一种抗氧化性能增强的氧氮化硅-碳化硅复合砖及制备方法与流程

本发明涉及浇注材料，具体是涉及一种抗氧化性能增强的氧氮化硅-碳化硅复合砖及制备方法。

背景技术：

1、碳化硅，是一种无机物，是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅在大自然也存在罕见的矿物。碳化硅是典型的多晶型化合物，按大类分有α-碳化硅和β-碳化硅两种，其中的β-碳化硅是制备碳化硅类耐火材料的主要原料。在耐火原料中，碳化硅为应用最广泛、最经济的一种，碳化硅耐火材料具有强度高、导热系数大、抗热震性好、耐磨损、抗侵蚀等优良的高温性能，是一种优质高温复合砖材料；氧氮化硅耐火材料具备更加优异的抗高温氧化性能。

2、目前，但是，碳化硅材料是一种非氧化物材料，在高温、氧化条件下，不可避免的带来氧化问题虽然sic的氧化产物，sio2保护膜，可以阻止氧化的进一步发生，但是约在800℃—1140℃sio2膜会因相变而产生体积变化，从而使其结构变得疏松，氧化保护作用骤减；另外，当碳化硅材料循环使用时，由于sio2在500℃以下热膨胀系数变化较大，而碳化硅基材的热膨胀系数变化不大，这样，保护膜与基材间热应力变化较大，保护膜易破裂。

3、因此，现设计一种抗氧化性能增强的氧氮化硅-碳化硅复合砖及制备方法。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种抗氧化性能增强的氧氮化硅-碳化硅复合砖及制备方法。

2、本发明的技术方案是：一种抗氧化性能增强的氧氮化硅-碳化硅复合砖，所述复合砖的原料按重量份数计包括：碳化硅粗粉66-74份，碳化硅细粉9-14份，氮化硅细粉9-14份，硅微粉4.5-5.5份，二氧化硅微粉1.2-1.9份，硼化硅0.5-1.0份，结合剂4.5-6.0份，酚醛树脂粉4-8份，添加剂0.5-2.5份。

3、说明：按照此配方制备的氧氮化硅-碳化硅复合砖，具有成本低、抗热剥落性和抗氧化能优良等优点，通过在碳化硅表面覆盖sio2膜，把碳化硅结合并保护起来，提高复合砖的抗氧化性，加入硼化硅可以优化复合砖对氧化应激下体积变化的耐受性，通过添加结合剂，使得复合砖的原料中各组分结合的更加紧密，从而使得烧制的复合砖内部气孔小且各组分分布更加均匀，提高了复合砖的体积密度，通过加入添加剂，提高了复合砖的抗氧化性和耐压强度。

4、进一步地，所述碳化硅粗粉的粒径为1-8mm，所述碳化硅细粉、氮化硅细粉的粒径为0.1-1mm，碳化硅粗粉以及碳化硅细粉中sic含量≥97％。

5、说明：碳化硅粉具有耐高温、抗腐蚀、耐磨损等优异性能，碳化硅粗粉粒径过大，碳化硅粗粉颗粒间形成的缺陷就越多，气孔也会越大，导致所制备的复合砖强度降低，细粉可以填充碳化硅粗粉之间的缝隙，降低孔隙率低，提高复合砖的质量。

6、进一步地，所述硅微粉的纯度为99.7％，硅微粉以及二氧化硅微粉粒径均≤0.1mm。

7、说明：加入硅微粉，与其他原料形成非氧化物，提高材料的耐高温性能和抗热震性，整体提高隔热耐火材料制品的抗热震性和强度性能，延长其使用寿命。

8、进一步地，所述结合剂为浓度是5.5％的甲基纤维素溶液或浓度是7％的聚丙稀酰胺溶液或浓度是8％的黄糊精溶液或浓度是10％的磷酸二氢铝溶液中的一种或多种。

9、说明：选用上述溶液作为结合剂，可以使原料之间更好的结合，结合剂对复合砖的耐压强度、热震稳定性等性能具有重要作用。主要作用是将各种不同大小的颗粒胶结在一起，经高温烘烤排除水分后，使强度达到最大化。

