一種環形爐用SiC-Si₃N₄質高溫陶瓷爐底板及其製備方法

2023-09-17 23:25:20 3

專利名稱：一種環形爐用SiC-Si3N4質高溫陶瓷爐底板及其製備方法
技術領域：
本發明屬於高溫陶瓷技術領域，具體涉及一種環形爐用SiC-Si3N4質高溫陶瓷爐底板及其製備方法。
背景技術：
在冶金及機械製造工廠的環形爐中通常需要大量使用耐熱鋼質爐底板承載鋼卷和鋼件以進行熱加工生產。現有的環形爐底板一般都是採用高溫合金材料製造，例如長時間在950°C以上甚至超過1000°C的高溫與荷重的工況條件下製作金屬爐底板，所得產品的高溫合金材料的耐高溫性能特別是高溫強度和抗蠕變性未必能夠滿足實際工況的要求。這是由於金屬材料的高溫蠕變率大而造成爐底板逐漸彎曲變形，材料的熱膨脹率大而造成爐 底板開裂損壞。此外，蠕變及開裂等因素造成高溫合金材料製備的鋼質爐底板之使用壽命較低，更重要的是變形的爐底板會影響所承載鋼卷和鋼件的熱處理質量和成品率，降低生產效益。與耐熱鋼相比，高溫陶瓷材料具有高溫強度高、抗蠕變性能好、熱膨脹率小等優點，不僅可以有效提高底板的使用壽命、降低底板使用成本，而且可以保證所承載鋼卷和鋼件的熱處理質量和成品率，提高經濟效益。

發明內容
本發明旨在克服現有環形爐鋼質爐底板的缺陷，目的是提供一種工藝簡單、使用性能好的環形爐用SiC-Si3N4質高溫陶瓷爐底板的製備技術，用該技術製備的高溫陶瓷爐底板耐高溫、抗蠕變性能好、高溫強度大、抗熱震性好，能夠有效地解決金屬爐底板的耐高溫性能差、材料的高溫蠕變率大而造成爐底板彎曲變形、材料的熱膨脹率大而造成爐底板 開裂損壞及使用壽命較低問題。為實現上述目的，本發明的製備方法步驟如下(I)配料以總重量份100份計稱取25 75份Si粉，餘量為SiC粉；加入3^8份燒結助劑和4、份結合劑；所述燒結助劑為Y2O3、或Y2O3和Al2O3的混合物；所述結合劑選自酚醛樹脂、矽溶膠或水玻璃；(2)混料將步驟⑴中的配料加入混碾機中混合碾製成泥料；(3)成型將步驟(2)的泥料裝入模具中成型製成爐底板板坯；(4)燒結將所述板坯先在氮氣氣氛和在127(Tl430°C條件下保溫l 30h，再在氮氣氣氛下繼續升溫到1450°C 1700°C，保溫:Tl2h，製得氮化燒結坯；(5)滲潰矽處理將所述氮化燒結坯在溫度為170(Tl85(TC和真空度小於IOOPa的條件下進行滲潰矽處理，處理時間為2 20小時，製得SiC-Si3N4質高溫陶瓷爐底板毛坯；(6)將毛坯進行機械加工處理，製得環形爐用SiC-Si3N4質高溫陶瓷爐底板。在本發明中，優選地所述的Si粉的純度為彡95wt%,粒度小於O. Imm ;所述的SiC粉的純度為彡90wt%，粒度小於5mm。在本發明中，優選地所述的Y2O3的純度彡95wt%, Al2O3的純度彡95wt% ；Y203或Al2O3的粒度小於O. 01mm。在本發明中，所述的成型方法是搗打成型或振動成型。本發明還涉及上述製備方法所製備的環形爐用SiC-Si3N4質高溫陶瓷爐底板。下面將更詳細的描述本發明的技術方案。本發明提供一種環形爐用SiC-Si3N4質高溫陶瓷爐底板的製備方法，步驟如下(I)配料按重量份計，稱取25 75份Si粉和25 75份SiC粉，而且Si粉和SiC粉的總重為100份。再加入31份燒結助劑和4、份結合劑。一般在本領域中，燒結助劑和結合劑統稱為外加劑。所述燒結助劑為Y2O3、或Y2O3和Al2O3的混合物。所述結合劑選自酚醛樹脂、矽溶膠或水玻璃。本發明中，Y2O3是一種稀土金屬氧化物，作為燒結助劑引入陶瓷材料，有助於增加 材料密度、降低燒結溫度和時間、提高導熱性。