一種防氧化耐火材料的製備方法與流程
2023-10-08 19:34:24
本發明屬於耐火材料
技術領域：
，具體涉及一種防氧化耐火材料的製備方法。
背景技術：
：在冶金過程中，熔爐內襯與鋼水導流、控流器常常要經受溫度激變，對這些部位所使用的耐火材料要求具有很高的耐熱震性。由於石墨在環境溫度激變時，可以快速傳導熱量，降低材料內部溫度梯度，減小熱應力，從而保護材料熱震不開裂，所以含石墨耐火材料（簡稱含碳耐火材料）廣泛應用於冶金過程中熱震強烈的部位。目前含碳耐火材料普遍採用酚醛樹脂做結合劑，高溫燒成後形成玻璃碳結合耐火材料。然而這種玻璃態的結合碳存在兩項缺點：一是抗氧化性差，酚醛樹脂炭化後形成的玻璃碳從500℃就開始氧化燒蝕，結合碳的氧化會導致材料失去結合力，結構變得疏鬆，容易剝落或被熔融金屬衝蝕；二是強度低、呈玻璃脆性，在一定的應力存在下，會發生脆性斷裂。針對結合碳的抗氧化性差，一般採用內部摻入抗氧化劑和表面施塗抗氧化塗料來保護含碳耐火材料。所摻入的抗氧化劑一般為比結合碳更易氧化的一些金屬粉末，因為其摻入量有限，所以只能在短時間內發揮抗氧化作用。熔爐內襯用含碳耐火材料和熔融金屬導流、控流用含碳耐火材料浸沒在熔融金屬中的部位，表面的防氧化塗層受到熔融金屬的溶蝕會逐漸喪失對含碳材料的防氧化保護。一些瀝青浸漬含碳耐火材料，由於表面光滑和使用條件的限制難以塗敷抗氧化塗層，在烘烤時發生很容易發生碳結合氧化。針對結合碳的低強度和玻璃脆性，一些學者研究了酚醛樹脂與瀝青共用，在高溫形成鑲嵌碳結構以增加結合碳的結合強度；也有一些人在酚醛樹脂中摻入催化劑，高溫催化裂解樹脂，沉積碳纖維來增強結合炭的強度。這些方法中由於可沉積的纖維極少對結合碳的脆性改變較小，強度增加不大。綜上所述，因此需要一種很好的耐火材料來改善現有技術的不足。技術實現要素：本發明的目的是提供一種防氧化耐火材料的製備方法，本發明製備的耐火材料具有優異的抗氧化性、高強度和耐熱震的性能，並且其製備方法簡單，材料成本低廉。本發明提供了如下的技術方案：一種防氧化耐火材料的製備方法，包括以下製備步驟：a、將含碳材料和碳素物放入混料機中進行預混攪拌10-15min，再用球磨機球磨30-50min，製成混合粉體；b、將聚碳矽烷與有機溶劑混合攪拌，攪拌速度為200-300r/min，攪拌至充分溶解後，得到混合物一；c、將混合物粉體導入混煉機中，再加入混合物一進行混煉，混煉溫度為200-300℃，混煉2-3h後，導入模具中進行加壓成型，得到半成品；d、將半成品放入乾燥室，在120-150℃下乾燥2-3h，然後在電窯中通入保護性氣體加熱到600-850℃，保溫4-6h，即可得到成品。優選的，所述防氧化耐火材料包括以下重量份的原料：含碳材料40-55份、碳素物48-59份、聚碳矽烷36-43份和有機溶劑34-39份。優選的，所述步驟a的含碳材料為鋁碳耐火材料、鎂碳耐火材料和鋯碳耐火材料的混合物。優選的，所述鋁碳耐火材料為氧化鋁骨料和氧化鋁粉料的混合。優選的，所述鎂碳耐火材料為氧化鎂骨料和氧化鎂粉料的混合。優選的，所述鋯碳耐火材料為氧化鋯骨料和氧化鋯粉料的混合。優選的，所述步驟a的碳素物為石墨或石墨烯。優選的，所述步驟b的聚碳矽烷為固體或液體的形式，聚碳矽烷加入量為原料總質量的5-8%。優選的，所述步驟b的有機溶劑為汽油、二氯乙烷、甲苯、二甲苯、四氫呋喃和正己烷中的任一種或多種的混合。本發明的有益效果是：本發明製備的耐火材料具有優異的抗氧化性、高強度和耐熱震的性能，並且其製備方法簡單，材料成本低廉。本發明的碳素物具有很好的粘結作用，與現用的結合劑酚醛樹脂有同等的拌和性能和模壓性能，且成本更為低廉。本發明的聚碳矽烷高溫裂解形成的碳化矽纖維在溫度高於800℃時，會在表面生成一層緻密的二氧化矽薄膜，隨著高溫氧化時間的延長，這層緻密薄膜逐漸增厚，使得氧化變緩，進而阻止進一步氧化，所以碳化矽結合比傳統酚醛樹脂炭化後形成的碳結合具有十分優異的抗氧化性能。