專利名稱：碳化硅陶瓷管或棒的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種制備方法，特別是一種碳化硅陶瓷管或棒的制備方法。
背景技術：
碳化硅陶瓷作為一種高溫結構陶瓷，具有許多優良特性，如耐磨、導熱率高、耐熱、耐腐蝕以及優良的力學和熱學性能等。碳化硅陶瓷已經被廣泛地應用于機械、電子、石油化工、冶金等工業領域以及國防工業，并被國際上確認為自金屬、氧化鋁、硬質合金以來的第四種基本材料。
碳化硅陶瓷管或棒，由于其結構特點， 一般采用化學氣相合成、等靜壓成型、注漿成型、注射成型和擠壓成型的方法來成型坯體，但上述方法仍然存在以下問題
1) 化學氣相合成的方法是通過棒形石墨上沉積碳化硅層，然后高溫氧化去除石墨而得到碳化硅管或棒，如專利號為卯109657.1的"碳化硅管形構件及其制作方法"公開了一種采用化學氣相合成法的碳化硅管形構件的制作方法，但這種方法很難制成厚壁的碳化硅管且生產成本高，難于實現大規模的生產。
2) 等靜壓成型雖然能成型出致密的坯體，如專利號99120189.2 "輥道窯用碳化硅輥棒及其制造方法"公開了一種等靜壓成型的碳化硅輥棒制造方法，但其成本較高，且不能實現連續化生產，產率較低。
3) 注漿成型的前提是要獲得高固相含量的穩定懸濁液，而碳化硅陶瓷配料中往往添加多種添加劑，因此很難實現均勻、穩定的高固相含量懸濁液。
4) 注射成型存在脫脂時間長、難于控制的缺點。
5) 擠壓成型是一種低成本、連續生產陶瓷管或棒的方法，但很難成型出致密的坯體。 一般采用要求坯體較疏松的反應燒結或者熱壓燒結進行燒結。而反應燒結產品由于存在較多的游離硅，其強度、耐蝕性和高溫穩定性較差。采用熱壓燒結的方式則成本較高，且產品的形狀受到很大限制。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種碳化硅陶瓷管或棒的制備方法，采用擠壓成型方法來成型致密坯體，采用常壓燒結的方式進行燒結，該方法制備的碳化硅陶瓷管或棒具有耐磨損、耐高溫、耐腐蝕、斷裂韌性優良等特性，且適合工業化生產。
本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為提供一種碳化硅陶瓷管或棒
的制備方法，以重量百分比60%_98.5%的亞微米級碳化硅粉、1.5%-40%的添加劑組成主原料，以主原料重量為100%;所述添加劑包括固相燒結助劑、液相燒結助劑或復合添加物；所述固相燒結助劑為碳化硼和碳，所述液相燒結助劑為氧化鋁、氧化釔，所述復合添加物為碳化硼、氧化鋁、氧化釔、氧化鑭，依次包括
以下步驟
1) 、將主原料干法球磨l小時；
2) 、將干磨后主原料中依次加入為主原料重量100%-150%的水、0.5%-1.5%的四甲基氫氧化銨、0.2%-1.5%的聚乙二醇、0.5%-1.5%的油酸、1%-3%的丙烯酸樹脂再濕法球磨4-9小時，配置成固含量為40%-55%的碳化硅槳料；
3) 、采用噴霧干燥工藝對濕磨后的碳化硅漿料進行造粒，得到碳化硅造粒粉；所述噴霧干燥采用噴霧干燥機進行，工藝參數為進口溫度為220-25(TC，出口溫度為75-120。C，霧化壓力為0.8-1.5MPa;
4) 、以造粒粉的重量為100%，在噴霧干燥后的造粒粉中添加為造粒粉料重量13%-17%的水，在真空練泥機中進行真空練泥；
5) 、將真空練泥后的泥料用塑料箱密封陳腐12-48小時；
6) 、將陳腐后泥料再次真空練泥后，用真空擠壓成型機擠壓出碳化硅陶瓷管或棒坯體；
