一种层状刚玉-尖晶石耐火材料的制备方法与流程

本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种层状刚玉-尖晶石耐火材料的制备方法。

背景技术：

传统的含碳耐火材料，虽然碳组份的存在，提高了耐火材料的抗热震性，但在高温冶炼作用下，碳发生氧化使耐火材料中形成多孔结构，降低了材料的强度，导致材料易被熔渣侵蚀和渗透，也影响了钢中碳元素的含量。耐火材料的长寿一直是高温行业面临的问题，尤其满足先进钢铁材料冶炼的耐火材料长寿命更是巨大挑战。抗热震，抗侵蚀，无污染等良好匹配的结构功能一体化新型耐火材料正成为国内外关注的重点。目前的研究广泛采用改善耐火材料组份、添加或原位生成保护相等方式优化耐火材料抗侵蚀、热力学及机械性能，但优化效果仍旧单一，始终不能达到结构功能的良好统一。层状复合材料作为一种仿生设计，其精细的结构保证了材料优良的综合性能。因此，层状耐火材料的设计与制备也逐步受到重视。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种层状刚玉-尖晶石耐火材料的制备方法，使其能解决现有含碳耐火材料含碳率高、易氧化、易侵蚀的问题。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种层状刚玉-尖晶石耐火材料的制备方法，包括下列步骤：

1）选用液态陶瓷先驱体聚氮硅烷为骨架材料，仲丁醇铝为掺杂al源，以二乙烯甲苯增加碳碳双键数量，以环己烷为溶剂，制备sialcn陶瓷前驱体；选用液态酚醛树脂和沥青作为复合结合剂；添加分解后形成ni作为催化剂的ni(no3)2.6h2o作为添加剂；将sialcn陶瓷前驱体、复合结合剂和ni(no3)2.6h2o与al2o3粉体混合得到混合料，混合料冷压成型制得氧化铝坯体；

2）采用流延成型制备厚度1-5mm的尖晶石薄坯；采用热压叠层，将尖晶石薄坯与氧化铝坯体交替叠层制备多层刚玉-尖晶石坯体，在n2气氛炉中，以2～5℃/min速率升温至1450-1600^oc，保温60-120min，关闭电源，自然冷却到室温；sicilian陶瓷先驱体热解后生成连续的陶瓷纤维，连续的陶瓷纤维在耐火材料内部形成三维空间网络结构；同时sicilian陶瓷先驱体在热解过程中，产生的含碳气体在添加剂ni(no3)2.6h2o热解后所形成的ni催化剂的作用下生成进一步提高材料的机械强度和热震抵抗的碳纤维；尖晶石薄坯与氧化铝坯体交替叠层制备获得多层协同增强的超低碳刚玉-尖晶石耐火材料。

所述刚玉-尖晶石耐火材料为多层结构。

所述刚玉-尖晶石耐火材料含碳在1wt%以下。

步骤1）所述的混合料包含以下质量百分比的组分：al2o3粉体质量分数80-90wt%，颗粒尺寸范围2-3000μm，复合结合剂5-10wt%，sialcn陶瓷前驱体5-10wt%，添加剂为外加，加入量为混混合料总质量的1-2wt%。

所述的al2o3粉体的原料组成及重量百分比为：1-3mm板刚玉15wt%,0-1mm板刚玉25wt%,45μm板刚玉30wt%，2μmal2o3细粉30wt%。

所述的复合结合剂由树脂和沥青组成。

所述的添加剂ni(no3)2·6h2o，分解后形成ni作为催化剂，催化促进碳纤维的形成。

步骤2）中所述尖晶石薄坯厚度1-5mm，原料为2μm的电熔尖晶石。

在电炉中，以2～5℃/min速率升温至1450-1600^oc，保温60-120min，关闭电源，自然冷却到室温。

本发明提出的一种层状刚玉-尖晶石耐火材料的制备方法，sicilian陶瓷先驱体热解后生成连续的陶瓷纤维，连续的陶瓷纤维在耐火材料内部形成三维空间网络结构，同时在热解过程中，产生的含碳气体在ni催化剂的作用下，生成碳纤维，也可进一步提高材料的机械强度和热震抵抗；三维空间网络结构和c纤维的形成，与先驱体含量、催化剂、热处理条件密不可分；催化剂的催化效率与温度、气体浓度、催化剂含量密切相关；陶瓷纤维的含量和分布状态对基体材料的性能表现不可忽视。通过调控陶瓷先驱体浓度、含量，热处理温度、气氛，制备超低碳高抗热震al2o3基耐火材料。

本发明的层状刚玉-尖晶石耐火材料的制备方法中，层状耐火材料的组份结构、空间构型及界面状况共同决定其抗热震、抗侵蚀、力学性能；分别选择不同结构al2o3单层耐火材料和致密高抗侵蚀单层mgal2o4材料，将二者或三者以不同厚度比进行交替叠层；根据不同单层耐火材料的本征特性，设计不同空间构型和界面结合的新型层状耐火材料；控制坯体制备工艺和层状耐火材料叠层技术，优化层状耐火材料烧成工艺制度；制备层状刚玉-尖晶石耐火材料。