例如採用東莞市金源稀土金屬原料銷售有限公司銷售的三氧化二釔產品。在本發明中，Si粉是指從冶煉矽金屬的高爐煙道中收集到的小粒徑粉塵，或稱為微矽粉或矽灰。主要成分為玻璃態二氧化矽，摻入混凝土中能使其具有高強、抗衝磨、耐久等優異性能。優選地應當使用純度不小於95wt%的Si粉，其粒度優選地小於O. Imm,例如山東明藍娃粉材料有限公司生產銷售的微娃粉產品。酚醛樹脂(phenolic resin，簡稱PF)主要用於生產壓塑粉、層壓塑料；製造清漆或絕緣、耐腐蝕塗料；製造日用品、裝飾品；製造隔首、隔熱材料、人造板、鑄造、耐火材料等，是市場上能夠購買獲得產品。矽溶膠(Silica solution)是一種膠體溶液，無臭、無毒，是二氧化矽顆粒在水中或溶劑中的分散液。由於娃溶膠中的SiO2含有大量的水及輕基,故娃溶膠也可以表述為SiO2 · ηΗ20。水玻璃是矽酸鈉的水溶液，具有粘結力強、強度較高、耐酸性、耐熱性好、耐鹼性等特點。(2)混料將步驟(I)中的配料加入混碾機中混合碾製成泥料。混碾機是市場上常見的混合設備，例如國營河南遠大機械製造公司生產銷售的輪式混碾機。(3)成型將步驟(2)的泥料裝入模具中成型製成爐底板板坯。(4)燒結將所述板坯先在氮氣氣氛和在127(T1430°C條件下保溫一定時長，通常l 30h都是允許的，然後再在氮氣氣氛下繼續升溫到1450°C 1700°C，保溫:Tl2h，製得氮化燒結坯；(5)滲潰矽處理將所述氮化燒結坯在溫度為170(Γ1850 和真空度小於IOOPa的條件下進行滲潰矽處理，處理時間為2 20小時，製得SiC-Si3N4質高溫陶瓷爐底板毛坯；(6)將毛坯進行機械加工處理，製得環形爐用SiC-Si3N4質高溫陶瓷爐底板。在本發明中，優選地所述的Si粉的純度為彡95wt%，粒度小於O. Imm ;所述的SiC粉的純度為彡90wt%，粒度小於5mm。在本發明中，優選地所述的Y2O3的純度不應小於95wt%，Al2O3的純度不應小於95wt% ；Y203 或 Al2O3 的粒度小於 O. 01mm。 在本發明中，所述的成型方法是搗打成型或振動成型。
本發明還涉及上述製備方法所製備的環形爐用SiC-Si3N4質高溫陶瓷爐底板。與現有技術相比，本發明具有以下主要優點該製備方法工藝簡單、成本低，所製備的環形爐用SiC-Si3N4質高溫陶瓷爐底板具有耐高溫、抗蠕變性能好、高溫強度大、抗熱震性好等特點，用其取代耐熱鋼質爐底板，能滿足環形爐生產的工況要求，能夠有效地解決金屬爐底板的耐高溫性能差、材料的高溫蠕變率大而造成爐底板彎曲變形、材料的熱膨脹率大而造成爐底板開裂損壞及使用壽命較低問題。
具體實施方式
在本發明中如無特殊說明，各組分間均採用重量比。為了更好地理解本發明，下面結合實施例對本發明作進一步描述，但本發明的內容不僅僅局限於下面的實施例。實施例I稱取SiC粉63kg、Si粉37kg、3kg Y2O3和4kg酚醛樹脂，在混碾機中混合碾製成泥料。將泥料裝入模具中，採用常規的搗打成型方法成型製得爐底板坯。將板坯在氮氣氣氛下在1270°C條件下保溫30h，再在氮氣氣氛下繼續升溫到1700°C，保溫3h製得氮化燒結坯。將氮化燒結坯在1800°C、30Pa真空度下滲潰矽處理15小時製得爐底板毛坯。將毛坯進行機械加工處理，製得環形爐用SiC-Si3N4質高溫陶瓷爐底板。實施例2稱取SiC粉55kg、Si粉45kg、4kgY203和6kg酚醛樹脂，如實施例I混碾制坯。將板坯在氮氣氣氛下在1430°C條件下保溫5h，再在氮氣氣氛下繼續升溫到1650 0C，保溫8h製得氮化燒結坯。將氮化燒結坯在1850°C、60Pa真空度下滲潰矽處理20小時製得爐底板毛坯。