一种环形炉用SiC-Si₃N₄质高温陶瓷炉底板及其制备方法

专利名称：一种环形炉用SiC-Si₃N₄质高温陶瓷炉底板及其制备方法
技术领域：
本发明属于高温陶瓷技术领域，具体涉及一种环形炉用SiC-Si3N4质高温陶瓷炉底板及其制备方法。
背景技术：
在冶金及机械制造工厂的环形炉中通常需要大量使用耐热钢质炉底板承载钢卷和钢件以进行热加工生产。现有的环形炉底板一般都是采用高温合金材料制造，例如长时间在950°C以上甚至超过1000°C的高温与荷重的工况条件下制作金属炉底板，所得产品的高温合金材料的耐高温性能特别是高温强度和抗蠕变性未必能够满足实际工况的要求。这是由于金属材料的高温蠕变率大而造成炉底板逐渐弯曲变形，材料的热膨胀率大而造成炉 底板开裂损坏。此外，蠕变及开裂等因素造成高温合金材料制备的钢质炉底板之使用寿命较低，更重要的是变形的炉底板会影响所承载钢卷和钢件的热处理质量和成品率，降低生产效益。与耐热钢相比，高温陶瓷材料具有高温强度高、抗蠕变性能好、热膨胀率小等优点，不仅可以有效提高底板的使用寿命、降低底板使用成本，而且可以保证所承载钢卷和钢件的热处理质量和成品率，提高经济效益。

发明内容
本发明旨在克服现有环形炉钢质炉底板的缺陷，目的是提供一种工艺简单、使用性能好的环形炉用SiC-Si3N4质高温陶瓷炉底板的制备技术，用该技术制备的高温陶瓷炉底板耐高温、抗蠕变性能好、高温强度大、抗热震性好，能够有效地解决金属炉底板的耐高温性能差、材料的高温蠕变率大而造成炉底板弯曲变形、材料的热膨胀率大而造成炉底板 开裂损坏及使用寿命较低问题。为实现上述目的，本发明的制备方法步骤如下(I)配料以总重量份100份计称取25 75份Si粉，余量为SiC粉；加入3^8份烧结助剂和4、份结合剂；所述烧结助剂为Y2O3、或Y2O3和Al2O3的混合物；所述结合剂选自酚醛树脂、硅溶胶或水玻璃；(2)混料将步骤⑴中的配料加入混碾机中混合碾制成泥料；(3)成型将步骤(2)的泥料装入模具中成型制成炉底板板坯；(4)烧结将所述板坯先在氮气气氛和在127(Tl430°C条件下保温l 30h，再在氮气气氛下继续升温到1450°C 1700°C，保温:Tl2h，制得氮化烧结坯；(5)渗溃硅处理将所述氮化烧结坯在温度为170(Tl85(TC和真空度小于IOOPa的条件下进行渗溃硅处理，处理时间为2 20小时，制得SiC-Si3N4质高温陶瓷炉底板毛坯；(6)将毛坯进行机械加工处理，制得环形炉用SiC-Si3N4质高温陶瓷炉底板。在本发明中，优选地所述的Si粉的纯度为彡95wt%,粒度小于O. Imm ;所述的SiC粉的纯度为彡90wt%，粒度小于5mm。在本发明中，优选地所述的Y2O3的纯度彡95wt%, Al2O3的纯度彡95wt% ；Y203或Al2O3的粒度小于O. 01mm。在本发明中，所述的成型方法是捣打成型或振动成型。本发明还涉及上述制备方法所制备的环形炉用SiC-Si3N4质高温陶瓷炉底板。下面将更详细的描述本发明的技术方案。本发明提供一种环形炉用SiC-Si3N4质高温陶瓷炉底板的制备方法，步骤如下(I)配料按重量份计，称取25 75份Si粉和25 75份SiC粉，而且Si粉和SiC粉的总重为100份。再加入31份烧结助剂和4、份结合剂。一般在本领域中，烧结助剂和结合剂统称为外加剂。所述烧结助剂为Y2O3、或Y2O3和Al2O3的混合物。所述结合剂选自酚醛树脂、硅溶胶或水玻璃。本发明中，Y2O3是一种稀土金属氧化物，作为烧结助剂引入陶瓷材料，有助于增加 材料密度、降低烧结温度和时间、提高导热性。例如采用东莞市金源稀土金属原料销售有限公司销售的三氧化二钇产品。在本发明中，Si粉是指从冶炼硅金属的高炉烟道中收集到的小粒径粉尘，或称为微硅粉或硅灰。主要成分为玻璃态二氧化硅，掺入混凝土中能使其具有高强、抗冲磨、耐久等优异性能。