本发明的层状刚玉-尖晶石耐火材料的制备方法中，刚玉-尖晶石耐火材料为多层结构，且由三维陶瓷网络和碳纤维增强，具有良好的抗热震性能；此外，含碳量低于1wt%，属于超低碳耐火材料，对洁净钢的冶炼至关重要，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为层状刚玉-尖晶石结构示意图；

图2为催化生成碳纤维sem图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例1：

本实施例的层状刚玉-尖晶石耐火材料的制备方法，包括下列步骤：

1）取1-3mm板刚玉15wt%,0-1mm板刚玉25wt%,45μm板刚玉30wt%和2μmal2o3细粉30wt%，高速混练15min，获得混合料；取混合料80wt%，加入10wt%复合添加剂，加入10wt%sialcn前驱体，外加6wt%ni(no3)2.6h2o,高速混练后，冷压成型获得氧化铝坯体，厚度10mm。

2）采用流延成型制备厚度2mm的尖晶石薄坯，原料为2μm的电熔尖晶石；采用热压叠层，将尖晶石薄坯与氧化铝坯体交替叠层制备多层刚玉-尖晶石坯体，在n2气氛炉中，以2～5℃/min速率升温至1450-1600^oc，保温60-120min。然后关闭电源，自然冷却至室温，即得层状刚玉-尖晶石耐火材料。

本实施例所得层状刚玉-尖晶石耐火材料气孔率为15%，1100^oc水冷后，强度保持率80%。

实施例2

本实施例的层状刚玉-尖晶石耐火材料，包括下列步骤：

1）取1-3mm板刚玉15wt%,0-1mm板刚玉25wt%,45μm板刚玉30wt%和2μmal2o3细粉30wt%，高速混练15min，获得混合料。取混合料80wt%，加入10wt%复合添加剂，加入10wt%sialcn前驱体，外加6wt%ni(no3)2.6h2o,高速混练后，冷压成型获得氧化铝坯体，厚度10mm。

2）采用流延成型制备厚度5mm的尖晶石薄坯，原料为2μm的电熔尖晶石；采用热压叠层，将尖晶石薄坯与氧化铝坯体交替叠层制备多层刚玉-尖晶石坯体，在n2气氛炉中，以2～5℃/min速率升温至1450-1600^oc，保温60-120min。然后关闭电源，自然冷却至室温，即得层状刚玉-尖晶石耐火材料。

本实施例所得层状刚玉-尖晶石耐火材料气孔率为12%，1100^oc水冷后，强度保持率75%。

实施例3

本实施例的层状刚玉-尖晶石耐火材料，包括下列步骤：

1）取1-3mm板刚玉15wt%,0-1mm板刚玉25wt%,45μm板刚玉30wt%和2μmal2o3细粉30wt%，高速混练15min，获得混合料；取混合料90wt%，加入5wt%复合添加剂，加入5wt%sialcn前驱体，外加6wt%ni(no3)2.6h2o,高速混练后，冷压成型获得氧化铝坯体，厚度10mm。

2）采用流延成型制备厚度5mm的尖晶石薄坯，原料为2μm的电熔尖晶石；采用热压叠层，将尖晶石薄坯与氧化铝坯体交替叠层制备多层刚玉-尖晶石坯体，在n2气氛炉中，以2～5℃/min速率升温至1450-1600^oc，保温60-120min。然后关闭电源，自然冷却至室温，即得层状刚玉-尖晶石耐火材料。

本实施例所得层状刚玉-尖晶石耐火材料气孔率为10%，1100^oc水冷后，强度保持率70%。

实施例4

本实施例的氧化铝陶瓷球的微波烧结方法，包括下列步骤：

1）取1-3mm板刚玉15wt%,0-1mm板刚玉25wt%,45μm板刚玉30wt%和2μmal2o3细粉30wt%，高速混练15min，获得混合料。取混合料80wt%，加入10wt%复合添加剂，加入10wt%sialcn前驱体，外加6wt%ni(no3)2.6h2o,高速混练后，冷压成型获得氧化铝坯体，厚度10mm。

2）采用流延成型制备厚度2mm的尖晶石薄坯，原料为2μm的电熔尖晶石；采用热压叠层，将尖晶石薄坯与氧化铝坯体交替叠层制备多层刚玉-尖晶石坯体，在n2气氛炉中，以2～5℃/min速率升温至1450-1600^oc，保温60-120min。然后关闭电源，自然冷却至室温，即得层状刚玉-尖晶石耐火材料。

本实施例所得层状刚玉-尖晶石耐火材料气孔率为11%，1100^oc水冷后，强度保持率75%。