硅鋁溶膠增強碳化硅窯具的生產(chǎn)方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種耐火材料的制備方法，具體的說，是一種硅鋁溶膠增強碳化硅窯 具的生產(chǎn)方法。
【背景技術】
[0002] 窯具是指在高溫過程中，由耐火材料制成，對產(chǎn)品起支撐、隔離、保護作用的器具， 包括匣缽、推板、棚板等。窯具性能對產(chǎn)品的最終性能優(yōu)劣有著重要的影響?？紤]到高溫窯 具的工作環(huán)境等問題，合格的窯具必須符合以下條件：良好的高溫力學性能、高溫下化學穩(wěn) 定性、耐火及抗熱震性能?，F(xiàn)代工業(yè)使用的窯具一般為合成材料陶瓷窯具，通常有SiC、莫來 石、剛玉、堇青石等多種耐火材料。
[0003] 目前碳化硅材料已成為廣為使用的非氧化物陶瓷材料。碳化硅是一種典型的共價 鍵結合的化合物。碳化硅陶瓷是一種高溫結構材料，不僅具有高強度和硬度，還具有高溫熱 穩(wěn)定性、耐磨耐、耐酸堿腐蝕性、抗熱震性好、低膨脹系數(shù)、高熱傳導性、抗蠕變以及抗氧化 性能好等優(yōu)點。隨著碳化硅粉體的制備技術和陶瓷常壓致密化燒結工藝的進步，碳化硅陶 瓷工業(yè)迅速發(fā)展，碳化硅陶瓷材料已經(jīng)廣泛地應用于機械、冶金、石油化工、航空、電子等工 業(yè)領域以及國防工業(yè)。
[0004] 此外，與其它陶瓷一樣碳化硅陶瓷屬于脆性材料，其室溫強度低、斷裂韌性低。碳 化硅陶瓷窯具的進一步機械強化也始終是窯具的一個重要研究方向，常用的強化方式主要 包括顆粒增韌、相變增韌、晶須增韌等。通常的處理方法是在基體中引入納米顆粒，由此產(chǎn) 生的殘余應力場增韌、微裂紋增韌、裂紋彎曲、裂紋偏轉、裂紋分岔、裂紋橋連與裂紋釘扎等 效應使得陶瓷基體韌性變佳。CN101857448A公開了二氧化鈦溶膠增強剛玉莫來石窯具的方 法。CN103787685A介紹了碳化硅晶須增韌碳化硅制品的方法。但采用膠體納米顆粒對碳化 硅陶瓷增韌還沒有報道。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種硅鋁溶膠增強碳化硅窯具的生產(chǎn)方法，本發(fā) 明引入了硅鋁溶膠從而進一步提高碳化硅的力學性能和抗熱震性能。
[0006] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種硅鋁溶膠增強碳化硅窯具的生產(chǎn)方法， 以碳化硅顆粒為基體，以二氧化硅溶膠及氧化鋁溶膠為粘結劑，依次進行以下步驟：
[0007] 1)、將碳化硅顆粒、二氧化硅溶膠及氧化鋁溶膠均勻混合，得混合物；
[0008] 所述二氧化娃溶膠的固相質量含量為30%~70% (較佳為40~60% )，所述氧 化鋁溶膠的固相質量含量為10%~40% (較佳為10~35% );
[0009] 所述二氧化硅溶膠與碳化硅顆粒的質量比為0. 1 %~0.5% (較佳為0. 15~ 0. 46% )，氧化鋁溶膠與碳化硅顆粒的質量0. 5%~3. 5% (較佳為0. 92~2. 6% );
