本发明专利技术涉及一种制备O'-Sialon-Si3N4-SiC复合陶瓷粉末的方法。其技术方案是：先按SiO2与C的摩尔比为1︰(1~3)将碳素材料加入生物质电厂灰中，混合5~60分钟，再将混合后的原料压成坯体；然后将压成坯体放入气氛炉中，在氮气气氛和1530~1580℃条件下煅烧2~8小时，随炉自然冷却至室温，制得O'-Sialon-Si3N4-SiC复合陶瓷粉末。其中：氮气流量为0.05-0.25L/min；生物质电厂灰为生物质电厂入炉燃料燃烧后的产物，SiO2含量>60wt%；碳素材料中的C含量>90wt%，粒度<0.1mm，碳素材料为炭黑、活性炭、石墨和焦炭中的一种。本发明专利技术具有原料丰富、生产成本低、易于工业化生产和固体废弃物的综合利用的特点。
【技术实现步骤摘要】
—种制备o'-s i a I on-s i 3N4-S i C复合陶瓷粉末的方法
本专利技术属于复合陶瓷粉末
。具体涉及一种制备O’ -Sialon-Si3N4-SiC复合陶瓷粉末的方法。
技术介绍
生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，同时也是唯一可再生的碳源。生物质能通常用稻壳、秸杆和树皮等“绿色能源”作为燃料来发电。随着生物质电厂的发展，以稻壳、秸杆和薪材等生物质为原料进行发电将产生大量电厂灰，这种固体废弃物如不能进行资源化利用，将会对环境造成污染。生物质电厂灰的主要成分为SiO2和残余的碳以及Al、Fe、Ca、K、Mg等杂质元素。若能将其进行综合利用，形成生物质-发电-原材料循环经济产业链，将完全解决生物质能电厂废料的环境污染问题。由于生物质电厂灰的化学成分与稻壳灰有很大差异，含有的杂质元素较多，并不能简单地作还田处理，其高效综合利用已成为亟待解决的问题。Si3N4和SiC均为共价键性极强的化合物，有相似的物理和化学性能。O’ -Sialon是Si2N2O与Al2O3的固溶体，具有非常好的抗氧化能力和较低的热膨胀系数。在各单相Sialon陶瓷中，其抗氧化性能最佳，是一种很有前途的工程陶瓷材料。而采用化学原料合成的Sialon陶瓷粉体成本高，这使其工业化应用受到限制。Sialon-Si3N4-SiC复合材料性能均优于传统的Sialon和SiC材料，具有更高的强度和韧性以及更好的耐高温和抗腐蚀性能。因此，可用作金属冶炼用的耐火材料、建筑卫生用陶瓷、电瓷和各种磨具等，在各种高温、高腐蚀和高压力强度的条件下具有广阔的应用前景。目前已有以工业级Si3N4粉、FeSi75合金粉、Al2O3微粉和SiC颗粒等为原料，通过氮化反应烧结制备Sialon-Si3N4-SiC复相耐磨材料的报道。但是采用的原料SiC和Si3N4均由高温冶炼制得，其工艺复杂、生产耗能和成本高。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种原料丰富、固体废弃物综合利用、成本低、工艺简单和易于工业化生产的制备O’ -Sialon-Si3N4-SiC复合陶瓷粉末的方法。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是:先按SiO2与C的摩尔比为1:(I~3)将碳素材料加入生物质电厂灰中，混合5~60分钟，再将混合后的原料压成坯体；然后将压成坯体放入气氛炉中，在氮气气氛和1530~1580°C条件下煅烧2~8小时，随炉自然冷却至室温，制得O’ -Sialon-Si3N4-SiC复合陶瓷粉末。其中，氮气流量为0.05~0.25L/min。所述的生物质电厂灰为生物质电厂入炉燃料燃烧后的产物，生物质电厂灰中的SiO2含量>60wt% ;所述燃料为稻壳、薪材和稻杆。所述的碳素材料中的C含量>90wt%，粒度〈0.1mm ;碳素材料为炭黑、活性炭、石墨和焦炭中的一种。由于采用上述技术方案，本专利技术所采用的生物质电厂灰和碳素材料来源广泛，合成的复合陶瓷粉末中O’ -SialoruSi3N4和SiC物相由原料经过碳热还原氮化反应生成,原料中的杂质元素Fe转化为Fe3Si,或有少量的碳残留，充分利用了生物质电厂灰的化学组分，为高性能陶瓷材料的制备提供了优良的原料。本专利技术实现了工业废弃物-生物质电厂灰的综合利用，采用的原料并非高温冶炼制得的SiC和Si3N4，故工艺简单、生产耗能小，不仅能够降低O’ -Sialon-Si3N4-SiC复合陶瓷材料的生产成本,且能促使生物质-发电-原材料的循环经济产业链的形成。因此，本专利技术具有原料丰富、生产成本低、易于工业化生产和固体废弃物的综合利用的特点。【附图说明】图1为本专利技术制备的一种O’ -Sialon-Si3N4-SiC复合陶瓷粉末XRD图谱。