一种含金属Al原位复合含碳耐火材料的制备方法

技术领域

本发明属于耐火材料制备技术领域，主要提出一种含金属Al原位复合含碳耐火材料的制备方法。

背景技术

含碳耐火材料是以氧化物和石墨为主要原料，以酚醛树脂等有机物为结合剂而制成的碳结合耐火材料。由于含碳耐火材料中氧化物具有高熔点、较高的抗钢水侵蚀性等特点；石墨具有低热膨胀性、较高的抗熔渣侵蚀性等特点，因此这种材料具有优异的抗热震性和抗侵蚀性等，被广泛用于使用条件苛刻的连续铸钢过程，如长水口、浸入式水口、整体塞棒和滑板等均为含碳耐火材料。但含碳耐火材料存在一个致命的缺点是在高温时容易氧化或溶解于钢水，在材料表面形成一层疏松的氧化物层。当熔钢流经材料表面时，表面的氧化物被熔钢带走，暴露出石墨，这两个过程交替发生，最终使含碳耐火材料发生侵蚀。随着钢中合金量使用的增加，材料的抗钢水冲刷性越来越不能够满足实际生产的需要；通过降低碳含量，可以在一定程度上提高材料的抗钢水冲刷性，但这是在牺牲材料的抗热冲击性的条件下获得的。碳含量不能无限度地降低，必须在一个合理的范围，既能保证材料的抗侵蚀性，又能保证材料具有较高的抗热冲击性。另外一种技术思路是在材料中形成陶瓷结合相提高高温强度，进而提高抗冲刷性。在含碳耐火材料中引入金属Al可以形成高熔点陶瓷结合相，但金属Al高温热处理后会形成碳化铝，它是一种极易水化的物质，容易导致材料膨胀、开裂；为解决这个问题，ZL200910066116.4提出通过反应3Si+Al

发明内容

为解决上述技术问题，本发明目的是提供一种含Al复合含碳耐火材料的制备方法。

本发明为完成上述目的采用上述技术方案：

一种含Al复合含碳耐火材料的制备方法，利用核壳结构氧化锆@Al的复合粉体作为先驱体，将含有3-12wt%核壳结构氧化锆@Al的先驱体加入到含碳耐火材料中，通过氮气气氛保护下高温热处理，避免Al

先驱体的制备为：先驱体是核壳结构氧化锆@Al的复合粉体，首先将Al=在400-500℃预氧化30min，在Al表面形成致密的氧化铝层，实现表面改性的Al粉体；然后取1份Al粉体，10份去离子水，0.05份聚乙烯醇，通过超声分散形成Al的悬浊液A；1份ZrOCl

其特征在于：含碳耐火材料为氧化铝-石墨复合材料、氧化锆-石墨复合材料、氧化镁-石墨复合材料、镁铝尖晶石-石墨复合材料。

本发明提出的一种含Al复合含碳耐火材料的制备方法，利用氧化物对Al的完全包覆避免碳化铝的生成；利用金属铝的低温反应特性，在较低温度下与气氛中的氮、氧结合生成含铝的化化物，在碳结合的基础上增加陶瓷结合相；采用该方法制成的材料不仅能够改善材料发生氧化后强度低的特点，而且还能够提高材料的高温性能，改善材料的抗钢水冲刷性。

具体实施方式

结合具体实施例对本发明加以详细说明：

实施例1：

将Al在400℃预氧化30min，在Al表面形成致密的氧化铝层，实现表面改性；然后取1份该粉体，10份去离子水，0.05份聚乙烯醇，通过超声分散形成Al的悬浊液A；1份ZrOCl2·8H2O，10份去离子水，2份柠檬酸，通过强力搅拌形成溶液B；将1份A缓慢加入到1份B中，并强力搅拌，然后用0.1mol/l的氨水调节溶液PH值至9.5，移至反应釜中，150℃水热反应24小时；取出反应产物喷雾干燥，然后450℃再热处理1h得到核壳结构氧化锆@Al的复合粉体。

以氧化铝和石墨为主要原料，其中氧化铝含量87wt%，石墨含量10wt%，并添加3wt%核壳结构氧化锆@Al的复合粉体，以液体酚醛树脂作为结合剂，经高速混料机混练和120MPa等静压成型，最后在气氛保护处理炉中进行热处理，热处理后氧化铝-石墨复合材料中有AlN和Al

实施例2：

将Al在500℃预氧化30min，在Al表面形成致密的氧化铝层，实现表面改性；然后取1份该粉体，10份去离子水，0.05份聚乙烯醇，通过超声分散形成Al的悬浊液A；1份ZrOCl2·8H2O，10份去离子水，2份柠檬酸，通过强力搅拌形成溶液B；将1份A缓慢加入到5份B中，并强力搅拌，然后用0.1mol/l的氨水调节溶液PH值至9.5，移至反应釜中，150℃水热反应24小时；取出反应产物喷雾干燥，然后450℃再热处理1h得到核壳结构氧化锆@Al的复合粉体。

以镁铝尖晶石和石墨为主要原料，其中镁铝尖晶石含量78wt%，石墨含量10wt%，并添加12wt%核壳结构氧化锆@Al的复合粉体，以液体酚醛树脂作为结合剂，经高速混料机混练和120MPa等静压成型，最后在气氛保护处理炉中进行热处理，热处理后镁铝尖晶石-石墨复合材料中有AlN、Al

实施例3：

将Al在500℃预氧化30min，在Al表面形成致密的氧化铝层，实现表面改性；然后取1份该粉体，10份去离子水，0.05份聚乙烯醇，通过超声分散形成Al的悬浊液A；1份ZrOCl

以电熔镁砂和石墨为主要原料，其中镁砂含量82wt%，石墨含量10wt%，并添加8wt%核壳结构氧化锆@Al的复合粉体，以液体酚醛树脂作为结合剂，经高速混料机混练和120MPa等静压成型，最后在气氛保护处理炉中进行热处理，热处理后氧化镁-石墨复合材料中有AlN、Al

实施例4：

将Al在500℃预氧化30min，在Al表面形成致密的氧化铝层，实现表面改性；然后取1份该粉体，10份去离子水，0.05份聚乙烯醇，通过超声分散形成Al的悬浊液A；1份ZrOCl

以电熔氧化锆和石墨为主要原料，其中氧化锆含量82wt%，石墨含量10wt%，并添加8wt%核壳结构氧化锆@Al的复合粉体，以液体酚醛树脂作为结合剂，经高速混料机混练和120MPa等静压成型，最后在气氛保护处理炉中进行热处理，热处理后氧化锆-石墨复合材料中有AlN、Al