將毛坯進行機械加工處理，製得環形爐用SiC-Si3N4質高溫陶瓷爐底板。實施例3稱取SiC粉75kg、Si粉25kg、8kgY203和9kg矽溶膠，如實施例I混碾制坯。將板坯在氮氣氣氛下在1430°C條件下保溫5h，再在氮氣氣氛下繼續升溫到1650 0C，保溫8h製得氮化燒結坯。將氮化燒結坯在1850°C、60Pa真空度下滲潰矽處理20小時製得爐底板毛坯。將毛坯進行機械加工處理，製得環形爐用SiC-Si3N4質高溫陶瓷爐底板。實施例4稱取SiC 粉 25kg、Si 粉 275kg、3kgY203、3kgAl203 和 6kg 水玻璃，如實施例 I 混碾制坯。將板坯在氮氣氣氛下在1430°C條件下保溫lh，再在氮氣氣氛下繼續升溫到1450°C，保溫12h製得氮化燒結坯。將氮化燒結坯在1700°C、IOPa真空度下滲潰矽處理2小時製得爐底板毛坯。將毛坯進行機械加工處理，製得環形爐用SiC-Si3N4質高溫陶瓷爐底板。
權利要求
1.一種環形爐用SiC-Si3N4質高溫陶瓷爐底板的製備方法，其特徵在於步驟如下 (1)配料以總重量份100份計稱取25 75份Si粉，餘量為SiC粉；加入31份燒結助劑和4、份結合劑；所述燒結助劑為Y2O3、或Y2O3和Al2O3的混合物；所述結合劑選自酚醛樹月旨、矽溶膠或水玻璃； (2)混料將步驟(I)中的配料加入混碾機中混合碾製成泥料； (3)成型將步驟(2)的泥料裝入模具中成型製成爐底板板坯； (4)燒結將所述板坯先在氮氣氣氛和在127(Tl43(TC條件下保溫l 30h，再在氮氣氣氛下繼續升溫到1450°C 1700°C，保溫3 12h，製得氮化燒結坯； (5)滲潰矽處理將所述氮化燒結坯在溫度為170(Tl850°C和真空度小於IOOPa的條件下進行滲潰矽處理，處理時間為2 20小時，製得SiC-Si3N4質高溫陶瓷爐底板毛坯； (6)將毛坯進行機械加工處理，製得環形爐用SiC-Si3N4質高溫陶瓷爐底板。
2.根據權利要求I所述的製備方法，其特徵在於所述的Si粉的純度為>95wt%，粒度小於 0. Imnin
3.根據權利要求I所述的製備方法，其特徵在於所述的SiC粉的純度為>90wt%，粒度小於5mm o
4.根據權利要求I所述的製備方法，其特徵在於所述的Y2O3的純度>95wt%, Al2O3的純度彡95wt% ；Y203或Al2O3的粒度小於0. 01mm。
5.根據權利要求I所述的製備方法，其特徵在於所述的成型方法是搗打成型或振動成型。
6.根據權利要求r5項中任一項權利要求所述的製備方法製備得到的環形爐用SiC-Si3N4質高溫陶瓷爐底板。
全文摘要
本發明涉及一種環形爐用SiC-Si3N4質高溫陶瓷爐底板及其製備方法，以總重量份100份計稱取25~75份Si粉，餘量為SiC粉；加入3~8份燒結助劑和4~9份結合劑；所述燒結助劑為Y2O3、或Y2O3和Al2O3的混合物；經混料、成型、燒結、滲漬矽處理和機械加工製得環形爐用SiC-Si3N4質高溫陶瓷爐底板。該製備方法工藝簡單、成本低，所得產品具有耐高溫、抗蠕變性能好、高溫強度大、抗熱震性好等特點，能滿足環形爐生產的工況要求，能夠有效地解決金屬爐底板的耐高溫性能差、材料的高溫蠕變率大而造成爐底板彎曲變形、材料的熱膨脹率大而造成爐底板開裂損壞及使用壽命較低問題。
文檔編號C04B35/565GK102795859SQ20121029592
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月17日 優先權日2012年8月17日
發明者祝洪喜, 駱中漢, 鄧承繼, 汪盛明, 張小東, 彭瑋珂, 程明 申請人:湖北紅花高溫材料有限公司