專利名稱：一種含碳耐火材料的膠態成型制備方法
技術領域：
本發明屬于含碳耐火材料技術領域，提供了一種含碳耐火材料的膠態成型制備方法，實用于制備含碳氧化鎂和含碳氧化鋁耐火材料。
背景技術：
含碳耐火材料是一種優質高溫材料，具有耐熱震性能好、高溫強度高、抗渣性強等特性，它占據著鋼鐵冶金用耐火材料的主導地位。
目前含碳耐火材料所采用的成型方法為干壓成型法。由于含碳耐火材料應用條件比較苛刻，巨大的熱效應易使制品發生熱剝離損傷和損壞，所以工業上迫切需要這類耐火材質中含碳量增高且分布均勻以改善制品的導熱性和抗熱震性，但是由于碳素材料難以與其他顆粒均勻混合，以及傳統成型工藝使坯料中石墨加入量受到嚴重限制；另一方面，當含碳量增大時因為泥料臨界顆粒小，傳統的成型方法就比較困難，必須在極苛刻的條件下操作且成本高。這些都限制了含碳耐火材料工業的發展。
因為坯體的形狀對燒成制品的性能有決定性的作用，長期的生產實踐證明，為了獲得低氣孔率、化學成分和礦物結構均勻、強度高和抗侵蝕能力強的耐火制品，其主要控制因素在于成型工藝。我們用膠態成型方法制備含碳耐火材料和傳統干壓成型方法相比，坯體密度雖然低些，但燒成后制品密度與強度卻高于后者，而且使耐材的抗堿性和抗氧化能力有所提高。這主要是因為加入了合適的分散劑，降低了其表面張力，有利于氣體的排出。此法能夠克服傳統干壓成型技術的缺陷，操作簡便，經濟可行，為耐火材料工業的發展起到積極的推動作用。
國際上關于碳質材料膠態成型工藝的發明專利(根據國際聯機檢索和國內聯機對33個有關數據庫檢索，其中包含相關技術專利數據庫6個)，目前僅為西班牙人Corral Martinez Paz在碳-莫來石和碳-高嶺土懸浮物制備上有兩項專利報道1)專利號ES2025982，其內容通過添加有機懸浮劑制備及獲得均質可氮化莫來石-碳的混合懸浮物，并預期用此混合懸浮物經碳熱還原氮化CRN方法可得到氧氮化物粉體(如Sialon)；2)專利號ES2025981，其內容通過添加有機懸浮劑制備及獲得均質可氮化高嶺土-碳的混合懸浮物，并預期用此混合懸浮物經碳熱還原氮化CRN方法可得到氧氮化物粉體(如Sialon)。
目前，國內所申報有關陶瓷膠態成型工藝，主要是非碳系列結構陶瓷原料，如氧化鋁、碳化硅等結構陶瓷，如發明專利01132070.2與00124980.0。從使用效果來看，這些氧化物和非氧化物陶瓷經膠態成型工藝后，坯體和制品的致密度與機械性能明顯得到改善。
因此，我們所發明的碳-氧化鎂和碳-氧化鋁耐火原料的膠態成型技術，目前尚未見國內外相關專利的報道。
發明內容
本發明的目的在于解決目前含碳耐火材料成形困難的問題，提出一種適用于含碳耐火材料的膠態成型技術，實現成型各種復雜形狀和不同大小尺寸的含碳耐火材料坯體。
膠態成型工藝(colloidal processing)的基本原理在于引入適量的分散劑。原料為石墨粉30～35重量％，鎂砂細粉(或氧化鋁)65～70重量％，將石墨粉和鎂砂粉混合，加入0.60～0.80重量％分散劑。利用水溶性有機體的有機-無機官能團，將彼此分割的多相或單相無機物連接起來，成為懸浮體，控制一定粘度和等電點，使其達到均勻分散的目的。
利用膠態成型技術制備含碳耐火材料包括以下各步驟1)制備石膏模板，把石膏粉與水按重量0.9∶1.1～1∶1的配比混合，攪拌，涼干烘干，再分別用粗細砂紙打磨。
2)測量電位氧化鎂、氧化鋁和石墨粉Zeta電位的測定，測量方法為電泳光散射法，測試溫度為20～30℃。
3)漿料制備將酒精、分散劑、氧化鎂粉(或氧化鋁粉)及碳粉放入球磨筒中進行球磨11～13小時。