【具体实施方式】 下面结合【具体实施方式】对本专利技术作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。本【具体实施方式】中:所述的生物质电厂灰为生物质电厂入炉燃料燃烧后的产物，燃料为稻壳、薪材和秸杆。实施例中不再赘述。实施例1一种制备O’ -Sialon-Si3N4-SiC复合陶瓷粉末的方法。先按SiO2与C的摩尔比为1: (2~3)将碳素材料加入生物质电厂灰中，混合5~45分钟，再将混合后的原料压成坯体；然后将压成的坯体放入气氛炉中，在氮气气氛和1530~1550°C条件下煅烧3~6小时，随炉自然冷却至室温，制得O’ -Sialon-Si3N4-SiC复合陶瓷粉末。本实施例中:所述氮气流量为0.05~0.15L/min ;生物质电厂灰的SiO2含量大于65wt% ;所述碳素材料为炭黑,炭黑中的C含量大于99wt%,粒度小于20 μ m。实施例2一种制备O’ -Sialon-Si3N4-SiC复合陶瓷粉末的方法。先按SiO2与C的摩尔比为1: (I~2)将碳素材料加入生物质电厂灰中，混合10~50分钟，再将混合后的原料压成坯体；然后将压成坯体放入气氛炉中，在氮气气氛和1550~1580°C条件下煅烧2~5小时，随炉自然冷却至室温，制得O’ -Sialon-Si3N4-SiC复合陶瓷粉末。本实施例所述氮气流量为0.10~0.20L/min ;生物质电厂灰的SiO2含量大于60wt% ;所述碳素材料为活性炭，活性炭纯度大于99%，粒度小于100 μ m。实施例3一种制备O’ -Sialon-Si3N4-SiC复合陶瓷粉末的方法。先按SiO2与C的摩尔比为1: (2~3)将碳素材料加入生物质电厂灰中，混合15~55分钟，再将混合后的原料压成坯体；然后将压成坯体放入气氛炉中，在氮气气氛和1530~1550°C条件下煅烧3~6小时，随炉自然冷却至室温，制得O’ -Sialon-Si3N4-SiC复合陶瓷粉末。本实施例所述氮气流量为0.15~0.25L/min ;所述生物质电厂灰的SiO2含量大于65wt% ;所述碳素材料为焦炭,焦炭中的C含量>90wt%,粒度小于100 μ m。实施例4一种制备O’ -Sialon-Si3N4-SiC复合陶瓷粉末的方法。先按SiO2与C的摩尔比为1: (1~2)将碳素材料加入生物质电厂灰中，混合20~60分钟，再将混合后的原料压成坯体；然后将压成坯体放入气氛炉中，在氮气气氛和1560~580°C条件下煅烧5~8小时，随炉自然冷却至室温，制得O’ -Sialon-Si3N4-SiC复合陶瓷粉末。本实施例中:所述氮气流量为0.05~0.15L/min ;生物质电厂灰的SiO2含量大于75wt% ;所述碳素材料为石墨，石墨中的C含量>95wt%，粒度小于50 μ m。本【具体实施方式】所采用的生物质电厂灰和碳素材料来源广泛，实现了工业废弃物-生物质电厂灰的综合利用，采用的原料并非高温冶炼制得的SiC和Si3N4，故工艺简单和生产耗能小，不仅能降低O’ -Sialon-Si3N4-SiC复合陶瓷材料的生产成本，且能促使生物质-发电-原材料的循环经济产业链的形成。 本【具体实施方式】合成的O’ -Sialon-Si3N4-SiC复合陶瓷粉末的XRD图谱如图1所示，图1为实施例1所制备的一种O’ -Sialo本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备O“?Sialon?Si3N4?SiC复合陶瓷粉末的方法，其特征在于所述方法是：先按SiO2与C的摩尔比为1︰(1~3)将碳素材料加入生物质电厂灰中，混合5~60分钟，再将混合后的原料压成坯体；然后将压成坯体放入气氛炉中，在氮气气氛和1530~1580℃条件下煅烧2~8小时，随炉自然冷却至室温，制得O“?Sialon?Si3N4?SiC复合陶瓷粉末；其中，氮气流量为0.05~0.25L/min。
【技术特征摘要】
1.一种制备O’-Sialon-Si3N4-SiC复合陶瓷粉末的方法,其特征在于所述方法是:先按3102与(:的摩尔比为1:(广3)将碳素材料加入生物质电厂灰中，混合5飞O分钟，再将混合后的原料压成坯体；然后将压成坯体放入气氛炉中，在氮气气氛和153(T1580°C条件下煅烧2~8小时，随炉自然冷却至室温，制得O’ -Sialon-Si3N4-SiC复合陶瓷粉末； 其中，氮气流量为0.05、.25L/min。2.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：员文杰，邓承继，樊明宇，李君，祝洪喜，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：
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