优选地应当使用纯度不小于95wt%的Si粉，其粒度优选地小于O. Imm,例如山东明蓝娃粉材料有限公司生产销售的微娃粉产品。酚醛树脂(phenolic resin，简称PF)主要用于生产压塑粉、层压塑料；制造清漆或绝缘、耐腐蚀涂料；制造日用品、装饰品；制造隔首、隔热材料、人造板、铸造、耐火材料等，是市场上能够购买获得产品。硅溶胶(Silica solution)是一种胶体溶液，无臭、无毒，是二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分散液。由于娃溶胶中的SiO2含有大量的水及轻基,故娃溶胶也可以表述为SiO2 · ηΗ20。水玻璃是硅酸钠的水溶液，具有粘结力强、强度较高、耐酸性、耐热性好、耐碱性等特点。(2)混料将步骤(I)中的配料加入混碾机中混合碾制成泥料。混碾机是市场上常见的混合设备，例如国营河南远大机械制造公司生产销售的轮式混碾机。(3)成型将步骤(2)的泥料装入模具中成型制成炉底板板坯。(4)烧结将所述板坯先在氮气气氛和在127(T1430°C条件下保温一定时长，通常l 30h都是允许的，然后再在氮气气氛下继续升温到1450°C 1700°C，保温:Tl2h，制得氮化烧结坯；(5)渗溃硅处理将所述氮化烧结坯在温度为170(Γ1850 和真空度小于IOOPa的条件下进行渗溃硅处理，处理时间为2 20小时，制得SiC-Si3N4质高温陶瓷炉底板毛坯；(6)将毛坯进行机械加工处理，制得环形炉用SiC-Si3N4质高温陶瓷炉底板。在本发明中，优选地所述的Si粉的纯度为彡95wt%，粒度小于O. Imm ;所述的SiC粉的纯度为彡90wt%，粒度小于5mm。在本发明中，优选地所述的Y2O3的纯度不应小于95wt%，Al2O3的纯度不应小于95wt% ；Y203 或 Al2O3 的粒度小于 O. 01mm。 在本发明中，所述的成型方法是捣打成型或振动成型。
本发明还涉及上述制备方法所制备的环形炉用SiC-Si3N4质高温陶瓷炉底板。与现有技术相比，本发明具有以下主要优点该制备方法工艺简单、成本低，所制备的环形炉用SiC-Si3N4质高温陶瓷炉底板具有耐高温、抗蠕变性能好、高温强度大、抗热震性好等特点，用其取代耐热钢质炉底板，能满足环形炉生产的工况要求，能够有效地解决金属炉底板的耐高温性能差、材料的高温蠕变率大而造成炉底板弯曲变形、材料的热膨胀率大而造成炉底板开裂损坏及使用寿命较低问题。
具体实施方式
在本发明中如无特殊说明，各组分间均采用重量比。为了更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步描述，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例I称取SiC粉63kg、Si粉37kg、3kg Y2O3和4kg酚醛树脂，在混碾机中混合碾制成泥料。将泥料装入模具中，采用常规的捣打成型方法成型制得炉底板坯。将板坯在氮气气氛下在1270°C条件下保温30h，再在氮气气氛下继续升温到1700°C，保温3h制得氮化烧结坯。将氮化烧结坯在1800°C、30Pa真空度下渗溃硅处理15小时制得炉底板毛坯。将毛坯进行机械加工处理，制得环形炉用SiC-Si3N4质高温陶瓷炉底板。实施例2称取SiC粉55kg、Si粉45kg、4kgY203和6kg酚醛树脂，如实施例I混碾制坯。将板坯在氮气气氛下在1430°C条件下保温5h，再在氮气气氛下继续升温到1650 0C，保温8h制得氮化烧结坯。将氮化烧结坯在1850°C、60Pa真空度下渗溃硅处理20小时制得炉底板毛坯。将毛坯进行机械加工处理，制得环形炉用SiC-Si3N4质高温陶瓷炉底板。实施例3称取SiC粉75kg、Si粉25kg、8kgY203和9kg硅溶胶，如实施例I混碾制坯。