本发明属于耐火材料。尤其涉及一种石墨烯增强铝碳质滑板材料及其制备方法。
背景技术：
1、铝碳质耐火材料中因碳呈现导热系数高、对熔渣润湿性能差等特点，故具有优异的抗热震性能和抗侵蚀性能，被广泛用于制备滑板砖、水口等关键功能性器件，在连铸系统中发挥了重要作用。
2、近年来，关于铝碳质滑板材料的研究及制备技术已有一些报道。如专利技术“一种纳米硅原位生成陶瓷相增强型铝碳滑板及其制备工艺”(cn 201911225412.4)，以莫来石、烧结刚玉、维罗泥、α-al2o3微粉、纳米硅粉和鳞片石墨等为原料，制备了纳米硅原位生成陶瓷相增强型铝碳质滑板材料；又如专利技术“一种含碳氮化钛的滑板耐火材料及其制备方法”(cn 200710051846.8)，以刚玉、二氧化锆或锆刚玉或锆莫来石、al2o3微粉、二氧化钛粉、碳化硼粉、碳化硅粉、金属al粉、金属si粉和石墨等为原料，制备了含碳氮化钛的滑板耐火材料；又如专利技术“一种氧化镁微粉增强铝锆碳质滑板及其制备方法”(cn201910612116.3)，以电熔刚玉、锆莫来石、金属al粉、碳素、结合剂、mgo微粉等为主要原料，制备了氧化镁微粉增强铝锆碳质滑板材料。
3、但现有铝碳质滑板材料仍存在一些明显不足：(1)碳本身的抗氧化性能差，易在制品中被氧化并形成气孔结构，降低制品的强度和抗渣性能；(2)原料中引入的碳源，尤其是纳米级碳源，在制备过程中难以分散均匀，会对制品强度产生负面影响；(3)制品中碳(非氧化物)与刚玉骨料以及基质中氧化物细粉之间的界面结合性差，导致制品强度低。
技术实现思路
1、本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种抗氧化性能好、抗渣性能优异、强度高、抗热震性能好的石墨烯增强铝碳质滑板材料及其制备方法。
2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案的具体步骤是：
3、步骤1、改性石墨烯纳米片的制备
4、按二甲苯∶聚碳硅烷细粉∶石墨烯纳米片的质量比为100∶(12-18)∶(2-5)，将所述二甲苯、所述聚碳硅烷粉体和所述石墨烯纳米片混合，搅拌5-10min，然后超声处理30-60min，经真空过滤处理后得到混合料；将所述混合料在200-240℃下干燥3-6h，得到改性石墨烯纳米片。
5、步骤2、石墨烯增强铝碳质滑板材料的制备
6、以25-37wt％的粒径为2-3mm的板状刚玉颗粒、28-34wt％的粒径大于等于1mm且小于2mm的板状刚玉颗粒为骨料，以27-38wt％的粒径小于0.088mm的板状刚玉细粉、2-5wt％的单质si粉、1-3wt％的改性石墨烯纳米片为基质。
7、按步骤2所述成分及其含量：先将所述骨料置于搅拌机中，加入占所述骨料和所述基质之和4-7wt％的液态酚醛树脂，混合均匀，再加入所述基质，搅拌均匀；然后在180-240mpa条件下机压成型，在200-250℃条件下热处理24-48小时，最后在1220-1400℃和埋碳条件下保温5-8小时，自然冷却，即得石墨烯增强铝碳质滑板材料。
8、所述聚碳硅烷细粉的粒径＜75μm。
9、所述石墨烯纳米片的厚度＜10nm；所述石墨烯纳米片的c含量＞99.5wt％。
10、所述单质si粉的粒径＜4μm；所述单质si粉的si含量＞98.5wt％。
11、所述液态酚醛树脂的残碳率＞40％。
