专利名称：一种高性能碳化硅复合窑具材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及的一种高性能碳化硅复合窑具材料及其制备方法，属于耐火材料技术领域。
背景技术：
我国陶瓷行业的窑具生产具有悠久的历史，作用在陶瓷产品烧成工序中用于支撑、保护被烧制产品的耐火材料制品，其性能质量的好坏直接关系到要烧制的陶瓷产品，而且对烧制成本也有较大影响，因此窑具的质量至关重要。 窑具是烧成工序中用于支撑、保护产品的异型耐火材料，对制品的质量和能耗有极其重要的影响。相应现有的窑具由于热震稳定性差，体积不稳定，使用寿命短，使用效果差，一般经过2030次窑炉循环使用后就开裂损坏，致使瓷器出现变形、落渣等问题。我国作为陶瓷制品的生产大国，目前由于窑具的使用性能较低，已严重制约了我国陶瓷业的发展。
目前的窑具材料主要有碳化硅、堇青石、堇青石莫来石、莫来石、莫来石刚玉、熔融石英、钛酸铝、钛酸铝莫来石等材质，其中以碳化硅质和堇青石质窑具的研究和使用最为广泛。按照使用温度分类，熔融石英、堇青石、堇青石莫来石、重结晶碳化硅(横梁)可作为低温(小于120CTC )窑具材质；重结晶碳化硅(横梁棚板)、钛酸铝、莫来石刚玉等可作为中温(1200至1400°C )窑具材质；重结晶碳化硅、刚玉、氧化锆、尖晶石等可作为高温(1400至1700°C )窑具材质。 碳化硅具有高温稳定性、高机械强度和导热性、较小的热膨胀系数，使得它具有极好的高温强度和抗热震性，碳化硅是理想的高温结构材料。用它制作陶瓷制品的烧成窑具，几乎不出现变形、开裂和掉屑现象。但由于碳化硅是共价键结合的化合物，很难单纯采用常压烧结的方法来制取高致密材料，必须采用一些特殊工艺手段或者依靠第二相物质促进其烧结。碳化硅窑具根据结合剂的不同，有不同的分类，其中包括粘土结合、氧化物结合、氮化硅结合和重结晶。对于粘土结合碳化硅窑具，这种窑具生产工艺简单，价格也是各种碳化硅窑具中最低的，许多日用陶瓷厂和电瓷厂所使用的碳化硅棚板、匣钵和垫板就是这类材料。由于粘土在烧结时生成少量液相，材料的机械强度随温度升高而降低。因此，粘土结合的碳化硅窑具使用寿命和使用温度都受到限制。对于氮化硅结合碳化硅和重结晶碳化硅制品虽具有优异的性能，但其生产技术较复杂，设备要求高，投资大，生产成本昂贵，在市场推广过程中受到了限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种高性能碳化硅复合窑具及其制备方法，解决现有技术中氮化硅结合碳化硅和重结晶碳化硅制品生产技术较复杂，设备要求高，投资大，生产成本昂贵，在市场推广过程中受到限制等问题，本发明的原料配方的制备方法科学合理，得到的高性能碳化硅复合窑具材料耐高温、变形小、强度高、抗氧化能力强、外形规整、使用寿命显著提高；新型碳化硅复合窑具的制备方法，具有生产技术较好控制，生产成本较低，使用性能
3好，相信在高温窑炉的行业具有好的市场前景。 本发明的高性能碳化硅复合窑具(SiC-Si20N2或Si3N4-Al2Ti05复合窑具)所述SiC-Si20N2或Si3N4-Al2Ti05复合窑具所用的主要原料包括SiC、 Si20N2或Si3N4、 Al2Ti05和常温结合剂。 本发明的显著优点是本发明将原料通过组分配比设计的控制和高温原位反应烧结制备了高性能SiC-Si20N2或Si3N4-Al2Ti05复合窑具材料，制备得到的复合材料兼具Al2Ti05低的热膨胀系数抗氧化、Si20N2(或Si3N4)高强度抗高温烟气氧化腐蚀以及SiC高热震稳定性等性能，SiC颗粒在材料中起到骨架的作用，使得SiC-Si20N2或Si3N4-Al2Ti05复合窑具材料耐高温、变形小、强度高、抗氧化能力强、外形规整，使用寿命显著提高。