将板坯在氮气气氛下在1430°C条件下保温5h，再在氮气气氛下继续升温到1650 0C，保温8h制得氮化烧结坯。将氮化烧结坯在1850°C、60Pa真空度下渗溃硅处理20小时制得炉底板毛坯。将毛坯进行机械加工处理，制得环形炉用SiC-Si3N4质高温陶瓷炉底板。实施例4称取SiC 粉 25kg、Si 粉 275kg、3kgY203、3kgAl203 和 6kg 水玻璃，如实施例 I 混碾制坯。将板坯在氮气气氛下在1430°C条件下保温lh，再在氮气气氛下继续升温到1450°C，保温12h制得氮化烧结坯。将氮化烧结坯在1700°C、IOPa真空度下渗溃硅处理2小时制得炉底板毛坯。将毛坯进行机械加工处理，制得环形炉用SiC-Si3N4质高温陶瓷炉底板。
权利要求
1.一种环形炉用SiC-Si3N4质高温陶瓷炉底板的制备方法，其特征在于步骤如下 (1)配料以总重量份100份计称取25 75份Si粉，余量为SiC粉；加入31份烧结助剂和4、份结合剂；所述烧结助剂为Y2O3、或Y2O3和Al2O3的混合物；所述结合剂选自酚醛树月旨、硅溶胶或水玻璃； (2)混料将步骤(I)中的配料加入混碾机中混合碾制成泥料； (3)成型将步骤(2)的泥料装入模具中成型制成炉底板板坯； (4)烧结将所述板坯先在氮气气氛和在127(Tl43(TC条件下保温l 30h，再在氮气气氛下继续升温到1450°C 1700°C，保温3 12h，制得氮化烧结坯； (5)渗溃硅处理将所述氮化烧结坯在温度为170(Tl850°C和真空度小于IOOPa的条件下进行渗溃硅处理，处理时间为2 20小时，制得SiC-Si3N4质高温陶瓷炉底板毛坯； (6)将毛坯进行机械加工处理，制得环形炉用SiC-Si3N4质高温陶瓷炉底板。
2.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于所述的Si粉的纯度为>95wt%，粒度小于 0. Imnin
3.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于所述的SiC粉的纯度为>90wt%，粒度小于5mm o
4.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于所述的Y2O3的纯度>95wt%, Al2O3的纯度彡95wt% ；Y203或Al2O3的粒度小于0. 01mm。
5.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于所述的成型方法是捣打成型或振动成型。
6.根据权利要求r5项中任一项权利要求所述的制备方法制备得到的环形炉用SiC-Si3N4质高温陶瓷炉底板。
全文摘要
本发明涉及一种环形炉用SiC-Si3N4质高温陶瓷炉底板及其制备方法，以总重量份100份计称取25~75份Si粉，余量为SiC粉；加入3~8份烧结助剂和4~9份结合剂；所述烧结助剂为Y2O3、或Y2O3和Al2O3的混合物；经混料、成型、烧结、渗渍硅处理和机械加工制得环形炉用SiC-Si3N4质高温陶瓷炉底板。该制备方法工艺简单、成本低，所得产品具有耐高温、抗蠕变性能好、高温强度大、抗热震性好等特点，能满足环形炉生产的工况要求，能够有效地解决金属炉底板的耐高温性能差、材料的高温蠕变率大而造成炉底板弯曲变形、材料的热膨胀率大而造成炉底板开裂损坏及使用寿命较低问题。
文档编号C04B35/565GK102795859SQ20121029592
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月17日 优先权日2012年8月17日
发明者祝洪喜, 骆中汉, 邓承继, 汪盛明, 张小东, 彭玮珂, 程明 申请人:湖北红花高温材料有限公司