N结合刚玉质复合耐火材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无机非金属材料领域，涉及Α1506Ν结合刚玉质耐火材料的制备方法，用于炼铁高炉、炼钢钢包、炉外精炼炉和水泥窑用耐火材料的制备。
[0002]A10N是一种A1203-A1N 二元系的固溶体，由于兼具非化物与氧化物的优点，具有良好的耐高温性和抗氧化性、超硬度、高溶点、高热传导率和耐化学腐烛等优异性能，是高温结构陶瓷、高性能耐火材料和高性能高温窗口材料，可用作研磨介质、金属切削工具、耐火材料结合剂、热机或其他热能设备的高温部件，又可作为密封圈、轴承、阀体等，由于其具有良好的透光性，还可制备透明陶瓷。目前研究主要集中在A10N透明陶瓷上。
[0003]人们对A10N在耐火体系应用研究发现，A10N复合氧化铝、赛隆等，在高温条件下其优点更为突出。由于它们具有耐高温、抗氧化、强度高、硬度大和抗侵蚀等优良的性能，所以可提高耐火材料使用寿命长。在钢铁冶金、建材、化工、机械及窑具材料等领域有着广阔的发展前景，可用作炼铁高炉炉身下部、炉腰、炉缸、陶瓷杯陶瓷垫等，也可用作高炉铁钩料；炼钢钢包和炉外精炼用耐火材料。水泥回转窑窑口等。
[0004]然而在A10N体系中，关于A1506N的报道较少。有研究者以A1N、A1203、Ce02、Tb407作为原料，在氮气气氛中1700°C加热4小时，获得Al506N:Ce3+，Tb3+材料，研究其作为荧光剂的发光性能；目前较多的制备方法是采用TNT炸药和金属A1粉作为原料，引爆后收集余渣过滤溶解，经煅烧后获得A1506N粉末，该方法需要采用炸药引爆，较为危险，且金属铝粉不易保管，成本较高因此难以实现工业化批量生产。
[0005]关于A1506N在耐火材料中应用的报道更为少见，有研究者以α _Α1203微粉，金属铝粉，单质硅粉，鳞片石墨，以及酚醛树脂作为结合剂，Α1Ν粉作为添加剂制备了 Α1506Ν结合的A1203-C耐火材料，可将常温耐压强度提高约30MPa，将热震后残余强度提高18MPa。该研究表明A1506N可起到增强A1203-C耐火材料的作用。然而该方法采用了金属铝粉与单质硅粉两种较为昂贵的原料，且保存不当易爆炸，并加以鳞片石墨，可能导致耐火材料在使用过程中过多的碳引起钢水增碳。
【发明内容】
:
[0006]针对现有技术当中用A1N粉作为添加剂制备了 A1506N结合的A1203-C耐火材料，成本高、残炭量高的缺陷，提供一种可用A1506N结合刚玉质复合耐火材料的制备方法。与其他制备方法相比，原料组分简单、廉价易得；工艺简单易行，无需施加压力；采用热固性酚醛树脂高温氮化后的残炭作为碳源，低碳环保，节约资源；不添加稀有金属等昂贵的原料，大大降低工业成本。
[0007]—种A1506N结合刚玉质复合耐火材料的制备方法，其特征在于:所述的材料采用板状刚玉、白刚玉、活性氧化铝微粉作为原料，添加酚醛树脂作为结合剂，经压制成型后氮化烧结而成；成型后，其中板状刚玉作为大颗粒构成耐火材料骨架，刚玉作为中颗粒填充，氧化铝微粉作为基质；氮化烧成后，活性氧化铝微粉经反应形成A1506N，作为结合相，增强刚玉质材料。
[0008]原料中的A1203微粉是在氮气气氛、树脂高温残炭条件下原位合成，作为结合相存在于基质中。
[0009]原料取质量分数40-60%为板状刚玉大颗粒，15-35%为刚玉中颗粒，5-25%活性氧化铝微粉，另外添加原料的3-5%酚醛树脂，将原料混合后进行混炼，在15-40MPa下压制成型；将压制成型后的试样放入烧结炉中，通纯度为不小于99.99%氮气，在1600-2000°C进行氮化8-24h后自然冷却。
[0010]本发明所制备材料的性能为气孔率10-19%，体积密度3.10-3.25g/cm3，常温耐压强度100-480MPa，是一种强度较大的砖，适宜作为高炉、钢包和炉外精炼和水泥窑砖。
[0011]本发明的基本构思是以板状刚玉、白刚玉，活性氧化铝微粉作为原料，热固性酚醛树脂作为结合剂，在高温氮气气氛下反应，原位合成A1506N，作为结合相增强刚玉耐火材料。本发明突破了工业技术制备A1506N须添加单质金属与添加剂的局限，以A1203为原料，制备出A1506N结合刚玉复合耐火材料。
