测定，测量方法为电泳光散射法，测试温度为20～30℃。
3)浆料制备将酒精、分散剂、氧化镁粉(或氧化铝粉)及碳粉放入球磨筒中进行球磨11～13小时。
4)烘干球磨好的原料，加入一定量的水，通过加入醋酸和氨水控制pH值5～8.5，用电动搅拌器和超声震动机来分散和打开团聚。
5)将浆料倒入模具中，自然固化24～48小时后，放入干燥箱，干燥箱内温度为35～45℃。
6)脱模，脱模后的坯体试样干燥20～30小时，再进行烧结。
本发明提出的方法具有如下优点
1)可成型各种复杂形状和不同大小尺寸的含碳耐火材料坯体。
2)有机物添加剂量少，制品气孔小，且对环境污染小。
3)成型的制品致密度高，表面硬度高。
4)工艺简单易操作，成本低，可适用于大规模工业生产。
图1是本发明成型方法的工艺流程图。
具体实施例方式
以下通过对实施例的描述来介绍本发明的具体实施方式
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例1原料为石墨粉30重量％，来源于河南华宇耐火材料集团；镁砂细粉70重量％，来源于河南洛阳耐火材料厂。
将石墨粉和镁砂粉混合，加入0.60重量％分散剂，球磨12小时后烘干，控制固相体积分数为50％，经醋酸控制pH值在5-7范围，利用电动搅拌机搅拌2小时后，置于超声波分散器分散1小时，倒入模具中固化、脱模、干燥、烧结。最终制品的体积密度可达2.83g/cm3。
例2原料为石墨粉30重量％，来源于河南华宇耐火材料集团；氧化铝粉重量70％，来源于北京科技大学。
将石墨粉和氧化铝粉混合，加入0.80重量％分散剂，球磨12个小时后烘干，控制固相体积分数为55％，利用氨水控制值在7.5-8.5范围，利用电动搅拌机搅拌2小时后，置于超声波分散器分散1小时，然后倒入模具中固化、脱模、干燥、烧结。最终制品的体积密度可达2.26g/cm3。
权利要求
1.一种含碳耐火材料的胶态成型制备方法，其特征在于原料为石墨粉30～35重量％，镁砂细粉65～70重量％，将石墨粉和镁砂粉混合，加入0.60～0.80重量％分散剂；引入分散剂，利用水溶性有机体的有机-无机官能团，将彼此分割的多相或单相无机物连接起来，成为悬浮体，控制粘度和等电点，使其达到均匀分散；具体步骤如下利用胶态成型技术制备含碳耐火材料包括以下各步骤a、制备石膏模板将石膏粉与水按重量0.9∶1.1～1∶1的配比混合，搅拌，凉干烘干，再分别用粗细砂纸打磨；b、测量电位氧化镁、氧化铝和石墨粉Zeta电位的测定，测量方法为电泳光散射法，测试温度为20～30℃。c、浆料制备将酒精、分散剂、氧化镁粉或氧化铝粉、碳粉放入球磨筒中进行球磨11～13小时；d、烘干球磨好的原料，加入水，通过加入醋酸和氨水控制pH值5～8.5，用电动搅拌器和超声震动机来分散和打开团聚；e、将浆料倒入模具中，自然固化24～48小时后，放入干燥箱，干燥箱内温度为35～45℃。f、脱模，脱模后的坯体试样干燥20～30小时，再进行烧结。
2.按照权利要求1所述的含碳耐火材料的胶态成型制备方法，其特征在于原料中的镁砂可以用氧化铝代替。
全文摘要
本发明提供了一种含碳耐火材料的胶态成型制备方法，原料为石墨粉30～35重量％，镁砂细粉(或氧化铝)65～70重量％，将石墨粉和镁砂粉混合，加入0.60～0.80重量％分散剂。利用水溶性有机体的有机－无机官能团，将彼此分割的多相或单相无机物连接起来，成为悬浮体，控制一定粘度和等电点，包括以下各步骤制备石膏模板，测量电位，浆料制备，烘干球磨好的原料，将浆料倒入模具中自然固化、干燥，脱模，脱模后进行烧结。本发明的优点在于可成型各种复杂形状和不同大小尺寸的含碳耐火材料坯体。制品气孔小，致密度高，表面硬度高，且对环境污染小，工艺简单易操作。
文档编号C04B35/622GK1522988SQ0315704
公开日2004年8月25日 申请日期2003年9月12日 优先权日2003年9月12日
发明者徐利华, 成志飞, 王体壮, 连芳 申请人:北京科技大学