一种AlON结合铝碳耐火材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于铝碳耐火材料技术领域。具体涉及一种AlON结合铝碳耐火材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]铝碳耐火材料是以氧化铝和石墨为原料，以酚醛树脂等有机物为结合剂制成的碳复合耐火材料。由于其具有良好的热震稳定性、抗渣侵蚀性和优异的力学性能，广泛应用于连铸用滑动水口系统的滑板砖、钢包上下水口、中间包水口及连铸三大件中。目前，随着连铸新技术的出现以及高效连铸技术的发展，对铝碳耐火材料的寿命和可靠性提出了更高的要求。
[0003]为进一步提高铝碳耐火材料的使用性能，国内外学者纷纷通过优化基质来改善其使用性能。目前公开的技术有一种含铝氮化物原位复合铝碳耐火材料的制备方法”(CN20091006116.4)专利技术，该技术是将含有金属铝和硅的复合粉体作为先驱体，加入到铝碳耐火材料中，然后在氮气气氛和950~1300°C条件下热处理，提高了铝碳材料的高温性能，改善了材料的抗钢水冲刷性，但抗热震性能不太理想，且采用氮气气氛成本较高。“一种硼化锆原位复合连铸用铝碳耐火材料的制备方法”(CN200910066117.9)专利技术，该技术是通过在铝碳耐火材料中添加一定数量的含氧化锆、氧化硼或硼酸或氧化硼与硼酸混合物、金属铝的硼化锆先驱体，在材料中原位合成硼化锆，提高了材料的高温强度，改善了材料的抗钢水冲刷性和抗钢水侵蚀性，但抗热震性能不太理想。
[0004]AlON是AlN和Al2O3的固溶体，具有良好的耐高温性、热震稳定性和抗侵蚀性能，在高温耐火材料中得到较为广泛的应用。目前公开的技术有一种浸入式水口耐火材料的制造方法”(CN97100785.3)专利技术，该技术方案是通过在铝碳耐火材料中加入5_10wt%的A10N，提高了材料的抗钢水冲刷和抗侵蚀性，但直接在材料中加入AlON成本较高。以原位生成的AlON作为结合相的耐火材料开发，目前主要集中在刚玉质耐火材料领域。“金属复合Al2O3基耐火材料的研究进展”(刘新红，叶方保，石凯，等.金属复合Al 203基耐火材料的研究进展[J].耐火材料，2007，41 (2):137-140)文章中提到通过金属的原位反应制得AlON结合刚玉材料，发现AlON的生成可提高材料的常温和高温强度、断裂韧性、抗热震性和抗侵蚀性等，从而提高了材料的使用寿命。而在含碳耐火材料中通过AlON的原位生成，形成陶瓷结合相的技术研究还未有报道。
【发明内容】
[0005]本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、成本低和利于工业化的生产的AlON结合铝碳耐火材料的制备方法；用该方法制备的AlON结合铝碳耐火材料具有优良的力学性能和热震稳定性。
[0006]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是:所述AlON结合铝碳耐火材料的原料及其含量是:铝粉为l~6wt%、硅粉为10~30wt%、α ~氧化铝为15~35wt%、碳为2~10wt%、氮化招为l~5wt%和刚玉颗粒为30~60wt% ;外加所述原料2~5wt%的酸醛树脂。
[0007]所述AlON结合铝碳耐火材料的制备方法是:按上述含量，先将铝粉、硅粉、 氧化铝、碳和氮化铝混合，制得混合料；再按刚玉球:混合料:乙醇的质量比为
2-5: I: 0.5~1.5，将混合料湿磨至粒度为1~3 μm，干燥；得干燥后的混合料；然后将干燥后的混合料、刚玉颗粒和酚醛树脂混碾，机压成型，固化，最后在埋炭气氛和1400~1700°C条件下保温60~240分钟，自然冷却，即得AlON结合铝碳耐火材料。
[0008]所述的铝粉为分析纯铝粉、化学纯铝粉和工业铝粉的一种，铝粉的粒径小于0.149mm。
[0009]所述的硅粉为分析纯硅粉、化学纯硅粉和工业硅粉的一种，硅粉的粒径小于0.149mm。
[0010]所述α -氧化铝粉为分析纯α -氧化铝粉、化学纯α -氧化铝粉和工业α -氧化铝粉的一种，α -氧化铝粉的粒径小于0.149mm。
[0011]所述碳为鳞片石墨、炭黑和沥青中的一种，其中C含量大于60wt%，粒径小于0.149mm。
[0012]所述氮化铝为纳米级及微米级的一种，粒径小于5 μπι。
[0013]所述刚玉颗粒为板状刚玉颗粒、白刚玉颗粒和棕刚玉颗粒中的一种，粒径小于3mm ο
[0014]所述埋碳气氛为:C0浓度为0.3-0.7个大气压，N2浓度为0.7-0.3个大气压。
[0015]所述机压成型的压力为150~200Mpa。
[0016]由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果:
本发明通过以铝粉、硅粉、α -氧化铝、碳、氮化铝和刚玉颗粒为原料，配以结合剂，经混碾、机压成型、固化和烧结即制得AlON结合的铝碳耐火材料，故工艺简单。所采用的烧结气氛为埋炭气氛，故成本低，且该工艺在原有设备的基础上即可完成，利于工业化生产。
[0017]本发明制备的AlON结合铝碳耐火材料的常温耐压强度为100~150MPa，两次热震后的残余耐压强度为80~100MPa，明显提高了铝碳耐火材料的力学性能和热震稳定性。经检测:A10N结合铝碳耐火材料中AlON相包括铝、氧和氮共3个元素，颗粒大小为1~5 μ m，其比例符合AlON陶瓷的组成范围。
[0018]本发明具有工艺简单、成本低和利于工业化生产的特点；所制备的AlON结合铝碳耐火材料具有优良的力学性能和热震稳定性。
【附图说明】
[0019]图1是本发明所制备的一种AlON结合铝碳耐火材料的X-衍射图谱；
图2是图1所示AlON结合铝碳耐火材料的SEM形貌图；
图3是图1所示AlON结合铝碳耐火材料的能谱图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
[0021]为避免重复，先将本【具体实施方式】所涉及的技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述:
所述的铝粉为分析纯铝粉、化学纯铝粉和工业铝粉的一种，铝粉的粒径小于0.149_。
[0022]所述的硅粉为分析纯硅粉、化学纯硅粉和工业硅粉的一种，硅粉的粒径小于
0.149mm。
[0023]所述α -氧化铝粉为分析纯α -氧化铝粉、化学纯α -氧化铝粉和工业α -氧化铝粉的一种，α -氧化铝粉的粒径小于0.149mm。
[0024]所述鳞片石墨、炭黑和沥青的C含量大于60wt%，粒径均小于0.149mm。
[0025]所述氮化铝为纳米级及微米级的一种，粒径小于5 μ m0
[0026]所述板状刚玉颗粒、白刚玉颗粒和棕刚玉颗粒的粒径小于3mm。
[0027]所述埋碳气氛为:C0浓度为0.3-0.7个大气压，N2浓度为0.7-0.3个大气压。
[0028]所述机压成型的压力为150~200Mpa。
[0029]实施例1
一种AlON结合铝碳耐火材料及其制备方法。所述AlON结合铝碳耐火材料的原料及其含量是:招粉为l~3wt%、娃粉为10~15wt%、α ~氧化招为25~30wt%、鱗片石墨为2~5wt%、氣化铝为l~2wt%和板状刚玉颗粒为45~55wt% ;外加所述原料2~5wt%的酚醛树脂。
[0030]所述AlON结合铝碳耐火材料的制备方法是:按上述含量，先将铝粉、硅粉、 氧化铝、碳和氮化铝混合，制得混合料；再按刚玉球:混合料:乙醇的质量比为
2-5: I: 0.5~1.5，将混合料湿磨至粒度为1~3μπι，干燥；得干燥后的混合料；然后将干燥后的混合料、板状刚玉颗粒和酚醛树脂混碾，机压成型，固化，最后在埋炭气氛和1400~1500°C条件下保温60~120分钟，自然冷却，即得AlON结合铝碳耐火材料。
[0031]实施例2
一种AlON结合铝碳耐火材料及其制备方法。所述AlON结合铝碳耐火材料的原料及其含量是:招粉为l~3wt%、娃粉为10~15wt%、α ~氧化招为25~30wt%、炭黑为4~7wt%、氣化招为2~3.5wt%和白刚玉颗粒为45~55wt% ;外加所述原料2~5wt%的酚醛树脂。
[0032]所述AlON结合铝碳耐火材料的制备方法是:按上述含量，先将铝粉、硅粉、 氧化铝、碳和氮化铝混合，制得混合料；再按刚玉球:混合料:乙醇的质量比为
2-5: I: 0.5~1.5，将混合料湿磨至粒度为1~3 μm，干燥；得干燥后的混合料；然后将干燥后的混合料、白刚玉颗粒和酚醛树脂混碾，机压成型，固化，最后在埋炭气氛和1500~1600°C条件下保温120~180分钟，自然冷却，即得AlON结合铝碳耐火材料。
[0033]实施例3
一种AlON结合铝碳耐火材料及其制备方法。所述AlON结合铝碳耐火材料的原料及其含量是:招粉为l~3wt%、娃粉为10~15wt%、α ~氧化招为25~30wt%dJ5青为7~10wt%、氣化招为3.5~5wt%和棕刚玉颗粒为45~55wt% ;外加所述原料2~5wt%的酚醛树脂。
[0034]所述AlON结合铝碳耐火材料的制备方法是:按上述含量，先将铝粉、硅粉、 氧化铝、碳和氮化铝混合，制得混合料；再按刚玉球:混合料:乙醇的质量比为
2-5: I: 0.5~1.5，将混合料湿磨至粒度为1~3 μm，干燥；得干燥后的混合料；然后将干燥后的混合料、棕刚玉颗粒和酚醛树脂混碾，机压成型，固化，最后在埋炭气氛和1600~1700°C条件下保温180~240分钟，自然冷却，即得AlON结合铝碳耐火材料。
[0035]实施例4 一种AlON结合铝碳耐火材料及其制备方法。所述AlON结合铝碳耐火材料的原料及其含量是:招粉为2~4wt%、娃粉为15~20wt%、α ~氧化招为30~35wt%、鱗片石墨为2~4wt%、氣化招为l~2wt%和板状刚玉颗粒为30~40wt% ;外加