[0012]以刚玉颗粒料与氧化铝微粉为原料，热固型酚醛树脂作为结合剂，利用树脂在烧结后的残炭，在氮气气氛中与活性氧化铝微粉发生反应，制备αι506ν结合的刚玉耐火材料。本发明所采用制备方法不添加单质金属，成本低廉，原料保存安全，不存在爆炸危险；不采用石墨，仅仅利用酚醛树脂结合剂高温烧结后的残炭，低碳环保；不采用Ce、Tb等稀土金属元素，节约资源，大大降低成本；不采用A1N添加剂；仅仅采用1600-2000Γ氮化烧结，不施加压力，工艺简单可行。本发明采用廉价易得的原料，环保简单的工艺制备出性能优越的A1506N结合刚玉复合材料，极便于工业化推广。
[0013]具体实施方法:
[0014]按质量分数取40-60%为板状刚玉大颗粒，15-35%为刚玉中颗粒，5-25%活性氧化铝微粉，另外添加3-5%酚醛树脂作为结合剂，将原料混合后进行混炼，并在15-40MPa下压制成型。将压制成型后的试样放入烧结炉中，通纯度为0.9999氮气，在1600-2000°C进行氮化8-24h后自然冷却，制备出A1506N结合刚玉质复合耐火材料。
[0015]实例1
[0016]按质量分数取60%的板状刚玉大颗粒，25%刚玉中颗粒，15%活性氧化铝微粉，另外添加5%酚醛树脂作为结合剂，将原料混合后进行混炼，并在20MPa下压制成型。将压制成型后的试样放入烧结炉中，通纯度为0.9999氮气，在1700°C进行氮化8-24h后自然冷却，制备出A1506N结合刚玉质复合耐火材料。
[0017]实例2
[0018]按质量分数取60%的板状刚玉大颗粒，25%刚玉中颗粒，15%活性氧化铝微粉，另外添加5%酚醛树脂作为结合剂，将原料混合后进行混炼，并在20MPa下压制成型。将压制成型后的试样放入烧结炉中，通纯度为0.9999氮气，在1800°C进行氮化8-24h后自然冷却，制备出A1506N结合刚玉质复合耐火材料。
[0019]实例3:
[0020]按质量分数取40%的板状刚玉大颗粒，35%刚玉中颗粒，25%活性氧化铝微粉，另外添加3%酚醛树脂作为结合剂，将原料混合后进行混炼，并在15MPa下压制成型。将压制成型后的试样放入烧结炉中，通纯度为0.9999氮气，在1800°C进行氮化8-24h后自然冷却，制备出A1506N结合刚玉质复合耐火材料。
【主权项】
1.一种A1506N结合刚玉质复合耐火材料的制备方法，其特征在于:所述的材料采用板状刚玉、白刚玉、活性氧化铝微粉作为原料，添加酚醛树脂作为结合剂，经压制成型后氮化烧结而成；成型后，其中板状刚玉作为大颗粒构成耐火材料骨架，刚玉作为中颗粒填充，氧化铝微粉作为基质；氮化烧成后，活性氧化铝微粉经反应形成A1506N，作为结合相，增强刚玉质材料。2.根据权利要求1所述的A1506N结合刚玉质复合耐火材料的制备方法，其特征在于:原料中的A1203微粉是在氮气气氛、树脂高温残炭条件下原位合成，作为结合相存在于基质中。3.根据权利要求1所述的A1506N结合刚玉质复合耐火材料的制备方法，其特征在于:原料取质量分数40-60%为板状刚玉大颗粒，15-35%为刚玉中颗粒，5-25%活性氧化铝微粉，另外添加原料的3-5%酚醛树脂，将原料混合后进行混炼，在15-40MPa下压制成型；将压制成型后的试样放入烧结炉中，通纯度为不小于99.99%氮气，在1600-2000°C进行氮化8-24h后自然冷却。4.根据权利要求1所述的A1506N结合刚玉质复合耐火材料的制备方法，其特征在于:所制备材料的性能为气孔率10-19 %，体积密度3.10-3.25g/cm3，常温耐压强度100-480MPa。
【专利摘要】本发明属于无机非金属材料领域，涉及Al5O6N结合刚玉质耐火材料的制备方法，用于炼铁高炉、炼钢钢包、炉外精炼炉、水泥窑回转窑的窑口和过渡带、窑具制品等处耐材的制备。本发明采用板状刚玉、白刚玉、活性氧化铝微粉作为原料，添加酚醛树脂作为结合剂，经压制成型后氮化烧结而成；利用树脂在烧结后的残炭，在氮气气氛中与活性氧化铝微粉发生反应，以简单的工艺制备Al5O6N结合的刚玉耐火材料。该方法操作工艺简单，无需复杂的设备，成本低廉，生产过程对环境污染小，所制备的耐火材料不易引起钢水增碳，易于工业化推广。
【IPC分类】C04B35/622, C04B35/101
【公开号】CN105294081
【申请号】CN201510833909
【发明人】李勇, 秦海霞
【申请人】北京科技大学
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年11月25日