7) 、將坯體放在60-10(TC的烘箱中干燥6-12小時，然后提高溫度到120-150'C再干燥2-5小時；
8) 、對干燥后坯體進行初加工，得到碳化硅陶瓷管或棒；
9) 、將初加工后坯體放在真空爐中，用氬氣做保護氣體進行預燒，升溫至600-100(TC保溫1-3小時，隨爐冷卻后取出，得到毛坯；
10) 、將毛坯放在真空爐中，用氬氣做保護氣體進行常壓燒結，升溫至1850-220(TC保溫l-3小時，隨爐冷卻后取出，得到常壓燒結碳化硅管或棒；
511)對燒結后的碳化硅管或棒進行精加工，得到成品。
根據產品要求不同，可選擇不同的的燒結方式常壓固相燒結、常壓液相燒結。其添加劑也有不同選擇，所述添加劑包括固相燒結助劑、液相燒結助劑或復合添加物；常用的固相燒結助劑為碳化硼和碳；常用的液相燒結助劑為氧化鋁、氧化釔、鋁、釔鋁石榴石、稀土氧化物、氧化鎂中的兩種或兩種以上的混合物；常用的復合添加物為碳化硼、氧化釔、氧化鋁、氮化鋁、稀土氧化物、各種晶須及纖維中的至少一種。
所述分散劑還可為聚丙烯酸銨；所述增塑劑還可為蔗糖脂、石蠟常用增塑劑中的一種；所述潤滑劑還可為硬脂酸；所述液態粘結劑還可為為聚乙烯醇、阿拉伯樹脂、纖維素醚常用粘結劑中的一種。與現有技術相比，本發明的優點在于-
(1 )、本發明在練泥前物料經干法球磨-濕法球磨-噴霧干燥等工藝已混合均勻，再經兩段練泥，使陳腐后泥料含水率均一，顆粒分散均勻，成型后坯體致密、強度高，干燥不破裂，成品率高，優于一般未經球磨-噴霧干燥而直接練泥-陳腐的泥料及坯體。
(2) 、本發明采用一次直接擠壓成型的方法，可以大批量的成型出各種尺寸的碳化硅管或棒致密坯體，且成本較低，優于注射成型、注衆成型、壓制成型以及先擠壓后壓制成型等方法。
(3) 、本發明采用常壓燒結方式，產品耐高溫強度、耐腐蝕性優于反應燒結產品；且與熱壓燒結方式相比，產品的形狀尺寸受限較小且成本更低，更適合工業化生產。
(4) 、依據本發明制得的產品性能優異，其抗彎強度為450-620MPa、斷裂韌性為5.4-7.2MPa'm1/2、硬度為2800-3400HK0.1 。
下面結合附圖對本發明的實施例作進一步描述。附圖為本發明的生產流程圖；具體實施方式
實施例1
1)、將平均粒徑為0.5微米的、重量百分比為98.5%的碳化硅粉，1%的石墨粉，0.5%的碳化硼粉干法球磨1小時；
62) 、將干磨后粉料中依次加入為主原料重量100%的水、0.2%的四甲基氫氧化銨、1%的聚乙二醇、0.5%的油酸、2%的聚乙烯醇再濕法球磨8小時，配置成固含量為50%的碳化硅漿料；
3) 、采用噴霧干燥工藝對濕磨后的碳化硅漿料進行造粒，得到碳化硅造粒粉；所述噴霧干燥采用噴霧干燥機進行，工藝參數為進口溫度為23(TC、出口溫度為105°C、霧化壓力為1.2MPa;
4)、以造粒粉的重量為100%，在噴霧干燥后的造粒粉中添加為造粒粉料重量13%的水在真空練泥機中進行真空練泥；
5) 、將真空練泥后的泥料用塑料箱密封陳腐18小時；
6) 、將陳腐后泥料再次真空練泥后，用真空擠壓成型機擠壓成型出碳化硅陶瓷管坯體；
7) 、將碳化硅陶瓷管坯體放在65'C的烘箱中干燥12小時，然后提高溫度到125'C再干燥3小時；
8) 對干燥后坯體進行初加工，得到碳化硅陶瓷管；
9) 將初加工后的坯體放在真空爐中，用氬氣做保護氣體進行預燒，升溫至90(TC保溫2小時，隨爐冷卻后取出，得到毛坯；
10) 將毛坯放在真空爐中，用氬氣做保護氣體進行常壓燒結升溫至215(TC保溫1.5小時，隨爐冷卻后取出，得到常壓固相燒結碳化硅管；
