一种碳纤维窑具配方，按重量计包括基料50~80份、碳纤维0.1~20份、烧结助剂0.1~8份、碳纤维助剂0.1~5份、粘结剂1~10份、分散剂0.1~4份；所述基料为莫来石、堇青石、刚玉、碳化硅、氮化硅中的一种或多种。还提供了利用上述配方制备窑具的方法，制备出的窑具具有导热高，强度大，抗热变形，抗热震性，抗氧化性，耐磨，使用寿命长的优势。长的优势。
【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维窑具的制备配方及制备工艺
[0001]本专利技术涉及陶瓷窑具
，具体涉及一种碳纤维窑具的制备配方及制备工艺。
技术介绍
[0002]发泡陶瓷是一种新型无机建筑材料，具有轻质、保温、隔热、变形系数小、强度高、防水防潮、防火阻燃、抗老化、性能稳定、生态环保性好、与墙基层和抹面层相容性好、安全稳固性好、使用寿命长的特点，其烧结温度在800
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1400℃以内。制造发泡陶瓷需要用到棚板、围板、方梁和横梁等多种窑具，目前，现有的发泡陶瓷烧结窑具存在许多问题，比如：1、由于棚板和围板导热性较低，在发泡陶瓷烧结时与棚板、围板接触面传热过慢，引起温度差异，导致烧制的发泡陶瓷结构稳定性差，烧结不均一；2、棚板和围板在极冷极热环境；转换，同时长时间在高温环境下作业，因窑具本身热膨胀，抗热震性，抗热蠕变性能不足，均会导致变形；3、作为主要重量支撑和高温气流导流结构，方梁和横梁以目前的材料制备，结构强度不够，致密性不足，极易被氧化，容易导致断裂现象发生；4、目前大多数碳化硅窑具使用寿命较低，使用周转次数基本都在1000次以下，部分碳化硅窑具使用次数仅在300
‑
500次左右。
[0003]有研究表明，窑具的使用寿命与其材料所形成的晶界结构有关，其原理在于杂乱的晶界结构能够抑制裂纹的拓展，从而在宏观上提高窑具的强度。以碳化硅和氮化硅为例，虽然形成晶界后结构强度大，但是制备困难；在不添加助剂的情况下，至少需要2000℃以上的烧结温度，同时还需要保证一定的热压条件；而采用其他烧结方式，难以实现产业化。目前，行业内大多采用无压烧结方式来制备相关的窑具，改进的方向大多集中在如何尽可能的降低烧结温度。而采用莫来石、堇青石、刚玉等材料虽然晶界形成较简单，但是制成产品后，即便这些基料交联形成了晶界，各方面性能也还存在一定不足，比如高温抗氧化性能、高温抗弯曲强度（抗折强度）、高温抗变形性、抗热震性，显气孔率等，还不能满足要求。
[0004]本技术采用的是液相烧结的方法，液相烧结的烧结机理是以一定数量的多元低共氧化物为烧结助剂，加入稀土元素，在高温下烧结助剂形成共熔液相，使体系的传质方式由扩散传质变为粘性流动，降低了致密化所需能量和烧结温度。且固熔体的形成引起晶格缺陷，形成自由焓。以碳化硅烧结为例子，由于碳化硅烧结温度较高，在高温下碳化硅及其晶格振动更容易，故自由焓随温度的升高而显著增大，大大增加碳化硅内部空位，活化碳化硅烧结度。固熔体能提高烧结体致密化速率，降低晶粒粗化速率。液相烧结首先导致了材料在结构上的变化晶粒细小均匀呈等轴晶状，同时由于晶界液相的引入和独特的界面结合弱化，材料的断裂也变为完全的沿晶断裂模式,结果使材料的强度和韧性显著提高。使用硝酸铝和硝酸钇可以有效降低烧结温度，而铝和镁又能够形成固溶体防止晶体生长过快，同时加入硝酸铝和硝酸钇能够有效提高致密度，对比现有技术采用该体系烧结助剂时在不加入碳化硅微粉时也能够达到加入碳化硅微粉烧结出的致密性效果。加入适量的氟化钇，不仅
能够增加致密性，还能够提高热导率，众多烧结助剂均能够液化形成第二相促进烧结。加入短切碳纤维，对各种窑具能够起到传递作用，界面层需要具备一定的强度，将载荷由基体传递至增强相碳纤维。同时还能够隔离，在高温或者有氧环境下，界面层可以抑制基体和纤维之间发生原子扩散反应导致的结合强度增加，从而保持材料优异的韧性。碳纤维在较高温度下石墨化，减缓和避免纤维在制备过程中因高温或化学反应引起的损伤。其中尤为重要的是应力缓释作用，裂纹由基体传递至界面层时，在界面处或者界面层内部以扩散的方式发生偏转，每一基体裂纹产生大量更细小的裂纹，拓展了裂纹传递的途径，有利于应力的释放，阻止裂纹向碳纤维内部扩展，提升强度和韧性。但是要保证碳纤维能够均匀存在于基料中且对结构强度没有负影响，则需要使用一定长度范围内的短切碳纤维，在原料中加入水性环氧树脂和硼酸则能够起到增加短切碳纤维混料时的均匀化和抗氧化性能。
[0005]因此本申请旨在提供一种发泡陶瓷用短切碳纤维窑具的制备配方及生产工艺，解决现有的窑具强度不够，热导率低，使用寿命短的问题。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的是提供一种碳纤维窑具的制备配方及制备工艺，采用该配方和工艺可以生产出强度高、耐高温、耐磨损的窑具产品，且生产工艺简单，生产成本低。
