(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201711287516.9
(22)申请日 2017.12.07
(71)申请人 武汉科技大学
地址 430081 湖北省武汉市青山区和平大
道947号
(72)发明人 顾华志 杨爽 黄奥 张美杰
(74)专利代理机构 武汉科皓知识产权代理事务
所(特殊普通合伙) 42222
代理人 张火春
(51)Int.Cl.
C04B 35/565(2006.01)
C04B 35/622(2006.01)
(54)发明名称一种原生电磁场SiC-ZnO复合材料及其制备方法(57)摘要本发明涉及一种原生电磁场SiC-ZnO复合材料及其制备方法。其技术方案是：以40～60wt％的碳化硅颗粒、0～10wt％的碳化硅细粉和30～60wt％的热电氧化物粉体为原料，外加所述原料5～10wt％的粘结剂，混练，机压成型，干燥，即 得干燥后的坯体；然后将干燥后的坯体置于高温炉中，以25～35℃/h的速率升温至1200～1600℃，保温8～10h，制得原生电磁场SiC-ZnO复合材料。本发明所制备的原生电磁场SiC-ZnO复合材料高温力学性能优异、热震稳定性及热电性能好，并能利用在服役过程中的温差原位产生电磁场，减少工作层对钢水的污染，
提升钢铁质量。权利要求书1页 说明书4页CN 107879744 A 2018.04.06
C N 107879744
A
1.一种原生电磁场SiC-ZnO复合材料的制备方法，其特征在于以40～60wt％的碳化硅颗粒、0～10wt％的碳化硅细粉和30～60wt％的热电氧化物粉体为原料，外加所述原料5～10wt％的粘结剂，混练，机压成型，干燥，即得干燥后的坯体；将干燥后的坯体置于高温炉中，以25～35℃/h的速率升温至1200～1600℃，保温8～10h，制得原生电磁场SiC-ZnO复合材料。
2.根据权利要求1所述的原生电磁场SiC-ZnO复合材料的制备方法，其特征在于所述碳化硅颗粒的纯度≥99wt％，碳化硅颗粒的粒径为0.088～1mm。
3.根据权利要求1所述的原生电磁场SiC-ZnO复合材料的制备方法，其特征在于所述碳化硅细粉的纯度≥9
9wt％，碳化硅细粉的粒径≤0.088mm。
4.根据权利要求1所述的原生电磁场SiC-ZnO复合材料的制备方法，其特征在于所述热电氧化物粉体为氧化锌和或为掺杂氧化锌；所述掺杂氧化锌的掺杂元素为Al、Ga、Ni和In中的一种；所述热电氧化物粉体的纯度≥99wt％，粒径≤5μm。
5.根据权利要求1所述的原生电磁场SiC-ZnO复合材料的制备方法，其特征在于所述粘结剂为聚乙烯醇、石蜡和糊精中的一种。
6.根据权利要求1所述的原生电磁场SiC-ZnO复合材料的制备方法，其特征在于所述机压成型的压强为100～200MPa。
7.一种原生电磁场SiC-ZnO复合材料，其特征在于所述原生电磁场SiC-ZnO复合材料是根据权利要求1～6项中任一项所述原生电磁场SiC-ZnO复合材料的制备方法所述制备的原生电磁场SiC-ZnO复合材料。
权 利 要 求 书1/1页CN 107879744 A
一种原生电磁场SiC-ZnO复合材料及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于SiC-ZnO复合材料技术领域。具体涉及一种原生电磁场SiC-ZnO复合材料及其制备方法。
背景技术
[0002]钢铁生产中，钢渣不可避免地与二次精炼炉以及浇钢系统的水口、塞棒、滑板等耐火材料接触。在这些过程中，钢渣对耐火材料的作用主要包括两个方面：由于钢水的冲刷、剥落造成耐火材料整块的落入融钢中，形成尺寸较大的外来夹杂；耐火材料的组成元素溶解到熔融钢铁中，包括耐火材料的构成氧化物或氮化物、碳及各种结合剂与添加剂。因此，耐火材料的剥落与蚀损产生非金属杂质成为制约钢铁品质的重要污染源，为了应对耐火材料苛刻的服役环境，多种新型耐火材料被开发。“一种六铝酸钙轻质耐火材料及其制备方法”(CN201710117068.1)以氧化铝微粉和石灰石为原料制备六铝酸钙轻质耐火材料，有效降低了耐火材料的体积密度和热导率。“一种刚玉-尖晶石轻量耐火材料及其制备方法”(CN201610172544.5)以镁砂和碳为反应源，制备了烧成温度低、气孔率可调的刚玉-尖晶石轻量耐火材料，虽然该耐火材料的抗渗透和侵蚀性能有所改善，但从钢厂的实际应用情况来看，高品质钢的质量控制仍然难以实现。目前仅靠提升耐火材料自身性能的技术，很难消除耐火材料引入的杂质对高品质钢的影响。