10、进一步地，所述添加剂按重量百分比计包括：76-79wt％的al4sic4，4-9wt％的y2o3，0.4-1.2wt％的poss，余量为al4o4c。

11、说明：添加剂中的al4sic4、y2o3、al4o4c均能进一步地提升复合砖的抗氧化性能，poss具有高度对称的笼型无机结构骨架，使得制备的复合砖具有良好的热稳定性，poss在受热分解时能够形成一层二氧化硅膜从而阻碍氧化过程的进行，提高复合砖的抗氧化性。

12、进一步地，所述氧氮化硅-碳化硅复合砖的制备方法为：

13、s1、配料：

14、将碳化硅细粉、氮化硅细粉、硅微粉以及二氧化硅微粉加入球磨机中，干混均匀得到混合粉体；依次将碳化硅粗粉、酚醛树脂粉以及硼化硅加入搅拌机中搅拌3-5min，再将混合粉体加入搅拌机中搅拌均匀，得到混合料；

15、s2、碾料：

16、将混合料移入混碾机中，加入结合剂以及添加剂，充分混碾30分钟；将混碾后的混合料置于模具中捣打成形，得到生坯；

17、s3、烧制：

18、最后将带模生坯置于烘房中使用梯度加热的方式烘烤，之后将的坯件置于燃气高温炉中，通入氮气烧结，最终得到氧氮化硅-碳化硅复合砖。

19、说明：通过上述制备方法，反应生成氧氮化硅分布于碳化硅颗粒周围，同时生成二氧化硅膜，从而提高复合砖的抗氧化性能，制备的复合砖内部气孔小且各组分分布均匀，具有良好的抗氧化性以及耐压强度。

20、进一步地，步骤s3中，所述梯度加热的方式为温度由室温→60℃→130℃→250℃逐渐升高，每阶段升温时间为3小时，每阶段温度保温5小时。

21、说明：通过阶梯加热的方式升温，逐渐升高烘烤的温度，防止温度过高导致生坯出现开裂等质量问题，同时烘烤生坯时还伴有气体吸出，也要保证升温速率要慢。

22、进一步地，在步骤s3中，在燃气高温炉中的升温制度为：以120℃/h由室温升温至900℃，保温4h；以42-60℃/h升温至1460℃，在1120℃保温4-5h，在1420℃保温3-4h，在1440℃保温4-5h、1460℃保温5h；最后自然降至室温。

23、说明：将碳化硅粗粉、碳化硅细粉、氮化硅细粉、硅微粉等原料制成生坏，通入氮气在不同温度和压力下烧成，反应生成氧氮化硅分布于碳化硅颗粒周围，将其紧密结合，使复合砖保持优良的抗氧化性和抗热震能力。

24、进一步地，在步骤s3中，氮气的压力为0.02-0.04mpa，氮气纯度为99.9％。

25、说明：使用氮气作为气保护和作反应物质。

26、本发明的有益效果是：

27、本发明制备的氧氮化硅-碳化硅复合砖，具有成本低、抗热剥落性和抗氧化能优良等优点，通过在碳化硅表面覆盖sio2膜，把碳化硅结合并保护起来，反应生成氧氮化硅分布于碳化硅颗粒周围，提高复合砖的抗氧化性，加入硼化硅可以优化复合砖对氧化应激下体积变化的耐受性，通过添加结合剂，使得复合砖的原料中各组分结合的更加紧密，从而使得烧制的复合砖内部气孔小且各组分分布更加均匀，提高了复合砖的体积密度，通过加入添加剂，进一步提高了复合砖的抗氧化性和耐压强度。