本發明的聚碳矽烷高溫裂解形成的碳化矽纖維還具有非常高的抗拉強度、較高的熱導率和較低的熱膨脹係數，高的拉伸強度可以提高材料的破壞極限應力，高的熱導率可在環境溫度激變時快速傳導熱量，降低材料內部溫度梯度，低的熱膨脹率不至於在材料內部存在溫度梯度時形成較大的內應力，這三種性能的綜合作用從而提高製備的材料的耐熱震性能。具體實施方式實施例1一種防氧化耐火材料的製備方法，包括以下製備步驟：a、將含碳材料和碳素物放入混料機中進行預混攪拌15min，再用球磨機球磨50min，製成混合粉體；b、將聚碳矽烷與有機溶劑混合攪拌，攪拌速度為200r/min，攪拌至充分溶解後，得到混合物一；c、將混合物粉體導入混煉機中，再加入混合物一進行混煉，混煉溫度為300℃，混煉2h後，導入模具中進行加壓成型，得到半成品；d、將半成品放入乾燥室，在150℃下乾燥3h，然後在電窯中通入保護性氣體加熱到680℃，保溫6h，即可得到成品。防氧化耐火材料包括以下重量份的原料：含碳材料55份、碳素物59份、聚碳矽烷36份和有機溶劑39份。步驟a的含碳材料為鋁碳耐火材料、鎂碳耐火材料和鋯碳耐火材料的混合物。鋁碳耐火材料為氧化鋁骨料和氧化鋁粉料的混合。鎂碳耐火材料為氧化鎂骨料和氧化鎂粉料的混合。鋯碳耐火材料為氧化鋯骨料和氧化鋯粉料的混合。步驟a的碳素物為石墨或石墨烯。步驟b的聚碳矽烷為液體的形式，聚碳矽烷加入量為原料總質量的5%。步驟b的有機溶劑為汽油、二氯乙烷、甲苯、二甲苯、四氫呋喃和正己烷的混合。實施例2一種防氧化耐火材料的製備方法，包括以下製備步驟：a、將含碳材料和碳素物放入混料機中進行預混攪拌15min，再用球磨機球磨30min，製成混合粉體；b、將聚碳矽烷與有機溶劑混合攪拌，攪拌速度為200r/min，攪拌至充分溶解後，得到混合物一；c、將混合物粉體導入混煉機中，再加入混合物一進行混煉，混煉溫度為200℃，混煉2h後，導入模具中進行加壓成型，得到半成品；d、將半成品放入乾燥室，在1200℃下乾燥2h，然後在電窯中通入保護性氣體加熱到600℃，保溫4h，即可得到成品。防氧化耐火材料包括以下重量份的原料：含碳材料40份、碳素物49份、聚碳矽烷36份和有機溶劑34份。步驟a的含碳材料為鋁碳耐火材料、鎂碳耐火材料和鋯碳耐火材料的混合物。鋁碳耐火材料為氧化鋁骨料和氧化鋁粉料的混合。鎂碳耐火材料為氧化鎂骨料和氧化鎂粉料的混合。鋯碳耐火材料為氧化鋯骨料和氧化鋯粉料的混合。步驟a的碳素物為石墨烯。步驟b的聚碳矽烷為固體的形式，聚碳矽烷加入量為原料總質量的5%。步驟b的有機溶劑為汽油、二氯乙烷、二甲苯、四氫呋喃和正己烷的混合。實施例3一種防氧化耐火材料的製備方法，包括以下製備步驟：a、將含碳材料和碳素物放入混料機中進行預混攪拌15min，再用球磨機球磨50min，製成混合粉體；b、將聚碳矽烷與有機溶劑混合攪拌，攪拌速度為300r/min，攪拌至充分溶解後，得到混合物一；c、將混合物粉體導入混煉機中，再加入混合物一進行混煉，混煉溫度為300℃，混煉3h後，導入模具中進行加壓成型，得到半成品；d、將半成品放入乾燥室，在150℃下乾燥3h，然後在電窯中通入保護性氣體加熱到850℃，保溫6h，即可得到成品。防氧化耐火材料包括以下重量份的原料：含碳材料55份、碳素物59份、聚碳矽烷43份和有機溶劑39份。步驟a的含碳材料為鋁碳耐火材料、鎂碳耐火材料和鋯碳耐火材料的混合物。鋁碳耐火材料為氧化鋁骨料和氧化鋁粉料的混合。鎂碳耐火材料為氧化鎂骨料和氧化鎂粉料的混合。鋯碳耐火材料為氧化鋯骨料和氧化鋯粉料的混合。步驟a的碳素物為石墨。步驟b的聚碳矽烷為固體的形式，聚碳矽烷加入量為原料總質量的8%。步驟b的有機溶劑為汽油、二氯乙烷、甲苯、二甲苯、四氫呋喃和正己烷的混合。檢測實施例1、實施例2和實施例3製備的材料的氧化速度，得到如下表的數據：表一：項目實施例1實施例2實施例3環境條件為空氣溼度90%、溫度55℃和氧氣含量90%，產生氧化所需時間（天）657862以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。當前第1頁12