11) 對燒結后的碳化硅管進行精加工，得到成品。
該碳化硅陶瓷管的密度為3.14g/cm3、抗彎強度4卯MPa、斷裂韌性5.6MPa'm1/2、硬度3218HK0.1。
實施例2
1) 將平均粒徑為0.6微米的、重量百分比為94%的碳化硅粉，2%的氧化釔，1.5%的氧化鋁，重量百分比為2.5%的氧化鎂干法球磨2小時；
2) 、將干磨后粉料中依次加入為主原料重量100%的水、0.2%的四甲基氫氧化銨、1%的聚乙二醇、0.5%的油酸、2%的聚乙烯醇再濕法球磨8小時，配置成固含量為50%的碳化硅漿料；
3) 、采用噴霧干燥工藝對將濕磨后的碳化硅漿料進行造粒，得到碳化硅造粒粉；所述噴霧干燥采用噴霧干燥機進行，工藝參數為進口溫度為23(TC、出口溫度為105°C、霧化壓力為1.2MPa;
4)、以造粒粉的重量為100%,在噴霧干燥后的造粒粉中添加為造粒粉料重量15%的水在真空練泥機中進行真空練泥；
5) 、將真空練泥后的泥料用塑料箱密封陳腐36小時；
6) 、將陳腐后泥料再次真空練泥后擠壓出碳化硅棒坯體；
7) 、將碳化硅棒坯體放在85'C的烘箱中干燥6小時，然后提高溫度到145'C再干燥4小時；
8) 、對干燥后坯體進行初加工，得到碳化硅陶瓷棒；
9) 、將初加工后坯體放在真空爐中，用氬氣做保護氣體進行預燒，升溫至750'C保溫2小時，隨爐冷卻后取出，得到毛坯；
10) 、將毛坯放在真空爐中，用氬氣做保護氣體進行常壓燒結，升溫至1900t:保溫1.5小時，隨爐冷卻后取出，得到常壓液相燒結碳化硅棒；
11) 、對燒結后的碳化硅棒進行精加工，得到成品。
該碳化硅陶瓷棒的密度為3.16g/cm3、抗彎強度602MPa、斷裂韌性6.9MPa'm1/2、硬度2卯0HK0.1。
實施例3
1) 、將平均粒徑為0.5微米的、重量百分比為70%的碳化硅粉，平均粒徑為1微米的、22%的碳化硼粉，4%的氧化鋁粉，3%的氧化釔粉，1%的氧化鑭粉干法球磨1小時；
2) 、將干磨后的粉料在球磨機中依次加入為主原料重量100%的水、0.2%的聚丙烯酸銨、1%的蔗糖脂、0.5%的硬脂酸、2%的水溶性丙烯酸樹脂再濕法球磨8小時，配置成固含量為50%的碳化硅漿料；
3) 、采用噴霧干燥工藝對濕磨后的碳化硅漿料進行造粒，得到碳化硅造粒粉;所述噴霧干燥采用噴霧干燥機進行，工藝參數為進口溫度為22(TC，出口溫度為105。C，霧化壓力為1.2MPa;
4) 、以造粒粉的重量為100%,在噴霧干燥后的造粒粉中添加為造粒粉料重量14%的水在真空練泥機中進行真空練泥；
5) 、將真空練泥后的泥料用塑料箱密封陳腐24小時；
6) 、將陳腐后泥料再次真空練泥后擠壓成型出碳化硅陶瓷管坯體；7) 、將碳化硅陶瓷管坯體放在65'C的烘箱中干燥12小時，然后提高溫度至i丄125'C再干燥3小時；
8) 對干燥后坯體進行初加工，得到碳化硅管；
9) 將初加工后的坯體放在真爐中，用氬氣做保護氣體進行預燒，升溫至800t保溫2小時，隨爐冷卻后取出，得到毛坯；
10) 將毛坯放在真空爐中，用氬氣做保護氣體進行常壓燒結，升溫至1900'C保溫2小時，隨爐冷卻后取出，得到常壓液相燒結復合碳化硅管；
11) 對燒結后的碳化硅管進行精加工，得到成品。
該碳化硅陶瓷管的密度為2.92g/cm3、抗彎強度550MPa、斷裂韌性6.2MPa.m1/2、硬度3300HK0.1。
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權利要求