[0007]本专利技术的技术方案是：一种碳纤维窑具配方，按重量计包括基料50~80份、碳纤维0.1~20份、烧结助剂0.1~8份、碳纤维助剂0.1~5份、粘结剂1~10份、分散剂0.1~4份；所述基料为莫来石、堇青石、刚玉、碳化硅、氮化硅中的一种或多种。配方中碳纤维为加强料，通过基料与加强料的相互作用，基料可形成晶界，保持整体结构性，高密度，高强度高导热。
[0008]进一步的，配方中加入的基料粒径为10~50μm，热导率为10~100 W/mK，热膨胀系数为1~10
×
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‑6。控制基料的热导率有利于控制最终成品的热导率。
[0009]进一步的，所述碳纤维为1~100mm长度的短切碳纤维，直径在5~10mm以内，热导率为100~700W/mK，热膨胀系数为（
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1）~5
×
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6，所述碳纤维还包括耐火坩埚烧制的碳纤维副产物。
[0010]进一步的，所述烧结助剂包括铝化合物、镁化合物和稀土材料，所述铝化合物包括氧化铝、硝酸铝中的一种或多种；所述镁化合物为氧化镁、硝酸镁中的一种或多种；所述稀土材料为硝酸钇、氧化钇、氧化镧、氟化钇中的一种或多种。
[0011]进一步的，所述碳纤维助剂包括硼酸、氮化硼、氮化铝中的一种或多种。
[0012]进一步的，粘结剂为水性环氧树脂、水性酚醛树脂中的一种或多种。
[0013]本专利技术的配方中以莫来石、堇青石、刚玉、碳化硅、氮化硅其中的一种或多种物料为主要基料，以短切碳纤维为加强料，通过基料与加强料的相互作用，基料可形成晶界，保持整体结构性，高密度，高强度高导热，加强料的各向异性结合与基料的差异性，在结构中交织连接，其导热和强度远远大于基料，同时其热收缩性能够有效保证应力的吸收和抗高温变形能力，但是短切碳纤维成本高，抗氧化性不足，因此又加入硼酸等碳纤维助剂提高碳纤维的高温抗氧化性能，还加入水性环氧树脂增强碳纤维硬度保证混料时减少碳纤维断裂，并能够起到粘结剂的作用。本专利技术采用常压烧结，烧结温度较低，且烧结后致密性高，对基料颗粒配级较低，无需加入纳米微粉，原因是采取五元甚至更高的烧结助剂体系，硝酸铝和硝酸钇降低烧结温度，铝和镁同时又能形成固溶体，其中氟化钇还能够增加导热，所有烧
结助剂均能够最大程度增加致密性。
[0014]本专利技术还提供一种利用上述配方生产窑具的工艺，包括以下步骤：第一步，根据所述配方分别称量出相应重量的原料，若基料为混合物，则先将基料混合，并与配方中的其它原料分开保存备用；第二步，依次向搅拌罐中加入基料总量的一半，加入全部碳纤维，烧结助剂、碳纤维助剂，并以30~2本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种碳纤维窑具配方，其特征在于：按重量计包括基料50~80份、碳纤维0.1~20份、烧结助剂0.1~8份、碳纤维助剂0.1~5份、粘结剂1~10份、分散剂0.1~4份；所述基料为莫来石、堇青石、刚玉、碳化硅、氮化硅中的一种或多种。2.如权利要求1所述的配方，其特征在于：所基料粒径为10~50μm，热导率为10~100 W/mK，热膨胀系数为1~10
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‑6。3.如权利要求1所述的配方，其特征在于：所述碳纤维为1~100mm长度，直径在5~22mm的短切碳纤维，热导率为100~700W/mK，热膨胀系数为（
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1）~5
×
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‑6。4.如权利要求1所述的配方，其特征在于：所述碳纤维为从碳基复合材料加工过程副产物中分选的碳基纤维余物。5.如权利要求1所述的配方，其特征在于：所述烧结助剂包括铝化合物、镁化合物和稀土材料，所述铝化合物为氧化铝、硝酸铝中的一种或多种；所述镁化合物为氧化镁、硝酸镁中的一种或多种；所述稀土材料为硝酸钇、氧化钇、氧化镧、氟化钇中的一种或多种。6.如权利要求1所述的配方，其特征在于：所述碳纤维助剂为硼酸、硼砂、硼镁石、氮化硼、氮化铝中的一种或多种。7.如权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄强，卢丰玉，黄治齐，
申请(专利权)人：湖南国发控股有限公司，
类型：发明
国别省市：
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