一种含金属塑性相的Sialon结合刚玉复合耐火预制件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种Sialon结合刚玉复合耐火材料，尤其涉及一种通过添加娃铁合金粉原位氮化生成Fe-Sialon结合刚玉复合耐火预制件及其制备方法，属于耐火材料领域。
【背景技术】
[0002]Sialon结合刚玉复合材料具有高温强度高、热膨胀系数小、抗渣性好以及耐磨损等优异性能，在高炉炼铁、电解铝以及窑具等高温领域得到广泛使用并取得了很好的效果。但该种材料存在脆性大、热震稳定性差、导热性不好等问题，从而限制了其进一步推广应用。
[0003]目前，氧化物-非氧化物复合耐火制品如=Si3N4结合SiC砖、Sialon结合刚玉砖等的生产多采用定形制品工艺，即:以Si粉、SiC或氧化铝等为原料，采用机压或振动加压成形、氮气或埋炭气氛下高温烧成。用上述方式制备的制品具有形状简单，尺寸小等特点，从而限制了其在更大范围的应用。
[0004]文献“浇注成型Sialon结合刚玉质透气砖的研制”(耐火材料，2004，38 (6):407-409)以板状刚玉为骨料，Al2O3微粉、Si粉为主要基质成分，采用振动浇注成型方式生产Sialon结合刚玉质材料。为了促进烧结添加了烧结助剂，降低了材料的高温性能。非氧化物结合相为Sialon和少量Si2N2O,只存在非氧化物结合相，不存在金属塑性相。
[0005]文献“原位氮化生成Sialon结合刚玉浇注料的性能”(北京科技大学学报，2010，32⑵:234-238)以板状刚玉为骨料，电熔白刚玉细粉、水合氧化招、Si粉和Al2O3微粉为基质，通过原位氮化反应制备了 Sialon结合刚玉饶注料，结合相Sialon为β-Sialon和(V -Sialon0只存在非氧化物结合相，不存在金属塑性相。
[0006]文献“原位生成非氧化物对刚玉基浇注料性能的影响”(耐火材料，2012，46 (4):278-280)在超低水泥刚玉浇注料中加入硅粉，经振动浇注成形、养护、烘干后，在氮气气氛中于氮化处理后制备了非氧化物结合刚玉基浇注料，原位生成的非氧化物主要为β-SialoruO’-Sialon和少量a-Si3N4等。同样只有非氧化物结合相，不存在金属塑性相。
[0007]目前尚未检索到与本技术完全相同的关于添加硅铁合金粉原位氮化生成Fe-Sialon结合刚玉复合耐火预制件及其制备方法方面的文献与公开发明专利。
【发明内容】
[0008]
本发明的目的是克服现有Sialon结合刚玉复合材料普遍存在原料生产成本高、脆性大、热震稳定性差、导热性不好等问题，提出一种生产成本低、热震稳定性好，韧性好，同时能生产出复杂形状，工艺简单易控制、生产能耗低、含金属塑性相的Sialon结合刚玉复合耐火预制件及其制备方法。
[0009]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为: 一种含金属塑性相的Sialon结合刚玉复合耐火预制件，原始料为:刚玉骨料、刚玉细粉、SiC细粉、Si粉、硅铁合金粉、Al2O3微粉、纯铝酸钙水泥、水合氧化铝和S12微粉；外加分散剂和水或硅溶胶，采用振动浇注方法成形，再通过原位氮化反应制备得到。
[0010]本发明原始料的加入重量份数为:刚玉骨料60-70份、刚玉细粉5-25份、SiC细粉0-5份，Si粉7-12份，硅铁合金粉2-12份，Al2O3微粉0_6份，纯铝酸钙水泥0_5份，水合氧化铝0-5份、S12微粉0-6份；分散剂加入量为原始料总重量的0.1-0.2%，水加入量为原始料总重量的4-6% ;硅溶胶加入量为原始料总重量的5-12%。