1、一種碳化硅陶瓷管或棒的制備方法，采用擠壓成型的方法來成型坯體，采用常壓燒結的方法進行燒結，其特征是以重量百分比60％-98.5％的亞微米級碳化硅粉、1.5％-40％的添加劑組成主原料，以主原料重量為100％；所述添加劑包括固相燒結助劑、液相燒結助劑或復合添加物，所述固相燒結助劑為碳化硼和碳；所述液相燒結助劑為氧化鋁、氧化釔，所述復合添加物為碳化硼、氧化鋁、氧化釔、氧化鑭，包括以下步驟1)、將主原料干法球磨1小時；2)、將干磨后的主原料中依次加入為主原料重量100％-150％的水、0.5％-1.5％的分散劑、0.2％-1.5％的增塑劑、0.5％-1.5％的潤滑劑、1％-3％的液態粘結劑再濕法球磨4-9小時，配置成固含量為40％-55％的碳化硅漿料；所述分散劑為四甲基氫氧化銨，所述增塑劑為聚乙二醇，所述潤滑劑是油酸，所述液態粘結劑是丙烯酸樹脂；3)、采用噴霧干燥工藝對濕磨后的碳化硅漿料進行造粒，得到碳化硅造粒粉，所述噴霧干燥采用噴霧干燥機進行，工藝參數為進口溫度為220-250℃，出口溫度為75-120℃，霧化壓力為0.8-1.5MPa；4)、以造粒粉的重量為100％，在噴霧干燥后的造粒粉中添加為造粒粉料重量13％-17％的水在真空練泥機中進行真空練泥；5)、將真空練泥后的泥料用塑料箱密封陳腐12-48小時；6)、將陳腐后泥料再次真空練泥后，用真空擠壓成型機擠壓出碳化硅管或棒坯體；7)、將坯體放在60-100℃的烘箱中干燥6-12小時，然后提高溫度到120-150℃再干燥2-5小時；8)、對干燥后坯體進行初加工，得到碳化硅管或棒；9)、將初加工后坯體放在真空爐中，用氬氣做保護氣體進行預燒，升溫至600-1000℃保溫1-3小時，隨爐冷卻后取出，得到毛坯；10)、將毛坯在真空爐中，用氬氣做保護氣體進行常壓燒結，升溫至1850-2200℃保溫1-3小時，隨爐冷卻后取出，得到常壓燒結碳化硅管或棒；11)、對燒結后的碳化硅管或棒進行精加工，得到成品。
2、 根據權利要求1所述的碳化硅陶瓷管或棒的制備方法，其特征在于所述添加劑包括固相燒結助劑、液相燒結助劑或復合添加物；常用的固相燒結助劑為碳化硼和碳；常用的液相燒結助劑為氧化鋁、氧化釔、鋁、釔鋁石榴石、稀土氧化物、氧化鎂中的兩種或兩種以上的混合物；常用的復合添加物為碳化硼、氧化釔、氧化鋁、氮化鋁、稀土氧化物、各種晶須及纖維中的至少一種。
3、 根據權利要求1所述的碳化硅陶瓷管或棒的制備方法，其特征在于所述分散劑還可為聚丙烯酸銨；所述增塑劑還可為蔗糖脂、石蠟常用增塑劑中的一種；所述潤滑劑還可為硬脂酸；所述液態粘結劑還可為聚乙烯醇、阿拉伯樹脂、纖維素醚常用粘結劑中的一種。
全文摘要
一種碳化硅陶瓷管或棒的制備方法，采用擠壓成型的方法來成型坯體，采用常壓燒結的方法進行燒結，以亞微米級碳化硅粉、添加劑為主原料，包括以下步驟1)將主原料干法球磨；然后添加水、分散劑、增塑劑、潤滑劑和液態粘結劑再濕法球磨；2)采用噴霧造粒工藝對碳化硅漿料進行造粒；3)經真空練泥-陳腐-真空練泥后，采用一次直接擠壓成型方法擠壓出坯體；4)采用分段干燥機制對成型后坯體進行干燥；5)將碳化硅陶瓷管或棒坯體放在真空爐中，以氬氣做保護氣體兩次燒結。采用該方法制備的碳化硅陶瓷管或棒的耐高溫強度、耐腐蝕性優于反應燒結的產品，且與熱壓燒結方式相比此方法制備的產品形狀尺寸受限較小且成本更低，適合工業化生產。
文檔編號B28B3/20GK101560104SQ20091009837
公開日2009年10月21日 申請日期2009年5月12日 優先權日2009年5月12日
發明者海 林 申請人:寧波歐翔精細陶瓷技術有限公司