4)烘干球磨好的原料，加入一定量的水，通過加入醋酸和氨水控制pH值5～8.5，用電動攪拌器和超聲震動機來分散和打開團聚。
5)將漿料倒入模具中，自然固化24～48小時后，放入干燥箱，干燥箱內溫度為35～45℃。
6)脫模，脫模后的坯體試樣干燥20～30小時，再進行燒結。
本發明提出的方法具有如下優點
1)可成型各種復雜形狀和不同大小尺寸的含碳耐火材料坯體。
2)有機物添加劑量少，制品氣孔小，且對環境污染小。
3)成型的制品致密度高，表面硬度高。
4)工藝簡單易操作，成本低，可適用于大規模工業生產。
圖1是本發明成型方法的工藝流程圖。
具體實施例方式
以下通過對實施例的描述來介紹本發明的具體實施方式
。
例1原料為石墨粉30重量％，來源于河南華宇耐火材料集團；鎂砂細粉70重量％，來源于河南洛陽耐火材料廠。
將石墨粉和鎂砂粉混合，加入0.60重量％分散劑，球磨12小時后烘干，控制固相體積分數為50％，經醋酸控制pH值在5-7范圍，利用電動攪拌機攪拌2小時后，置于超聲波分散器分散1小時，倒入模具中固化、脫模、干燥、燒結。最終制品的體積密度可達2.83g/cm3。
例2原料為石墨粉30重量％，來源于河南華宇耐火材料集團；氧化鋁粉重量70％，來源于北京科技大學。
將石墨粉和氧化鋁粉混合，加入0.80重量％分散劑，球磨12個小時后烘干，控制固相體積分數為55％，利用氨水控制值在7.5-8.5范圍，利用電動攪拌機攪拌2小時后，置于超聲波分散器分散1小時，然后倒入模具中固化、脫模、干燥、燒結。最終制品的體積密度可達2.26g/cm3。
權利要求
1.一種含碳耐火材料的膠態成型制備方法，其特征在于原料為石墨粉30～35重量％，鎂砂細粉65～70重量％，將石墨粉和鎂砂粉混合，加入0.60～0.80重量％分散劑；引入分散劑，利用水溶性有機體的有機-無機官能團，將彼此分割的多相或單相無機物連接起來，成為懸浮體，控制粘度和等電點，使其達到均勻分散；具體步驟如下利用膠態成型技術制備含碳耐火材料包括以下各步驟a、制備石膏模板將石膏粉與水按重量0.9∶1.1～1∶1的配比混合，攪拌，涼干烘干，再分別用粗細砂紙打磨；b、測量電位氧化鎂、氧化鋁和石墨粉Zeta電位的測定，測量方法為電泳光散射法，測試溫度為20～30℃。c、漿料制備將酒精、分散劑、氧化鎂粉或氧化鋁粉、碳粉放入球磨筒中進行球磨11～13小時；d、烘干球磨好的原料，加入水，通過加入醋酸和氨水控制pH值5～8.5，用電動攪拌器和超聲震動機來分散和打開團聚；e、將漿料倒入模具中，自然固化24～48小時后，放入干燥箱，干燥箱內溫度為35～45℃。f、脫模，脫模后的坯體試樣干燥20～30小時，再進行燒結。
2.按照權利要求1所述的含碳耐火材料的膠態成型制備方法，其特征在于原料中的鎂砂可以用氧化鋁代替。
全文摘要
本發明提供了一種含碳耐火材料的膠態成型制備方法，原料為石墨粉30～35重量％，鎂砂細粉(或氧化鋁)65～70重量％，將石墨粉和鎂砂粉混合，加入0.60～0.80重量％分散劑。利用水溶性有機體的有機－無機官能團，將彼此分割的多相或單相無機物連接起來，成為懸浮體，控制一定粘度和等電點，包括以下各步驟制備石膏模板，測量電位，漿料制備，烘干球磨好的原料，將漿料倒入模具中自然固化、干燥，脫模，脫模后進行燒結。本發明的優點在于可成型各種復雜形狀和不同大小尺寸的含碳耐火材料坯體。制品氣孔小，致密度高，表面硬度高，且對環境污染小，工藝簡單易操作。
文檔編號C04B35/622GK1522988SQ0315704
公開日2004年8月25日 申請日期2003年9月12日 優先權日2003年9月12日
發明者徐利華, 成志飛, 王體壯, 連芳 申請人:北京科技大學