[0010] 2)、將混合物困料（即，室溫下放置）22~26小時（例如為24小時）后成型，成 型壓力120~160Mpa ;再將成型后的所得物于40~60°C的環(huán)境中干燥10~14小時（例 如為12小時），然后再于1450~1700°C (較佳為1450~1650°C )燒制72~96h，得到硅 鋁溶膠增強碳化硅窯具（制品）。
[0011] 備注說明：在本發(fā)明中，二氧化硅溶膠及氧化鋁溶膠的組合稱為硅鋁溶膠。
[0012] 作為本發(fā)明的硅鋁溶膠增強碳化硅窯具的生產(chǎn)方法的改進：所述碳化硅顆粒的粒 徑為1~2mm〇
[0013] 作為本發(fā)明的硅鋁溶膠增強碳化硅窯具的生產(chǎn)方法的進一步改進：所述步驟1) 中，碳化硅顆粒、二氧化硅溶膠及氧化鋁溶膠在混料機中濕混〇. 5~2小時，從而實現(xiàn)均勻 混合。
[0014] 本發(fā)明的優(yōu)點是利用硅鋁溶膠在碳化硅基體中均勻分布，一方面可以起到粘結劑 等作用從而促進碳化硅陶瓷的成型和燒結，另一方面，硅鋁溶膠可轉化為硅鋁凝膠，并在燒 結過程中，能在碳化硅基體中原位形成針狀的莫來石，從而改善碳化硅陶瓷力學性能和抗 氧化性能（主要跟抗熱震性能有關）。綜上所述，本發(fā)明引入了硅鋁溶膠從而進一步提高碳 化硅的韌性、耐壓強度、抗折強度和抗熱震性能。
【具體實施方式】
[0015] 實施例1、一種硅鋁溶膠增強碳化硅窯具的生產(chǎn)方法，以粒徑為1~2_碳化硅顆 粒為基體，以固相質量含量為50%的二氧化硅溶膠和固相質量含量為20%的氧化鋁溶膠 為粘結劑；其中二氧化硅溶膠質量為碳化硅基體質量的〇. 15%，氧化鋁溶膠質量為碳化硅 基體質量的0.92% ;其工藝步驟如下：
[0016] 1)按上述比例將碳化硅顆粒及硅鋁溶膠（即，二氧化硅溶膠及氧化鋁溶膠）在混 料機中濕混1小時，得到混合物；
[0017] 2)將混合物困料24小時后成型，成型壓力120MPa。再將成型后的樣品放在40°C 環(huán)境中干燥12小時，然后在1450Γ燒制4天（96h)，得到硅鋁溶膠增強碳化硅窯具（以下 簡稱制品）。
[0018] 備注說明：該制品具體尺寸為5厘米X5厘米X20厘米。其體積密度2. 5~ 2. 7g/cm3,氣孔率10~12%，最大彎曲力6~10kN，抗折強度20~30MPa ;抗熱震性能 (1100°C X20min，空冷）超過 30 次。
[0019] 實施例2、一種硅鋁溶膠增強碳化硅窯具的生產(chǎn)方法，由尺寸為1~2_碳化硅顆 粒為基體，以固相質量含量為60%的二氧化硅溶膠和固相質量含量為35%的氧化鋁溶膠 為粘結劑；二氧化硅溶膠質量為碳化硅基體質量的〇. 31 %，氧化鋁溶膠質量為碳化硅基體 質量的1. 70% ;其工藝步驟如下：
[0020] 1)、按上述比例將碳化硅顆粒及硅鋁溶膠在混料機中濕混2小時，得到混合物；
[0021] 2)、將混合物困料24小時后成型（形狀尺寸同實施例1)，成型壓力160MPa。再將 成型后的樣品放在60°C環(huán)境中干燥12小時，然后在下1600°C燒制3天（72h)，得到制品。
[0022] 該制品具體尺寸為5厘米X 5厘米X 20厘米。其體積密度2. 6~2. 7g/cm3,氣孔 率12~15%，最大彎曲力8~10kN，抗折強度30~40MPa ;抗熱震性能（1100°C X20min， 空冷）超過40次。
[0023] 實施例3、一種硅鋁溶膠增強碳化硅窯具的生產(chǎn)方法，由尺寸為1~2_碳化硅顆 粒為