12、由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比有如下积极效果：
13、(1)本发明对引入的石墨烯纳米片进行改性处理，能够有效改善石墨烯纳米片在制品中分布的均匀性，提高了制品强度和抗热震性能。
14、本发明利用聚碳硅烷细粉对石墨烯纳米片进行改性处理，使石墨烯纳米片表面吸附了大量聚碳硅烷分子，有效降低了石墨烯纳米片之间的范德华力，即削弱了石墨烯纳米片形成团聚的主要驱动力。这有助于石墨烯纳米片在制品中分散更均匀，更容易填充到制品内部的微孔隙中，改善制品结构的均一性，不仅提高了制品强度，还有助于制品吸收和缓解热应力，提高了制品抗热震性能。
15、(2)本发明利用聚碳硅烷细粉在石墨烯纳米片表面形成热解产物sicxoy层，阻碍石墨烯纳米片被氧化，提高了制品的抗氧化性能。
16、本发明所述聚碳硅烷细粉在1220-1400℃、埋碳条件下保温时，会在石墨烯纳米片表面发生热解，其热解产物主要为大量无定形的sicxoy层、并伴随少量sic和sio2相。石墨烯纳米片表面生成的sicxoy层能够阻碍石墨烯纳米片与氧气接触，有助于减缓石墨烯纳米片的氧化过程，显著提高了制品的抗氧化能力。
17、(3)本发明利用聚碳硅烷细粉对石墨烯纳米片进行改性处理，促进了石墨烯纳米片表面sic晶须的生成，提高了制品强度和抗渣性能。
18、本发明所述改性石墨烯纳米片表面附着了大量的聚碳硅烷，为石墨烯纳米片表面生成sic晶须提供了更多反应位点。在1220-1400℃、埋碳条件下保温时，基质中sio、co等气体会扩散至石墨烯纳米片的表面，与聚碳硅烷的热解产物反应，在石墨烯纳米片的表面原位生成大量sic晶须。因此，sic晶须可分布在石墨烯纳米片与基质中非氧化物颗粒之间，改善界面相容性，使界面处结合更加紧密，减少了氧气和熔渣的渗透路径，能进一步提高制品的强度、抗氧化性能和抗渣性能。
19、同时，石墨烯纳米片表面聚碳硅烷的热解产物和原位生成的sic晶须产生协同作用，在高温下与熔渣反应会增加渗透熔渣中sio2含量、增大渗透熔渣黏度，减缓了高温熔渣对制品基质部分的进一步侵蚀和渗透，进而提高了制品的抗渣性能。
20、本发明所制备的石墨烯增强铝碳质滑板材料：显气孔率为12.1-14.8％；抗折强度为24-31mpa；抗氧化性能好。
21、因此，本发明制备的石墨烯增强铝碳质滑板材料具有抗氧化性能好、抗渣性能优异、强度高、抗热震性能好的特点，可用于连铸系统。
1.一种石墨烯增强铝碳质滑板材料的制备方法，其特征在于所述制备方法的步骤是：
2.根据权利要求1所述的石墨烯增强铝碳质滑板材料的制备方法，其特征在于所述聚碳硅烷细粉的粒径＜75μm。
3.根据权利要求1所述的石墨烯增强铝碳质滑板材料的制备方法，其特征在于所述石墨烯纳米片的厚度＜10nm；所述石墨烯纳米片的c含量＞99.5wt％。
4.根据权利要求1所述的石墨烯增强铝碳质滑板材料的制备方法，其特征在于所述单质si粉的粒径＜4μm；所述单质si粉的si含量＞98.5wt％。
5.根据权利要求1所述的石墨烯增强铝碳质滑板材料的制备方法，其特征在于所述液态酚醛树脂的残碳率＞40％。
6.一种石墨烯增强铝碳质滑板材料，其特征在于所述石墨烯增强铝碳质滑板材料是根据权利要求1-5项中任一项所述的石墨烯增强铝碳质滑板材料的制备方法所制备的石墨烯增强铝碳质滑板材料。