[0011]所述刚玉骨料为电熔白刚玉、电熔致密刚玉、矾土基电熔刚玉、板状刚玉、烧结刚玉和电熔棕刚玉中的一种或两种以上，粒度< 8mm ；
所述刚玉细粉为电熔白刚玉、矾土基电熔刚玉、电熔致密刚玉、板状刚玉、烧结刚玉和电熔棕刚玉中的一种或两种以上，粒度< 0.088mm ；
所述氧化招微粉的粒度< 0.005mm ；
所述SiC细粉的纯度彡96%，粒度< 0.074mm ；
所述Si粉的纯度彡96%，粒度< 0.074mm ；
所述硅铁合金粉中的Si含量多70%，粒度< 0.074mm ；
所述纯铝酸钙水泥粒度< 0.074mm ;
所述水合氧化铝粒度< 0.074mm 所述3丨02微粉纯度多96%，粒度< 0.0Olmm ；
所述分散剂为三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的一种或两种复合。
[0012]本发明的这种含金属塑性相的Sialon结合刚玉复合耐火预制件的制备方法为: 步骤一、按上述比例进行配料，将称好的物料在搅拌机中干混60s后，加入4-6%的水进行湿混，待湿料表面有泛浆现象为止；
步骤二、将混合均匀的湿料迅速浇注到预先放在振动台上的模具中，边振动边加料，至物料表面泛浆，仅有少量气泡冒出即可；
步骤三、将浇注好的试样在模具中养护24h后脱模，脱模后的试样再在室温下自然养护24h，将养护好的试样在干燥箱中进行80-110°C X24h烘干处理；
步骤四、将干燥后的试样装入氮化炉中，在1200-1550°C温度下保温8-40h氮化反应烧成，氮化过程中炉内氮气压力保持在0.1-0.15MPa左右，然后随炉自然冷却至室温，即可得到这种含金属塑性相的Sialon结合刚玉复合耐火预制件。
[0013]本发明通过引入一定量的硅铁合金粉、原料的优化组合、合理的粒度配比、简单的振动浇注方法成形，原位氮化反应烧成制备出了生产成本低、热震稳定性好和韧性好，同时能生产出复杂形状，工艺简单易控制、生产能耗低的具有金属塑性相的Fe-Sialon-刚玉复合耐火材料。
[0014]本发明在配方中引入一定量的硅铁合金粉，通过原位氮化反应烧成制备Fe-Sialon-刚玉复合材料。氮化反应时娃铁合金中的部分Si原位氮化并与氧化招等固溶可形成:β -Sialon, O’ -Sialon和a -Si3N4等非氧化物结合相，铁的存在降低了氮化时的氧分压，提高了非氧化物转化率，有利于长柱状β-Sialon的形成，提高了复合材料的热态强度。硅铁合金粉中的Si含量多70%，粒度< 0.074mm ；目的是为了让硅粉的原位氮化更快速，更容易在较低温度下完全形成Sialon结合相的同时引入一定量的金属塑性相，从而使制备的复合材料具有高强度的同时，还具有更好的热震稳定性和韧性。
[0015]本发明所得产品为金属间化合物、非氧化物以及氧化物的复合材料，通过Fe-Sialon -刚玉复合耐火材料中赛隆与金属塑性相的断口形貌图，可以看到Sialon为长柱状，金属塑性相呈孤立球形，其中硅铁合金氮化后生成的金属间化合物，Fe3Si等发挥了塑性相作用，在材料内部起到缓冲应力的作用，提高了复合材料的韧性，有利于材料热震稳定性和导热系数的提升。
[0016]本发明采用浇注成形方法制备这种含金属塑性相的Sialon结合刚玉复合耐火预制件，与传统的机压或振动加压成形方法相比，浇注成形方法不仅可制备任意形状和尺寸大型件和异形件，弥补了机压成形只能制备形状简单，尺寸小的制品的不足；而且所需成形设备投资少，成形工艺简单，有利于生产成本的降低。此外，采用浇注成形方法不仅可以获得紧密堆积，而且拌和料中加入的水蒸发后形成气孔通道，有利于气相参与的原位氮化反应的进行，提高非氧化物转化率，制得非氧化物网络发育较好、结构更合理的复合材