发明内容
[0003]本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种原生电磁场SiC-ZnO复合材料的制备方法，用该方法制备的原生电磁场SiC-ZnO复合材料具有良好的高温力学性能，并能利用服役过程中的温差原位产生电磁场，改善工作层与钢渣的界面作用，减少工作层对钢水的污染，提升钢铁质量。
[0004]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：以40～60wt％的碳化硅颗粒、0～10wt％的碳化硅细粉和30～60wt％的热电氧化物粉体为原料，外加所述原料5～10wt％的粘结剂，混练，机压成型，干燥，即得干燥后的坯体；将干燥后的坯体置于高温炉中，以25～35℃/h的速率升温至1200～1600℃，保温8～10h，制得原生电磁场SiC-ZnO复合材料。[0005]所述碳化硅颗粒的纯度≥99wt％，碳化硅颗粒的粒径为0.088～1mm。
[0006]所述碳化硅细粉的纯度≥99wt％，碳化硅细粉的粒径≤0.088mm。
[0007]所述热电氧化物粉体为氧化锌和或为掺杂氧化锌；所述掺杂氧化锌的掺杂元素为Al、Ga、Ni和In中的一种；所述热电氧化物粉体的纯度≥99wt％，粒径≤5μm。
[0008]所述粘结剂为聚乙烯醇、石蜡和糊精中的一种。
[0009]所述机压成型的压强为100～200MPa。
[0010]由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
[0011](1)由于碳化硅不仅具有良好的耐腐蚀及高温力学性能，且具有较高的塞贝克系数；故本发明在氧化锌中添加SiC，不仅用于材料机械性能的增强，且利用其有较好的热电
应用潜力，使所制备的原生电磁场SiC-ZnO复合材料具有优良的抗热震和热电性能。[0012](2)将本发明制备的原生电磁场SiC-ZnO复合材料用于钢包工作衬背面，利用炉内热量向钢包或精炼炉等炉体外壳传递产生的温度梯度，即利用其温差能原位产生电磁场，不需要借助外部辅助产生电磁场，具有节能、环保优点。
[0013](3)本发明通过原位产生的电磁场改变钢包或精炼炉的工作层与钢渣的界面环境，显著改善所述工作层与钢渣的界面作用，提高了工作层耐火材料的使用寿命，减少了钢水的污染。
[0014]本发明制备的原生电磁场SiC-ZnO复合材料经检测：体积密度为2.5～4.0g/cm3；耐压强度为255～290MPa；塞贝克系数为-185～-155μV/℃。
[0015]因此，本发明所制备的原生电磁场SiC-ZnO复合材料具有高温力学性能优异、热震稳定性及热电性能好，并能利用在服役过程中的温差原位产生电磁场，改善工作层与钢渣的界面作用，减少工作层对钢水的污染，提升钢铁质量。
具体实施方式
[0016]以下结合具体实施方式对本发明做进一步阐述，本发明并不局限于下述实施例。[0017]为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的技术参数统一描述如下，实施例不再赘述：
[0018]所述碳化硅颗粒的纯度≥99wt％，碳化硅颗粒的粒径为0.088～1mm。
[0019]所述碳化硅细粉的纯度≥99wt％，碳化硅细粉的粒径≤0.088mm。
[0020]所述热电氧化物粉体的纯度≥99wt％，粒径≤5μm
[0021]所述机压成型的压强为100～200MPa。
[0022]实施例1
[0023]一种原生电磁场SiC-ZnO复合材料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：[0024]以40～45wt％的碳化硅颗粒和55～60wt％的热电氧化物粉体为原料，外加所述原料5～8wt％的粘结剂，混练，机压成型，干燥，即得干燥后的坯体；将干燥后的坯体置于高温炉中，以25～35℃/h的速率升温至1200～1400℃，保温8～10h，制得原生电磁场SiC-ZnO复合材料。
[0025]所述热电氧化物粉体为氧化锌。
[0026]所述粘结剂为聚乙烯醇。
[0027]本实施例制备的原生电磁场SiC-ZnO复合材料经检测：体积密度为3.7～4.0g/ cm3；耐压强度为255～265MPa；塞贝克系数为-185～-180μV/℃。
[0028]实施例2