具体实施例方式
原料按照质量百分比SiC 80-98wt % ;Al2Ti050. 1-lOwt %， Si20N2或Si3N40. l-10wt% ;常温结合剂0. 15-3wt%。 上述常温结合剂可以为糊精、甲基纤维素或聚乙烯醇PVA中的一种。 原料中所用的SiC可以是粒度为6-90目的颗粒和粒度为150-320目的细粉的混
合，所用的Si20N2或Si3N4，以及Al2Ti05是粒度小于10 m的微粉。 制备方法包括以下步骤 (1)混料按所述原料配比将所有原料放入混料机中均匀混合； (2)困料将步骤(1)混合均匀的物料在密闭状态下静置12-36小时； (3)成型将步骤(2)静置好的物料，依照不同窑具所需的物料称重后置入相应的
模具中成型；成型时对模具进行双面振动加压，极振力为200-350KN，振动时间1_30秒； (4)烘干将步骤(3)成型后的坯料在80-12(TC条件下烘干至含水量小于1% ; (5)烧成在1300-165(TC条件下烧结成型，得到所述复相耐高温窑具。 (6)检测所述步骤(5)烧成的复合窑具按技术要求进行检测，包装后即为成品。 以下是本发明的几个实施例，进一步说明本发明，但是本发明不仅限于此。 实施例1 窑具的生产过程是 (1)混料按上述比例将原料放入混料机中均匀混合；如配置lOOOKg的物料，各物料的重量如下 SiC 900Kg， Si2ON2和Al2Ti05按1 : 1比例混合达总量98Kg，常温结合剂2Kg。其
中上述900Kg SiC中，由粒度为20目的SiC颗粒500Kg，粒度为200目的SiC细粉400Kg，
上述98Kg的Si2ON2和Al2Ti05为7 y m的微粉，上述常温结合剂为糊精。 (2)困料将上述混合均匀的物料在密闭状态下静置24小时； (3)成型将制备好的物料，依照不同窑具所需的物料称重后置入相应的模具中
成型；成型时对模具进行双面振动加压，极振力为200-350KN，振动时间8秒； (4)烘干将上述成型后的坯料在IO(TC条件下烘干至含水量小于1% ; (5)烧成在145(TC条件下烧结成型； (6)检测按技术要求进行检测，包装后即为成品。
所得制品的主要性能指标如下
体积密度2. 68g/cm3 ;常温抗折强度大于40MPa ;气孔率小于12% ;抗热震性实验
水冷一次温度保持率大于80% 。 实施例2 窑具的生产过程是 (1)混料按上述比例将原料放入混料机中均匀混合；如配置lOOOKg的物料，各物料的重量如下 SiC 850Kg， Si3N4和Al2Ti05按1 : 1比例混合达总量148Kg，常温结合剂2Kg。其中上述850Kg SiC中，由粒度为20目的SiC颗粒500Kg，粒度为200目的SiC细粉350Kg，上述148Kg的Si3N4和Al2Ti05为7 y m的微粉。上述常温结合剂为浓度为10%的聚乙烯醇PVA溶液。 (2)困料将上述混合均匀的物料在密闭状态下静置24小时； (3)成型将制备好的物料，依照不同窑具所需的物料称重后置入相应的模具中
成型；成型时对模具进行双面振动加压，极振力为200-350KN，振动时间12秒； (4)烘干将上述成型后的坯料在IO(TC条件下烘干至含水量小于1% ; (5)烧成在150(TC条件下烧结成型； (6)检测按技术要求进行检测，包装后即为成品。
所得制品的主要性能指标如下 体积密度2. 69g/cm3 ;常温抗折强度大于42MPa ;气孔率小于11% ;抗热震性实验
