SiC质耐火材料的免烧成制备与性能研究

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电解铝行业广泛应用的SiC/Si3N4耐火材料面临着成本高,工艺控制复杂等问题。本文主要研究碳化硅质耐火材料的免烧成技术(即碳化硅原料在成型和干燥后,通过应用环境的温度使材料实现自烧结),为碳化硅质耐火材料的低成本制造提供一种新的尝试。本文以不同粒级的碳化硅为原料,酚醛树脂为常温结合剂,氧化铝与氧化硼混合粉体为高温结合剂,通过350MPa双向加压成型,960℃(模拟应用环境温度)烧结来制备样品。考察了材料的密度,抗弯强度,抗氧化,抗热震,抗侵蚀等性能,通过XRD、SEM等来研究材料的物相组成及微观形貌。主要研究结果如下:1、经正交实验得出碳化硅的最佳颗粒级配(质量比)为1mm:0.3mm:45μm:5μm:1μm=45:18:24:4:9。当加入不同含量的高温结合剂氧化硼与氧化铝,经过350MPa双向加压成型和200℃×120min干燥处理后,材料的体积密度大约为2.57g·cm-3,强度在13~21MPa之间,已经满足搬运、砌筑等要求。2、经过960℃烧结后,材料的抗折强度随着结合剂含量增加逐渐升高,当结合剂含量为7.5%时试样的体积密度最大,为2.55g·cm-3,当结合剂含量为12.5%时材料的抗折强度最大,为19MPa。3、烧结后材料的主要物相为SiC, Al2O3, AI4B2O9。材料的微观组织均匀,碳化硅大颗粒与基质结合良好。随着结合剂含量的增加,材料的断裂方式由沿晶断裂逐渐转变为沿晶和穿晶混合断裂。4、经过5次高温热震之后,材料的抗折强度损失率随着结合剂含量的增加呈现逐渐增加趋势。结合剂含量为7.5%的材料在不同温度下热震后的强度损失率比较稳定,维持在25%,并且抗铝液侵蚀性能优异。各种配方的材料均呈现较好的抗氧化性,氧化曲线由低温下的直线型过渡到高温下的抛物线型。
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