[0029]一种原生电磁场SiC-ZnO复合材料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：[0030]以44～49wt％的碳化硅颗粒、1～4wt％的碳化硅细粉和47～55wt％的热电氧化物粉体为原料，外加所述原料5.5～8.5wt％的粘结剂，混练，机压成型，干燥，即得干燥后的坯体；将干燥后的坯体置于高温炉中，以25～35℃/h的速率升温至1250～1450℃，保温8～10h，制得原生电磁场SiC-ZnO复合材料。
[0031]所述热电氧化物粉体为掺杂氧化锌；所述掺杂氧化锌的掺杂元素为Al。
[0032]所述粘结剂为石蜡。
[0033]本实施例制备的原生电磁场SiC-ZnO复合材料经检测：体积密度为3.4～3.8g/ cm3；耐压强度为260～272MPa；塞贝克系数为-182～-176μV/℃。
[0034]实施例3
[0035]一种原生电磁场SiC-ZnO复合材料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：[0036]以48～53wt
％的碳化硅颗粒、2～6wt％的碳化硅细粉和41～50wt％的热电氧化物粉体为原料，外加所述原料6～9wt％的粘结剂，混练，机压成型，干燥，即得干燥后的坯体；将干燥后的坯体置于高温炉中，以25～35℃/h的速率升温至1300～1500℃，保温8～10h，制得原生电磁场SiC-ZnO复合材料。
[0037]所述热电氧化物粉体为掺杂氧化锌；所述掺杂氧化锌的掺杂元素为Ga。
[0038]所述粘结剂为糊精。
[0039]本实施例制备的原生电磁场SiC-ZnO复合材料经检测：体积密度为3.2～3.6g/ cm3；耐压强度为266～278MPa；塞贝克系数为-178～-171μV/℃。
[0040]实施例4
[0041]一种原生电磁场SiC-ZnO复合材料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：[0042]以52～57wt％的碳化硅颗粒、4～8wt％的碳化硅细粉和35～44wt％的热电氧化物粉体为原料，外加所述原料6.5～9.5wt％的粘结剂，混练，机压成型，干燥，即得干燥后的坯体；将干燥后的坯体置于高温炉中，以25～35℃/h的速率升温至1350～1550℃，保温8～10h，制得原生电磁场SiC-ZnO复合材料。
[0043]所述热电氧化物粉体为掺杂氧化锌；所述掺杂氧化锌的掺杂元素为Ni。
[0044]所述粘结剂为聚乙烯醇。
[0045]本实施例制备的原生电磁场SiC-ZnO复合材料经检测：体积密度为2.8～3.3g/ cm3；耐压强度为272～284MPa；塞贝克系数为-174～-165μV/℃。
[0046]实施例5
[0047]一种原生电磁场SiC-ZnO复合材料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：[0048]以56～60wt％的碳化硅颗粒、6～10wt％的碳化硅细粉和30～38wt％的热电氧化物粉体为原料，外加所述原料7～10wt％的粘结剂，混练，机压成型，干燥，即得干燥后的坯体；将干燥后的坯体置于高温炉中，以25～35℃/h的速率升温至1400～1600℃，保温8～10h，制得原生电磁场SiC-ZnO复合材料。
[0049]所述热电氧化物粉体为掺杂氧化锌；所述掺杂氧化锌的掺杂元素为In。
[0050]所述粘结剂为糊精。
[0051]本实施例制备的原生电磁场SiC-ZnO复合材料经检测：体积密度为2.5～3.0g/ cm3；耐压强度为278～290MPa；塞贝克系数为-168～-155μV/℃。
[0052]本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
[0053](1)由于碳化硅不仅具有良好的耐腐蚀及高温力学性能，且具有较高的塞贝克系数；故本具体实施
方式在氧化锌中添加SiC，不仅用于材料机械性能的增强，且利用其有较好的热电应用潜力，使所制备的原生电磁场SiC-ZnO复合材料具有优良的抗热震和热电性能。
[0054](2)将本具体实施方式制备的原生电磁场SiC-ZnO复合材料用于钢包工作衬背面，利用炉内热量向钢包或精炼炉等炉体外壳传递产生的温度梯度，即利用其温差能原位产生
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