水冷一次温度保持率大于85% 。 实施例3 窑具的生产过程是 (1)混料按上述比例将原料放入混料机中均匀混合；如配置lOOOKg的物料，各物料的重量如下 SiC 870Kg， Si2ON2和Al2Ti05按1 : 1比例混合达总量128Kg，常温结合剂2Kg。其中上述870Kg SiC中，由粒度为20目的SiC颗粒500Kg，粒度为200目的SiC细粉370Kg，上述128Kg的Si2ON2和Al2Ti05为7 y m的微粉。上述常温结合剂为浓度为8%的甲基纤维素溶液。 (2)困料将上述混合均匀的物料在密闭状态下静置24小时； (3)成型将制备好的物料，依照不同窑具所需的物料称重后置入相应的模具中
成型；成型时对模具进行双面振动加压，极振力为200-350KN，振动时间18秒； (4)烘干将上述成型后的坯料在IO(TC条件下烘干至含水量小于1% ; (5)烧成在160(TC条件下烧结成型； (6)检测按技术要求进行检测，包装后即为成品。
所得制品的主要性能指标如下 体积密度2. 70g/cm3 ;常温抗折强度大于45MPa ;气孔率小于10% ;抗热震性实验水冷一次温度保持率大于90% 。
权利要求
一种高性能碳化硅复合窑具，其特征在于所述高性能碳化硅复合窑具所用的主要原料包括SiC、Si2ON2或Si3N4、Al2TiO5和常温结合剂。
2. 根据权利要求1所述的高性能碳化硅复合窑具，其特征在于所述的高性能碳化硅复合窑具所用的原料按照质量百分比SiC 80-98wt%;Al2Ti05 0. l_10wt% ， Si20N2或Si3N40. l-10wt% ;常温结合剂0. 15-3wt%。
3. 根据权利要求2所述的高性能碳化硅复合窑具，其特征在于所述的常温结合剂为糊精、甲基纤维素或聚乙烯醇PVA中的一种。
4. 根据权利要求2所述的高性能碳化硅复合窑具，其特征在于所述原料中所用的SiC是粒度为6-90目的颗粒和粒度为150-320目的细粉的混合，所用的Si20N2或Si具，以及Al2Ti05是粒度小于10 ii m的微粉。
5. —种如权利要求1、2、3或4所述的高性能碳化硅复合窑具的制备方法，其特征在于所述制备方法包括以下步骤混料按所述原料配比将所有原料放入混料机中均匀混合；困料将步骤(1)混合均匀的物料在密闭状态下静置12-36小时；成型将步骤(2)静置好的物料，依照不同窑具所需的物料称重后置入相应的模具中成型；成型时对模具进行双面振动加压，极振力为200-350KN，振动时间1_30秒；烘干将步骤(3)成型后的坯料在80-12(TC条件下烘干至含水量小于1% ;烧成在1300-165(TC条件下烧结成型，得到所述高性能碳化硅复合窑具。
6. 根据权利要求5所述的高性能碳化硅复合窑具的制备方法，其特征在于所述步骤(5)烧成的高性能碳化硅复合窑具按技术要求进行检测，包装后即为成品。
全文摘要
本发明提供一种高性能碳化硅复合窑具材料及其制备方法，属于耐火材料技术领域。本发明是以碳化硅)及添加剂为主硅或氮化硅(Si2要原料经过混料、困料、干燥、成型、烧成、测试一系列工艺过程制备出了高性能碳化硅复复合窑具。本发明的窑具耐火材料具有耐高温、变形小、抗氧化、低热膨胀系数、高强度和高热震稳定性等性能。
文档编号C04B35/66GK101768003SQ20091031261
公开日2010年7月7日 申请日期2009年12月30日 优先权日2009年12月30日
发明者刘艳改, 房明浩, 郑宝乡, 郑春和, 黄朝晖 申请人:福州远程特耐砂轮有限公司;黄朝晖