技术特征：

1.一种抗氧化性能增强的氧氮化硅-碳化硅复合砖，其特征在于，所述复合砖的原料按重量份数计包括：碳化硅粗粉66-74份，碳化硅细粉9-14份，氮化硅细粉9-14份，硅微粉4.5-5.5份，二氧化硅微粉1.2-1.9份，硼化硅0.5-1.0份，结合剂4.5-6.0份，酚醛树脂粉4-8份，添加剂0.5-2.5份。

2.如权利要求1所述的一种抗氧化性能增强的氧氮化硅-碳化硅复合砖，其特征在于，所述碳化硅粗粉的粒径为1-8mm，所述碳化硅细粉、氮化硅细粉的粒径均为0.1-1mm，碳化硅粗粉以及碳化硅细粉中sic含量≥97％。

3.如权利要求1所述的一种抗氧化性能增强的氧氮化硅-碳化硅复合砖，其特征在于，所述硅微粉的纯度为99.7％，硅微粉以及二氧化硅微粉粒径均≤0.1mm。

4.如权利要求1所述的一种抗氧化性能增强的氧氮化硅-碳化硅复合砖，其特征在于，所述结合剂为浓度是5.5％的甲基纤维素溶液或浓度是7％的聚丙稀酰胺溶液或浓度是8％的黄糊精溶液或浓度是10％的磷酸二氢铝溶液中的一种或多种。

5.如权利要求1所述的一种抗氧化性能增强的氧氮化硅-碳化硅复合砖，其特征在于，所述添加剂按重量百分比计包括：76-79wt％的al4sic4，4-9wt％的y2o3，0.4-1.2wt％的poss，余量为al4o4c。

6.如权利要求1所述的一种抗氧化性能增强的氧氮化硅-碳化硅复合砖，其特征在于，所述氧氮化硅-碳化硅复合砖的制备方法为：

7.如权利要求6所述的一种抗氧化性能增强的氧氮化硅-碳化硅复合砖，其特征在于，步骤s3中，所述梯度加热的方式为温度由室温→60℃→130℃→250℃逐渐升高，每阶段升温时间为3小时，每阶段温度保温5小时。

8.如权利要求6所述的一种抗氧化性能增强的氧氮化硅-碳化硅复合砖，其特征在于，在步骤s3中，在燃气高温炉中的升温制度为：以80-120℃/h由室温升温至900℃，保温4h；以42-60℃/h升温至1460℃，在1120℃保温4-5h，在1420℃保温3-4h，在1440℃保温4-5h、1460℃保温5h；最后自然降至室温。

9.如权利要求6所述的一种抗氧化性能增强的氧氮化硅-碳化硅复合砖，其特征在于，在步骤s3中，氮气的压力为0.02-0.04mpa，氮气纯度为99.9％。

10.如权利要求1所述的一种抗氧化性能增强的氧氮化硅-碳化硅复合砖，其特征在于，所述碳化硅粗粉以及碳化硅细粉中sic含量≥97％。

技术总结
本发明公开了一种抗氧化性能增强的氧氮化硅‑碳化硅复合砖及制备方法，复合砖的原料按重量份数计包括：碳化硅粗粉66‑74份，碳化硅细粉9‑14份，氮化硅细粉9‑14份，硅微粉4.5‑5.5份，二氧化硅微粉1.2‑1.9份，硼化硅0.5‑1.0份，结合剂4.5‑6.0份，酚醛树脂粉4‑8份，添加剂0.5‑2.5份，制备方法为：S1、配料，S2、碾料，S3、烧制；本发明制备的氧氮化硅‑碳化硅复合砖，具有成本低、抗热剥落性和抗氧化性能优良等优点，通过在碳化硅表面覆盖SiO2膜，把碳化硅结合并保护起来，反应生成氧氮化硅分布于碳化硅颗粒周围，提高复合砖的抗氧化性。

技术研发人员：周天威,史峰峰,管梦婷
受保护的技术使用者：宜兴金君耐火炉料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12