CN100436374C - 高温、耐磨碳化硅陶瓷材料及其生产方法 - Google Patents
高温、耐磨碳化硅陶瓷材料及其生产方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种耐火材料，特别是涉及一种高温、耐磨碳化硅陶瓷陶瓷材料及其生产方法。本发明以0-150μm四种碳化硅微粉按重量份混合配料，加水后再加入1-5%的稀土混料，经制浆、烧注成型、烘干、烧结等工序在2450℃-2550℃的高温烧结而成高温、耐磨碳化硅陶瓷制品。用本发明的碳化硅陶瓷材料制成的均流体、排渣头具有体积小、重量轻、价格低、寿命长、更换方便的优点；对成型后驱体的表面处理干燥后，在高温烧结下，形成抗压强度在110MPa以上，体积密度在2.7g/cm3以上的碳化再结晶产品，从而达到抗高温、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击、抗震动等特征的碳化硅陶瓷制品。
Description
一、技术领域：
本发明涉及一种耐火材料，特别是涉及一种高温、耐磨碳化硅陶瓷陶瓷材料及其生产方法。
二、背景技术：
目前，国内热电厂锅炉上使用的均流体、排渣头为铸钢制品，使用过程中存在着体积大、重量重的缺点，而且价格高、寿命短、更换不方便。国外热电厂锅炉上使用的均流体、排渣头皆为工程陶瓷制品，而国内皆为铸钢制品，并且多为进口。由于碳化硅陶瓷材料具有良好的高温力学性能、抗高温氧化、抗酸碱腐蚀和耐磨损等特点，利用此材料制成国内紧缺的锅炉用均流体、排渣头，对延长锅炉的使用寿命很有意义。
三、发明内容：
本发明目的是提供一种高温、耐磨碳化硅陶瓷材料及其生产方法。
本发明的技术方案：
一种高温、耐磨碳化硅陶瓷材料，以重量份表示，原料中含有碳化硅微粉100份，泥浆助剂1～10份。
所述的碳化硅微粉粒度为0-150um。
所述的碳化硅微粉的粒度分布为0-1um的料占20～30％，1-5um的料占20～30％，10-63um的料占25～27％，125-150um的料占20～25％。
所述的泥浆助剂为稀土，优选稀土钇。
高温、耐磨碳化硅陶瓷材料的生产方法，包括制浆、烧注成型、烘干、烧结工艺，具体步骤是：
(1)按配方称量碳化硅微粉和泥浆助剂，混料，加水至料浆粘度为500～600泊，再真空混料20-30小时，
(2)料浆混好后，在浇铸平台上用石膏模进行浇铸，将浇铸好的生坯放置2-3小时脱模，
(3)将脱模后的生坯烘干，按图纸尺寸加工，再放入烘干室，最终烘干至水份含量在2％以下，
(4)用石墨架支撑生坯进行烧结，在真空状态下升温，升温速度为3～5℃/分钟，温度升至1100℃时充入惰性气体，使炉内压力为1.5～2.5MPa，继续升温至2450℃-2550℃，升温速度为2℃/分钟，保温1-2小时，再自然冷却，当温度降至150℃以下时产品出炉。
所述的真空混料和真空升温的真空度均为2-5Pa，所述的惰性气体为氩气。
本发明的积极有益效果：
我公司在生产重结晶碳化硅制品的基础上，研究发明了高温、耐磨碳化硅陶瓷材料以及由此材料制成的均流体、排渣头有如下优点，
(1)用本发明的碳化硅陶瓷材料制成的均流体、排渣头具有体积小、重量轻、价格低、寿命长、更换方便的优点，参见表1。
表1：高温、耐磨碳化硅陶瓷均流体、排渣头与铸钢制品的比较
| 名称 | 重量(kg) | 价格(万元) | 寿命 |
| 本发明产品(个) | 17 | 1.5 | 2年以上 |
| 进口铸钢(个) | 60 | 3.7 | 1年 |
(2)本发明的碳化硅陶瓷陶瓷材料制成的均流体、排渣头，于2004年9月在邯郸电厂200mw发电锅炉上已用一年，按邯郸电厂技术人员检验属于零磨损，实践证明该产品性能优良，效果显著，该产品的发明填补了国内空白。
(3)本发明产品生产时对成型后驱体的表面处理干燥后，在2450-2550℃的高温烧结下，形成抗压强度在110Mpa以上、体积密度在2.7g/cm3以上的碳化再结晶产品，从而达到抗高温、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击、抗震动等特征的碳化硅陶瓷制品。
(4)本发明产品的生产工艺成熟，产品性能优良，可替代进口的铸钢制品为国家节省大量外汇，具有较好的经济和社会效益。
四、具体实施方式
下面以高温、耐磨碳化硅陶瓷材料制成的均流体、排渣头为例，说明高温、耐磨碳化硅陶瓷材料的生产方法。
实施例一：高温、耐磨碳化硅陶瓷均流体、排渣头的生产方法
1、选料
按照配方要求进行购料，每种料粒度分布要均匀。如1-5um料，从1um-5um的混合料中分布曲线要匀，不允许有的过高和过低的现象。
2、原料检验
碳化硅微粉性能要求：SiC：99.9，FC：0.01，SiO2：0.03，Al2O3：0.02，
自然堆密：1.5g/cm3，筛分粗料150um，90％筛分率。
3、原料检验合格后，在试验室进行小量配料、混合、浇注，同时要求料浆的粘度达到500-600Pa，密度2.6-2.63g/cm3；要求料浆必须有很好的悬浮性，否则料浆就会沉淀，生成的产品上口壁薄、下口壁厚而成为废品。
4、根据用户图纸要求，首先制作样模，根据样模制成石膏模型。
5、混料
按配方称量碳化硅微粉：粒度0-1um的料25份，粒度1-5um的料25份，粒度10-63um的料25份，粒度125-150um的料25份，稀土钇5份；
先混合部分碳化硅微粉，边混料边加水，共分5次将碳化硅微粉投完，再加入稀土钇，原料投放结束后用真空泵抽出混料机的空气，在真空度为2Pa状态下混料20小时，最后加水调至料浆粘度为500泊。
6、浇铸
料浆混好后，在浇铸平台上，用石膏模进行浇铸，吸浆时间根据产品壁厚来确定，如8mm厚的产品吸浆时间为2～3小时；再将浇铸好的半成品生坯放置2小时后脱模。
放浆后多出的料浆返回混料机继续混料，根据料浆的粘度适量加水，达到料浆粘度要求后备下次浇铸。
7、生坯烘干与修坯
脱模后的生坯在100℃的烘干室中烘干一天后取出，然后对进行生坯进行修理和加工，达到图纸尺寸要求后再放入烘干室烘干2天，水份控制在2％以下即可。
8、烧制
在烧制时用烧制的石墨料架支撑生坯，在真空状态下送电、升温，升温速度为3℃/分钟，真空度5Pa，温度达到1100℃后，充入隋性气体-氩气，充入的氩气量使炉内压力为1.5MPa，继续升温至2450℃，升温速度为2℃/分钟，保温2小时后停电自然冷却，3天后温度降至150℃以下产品出炉。
产品出炉后逐一在抗折试验机上试压，抗压强度达到100MPa以上视为合格；清洗产品表面的杂物，自然风干后包装。
实施例二：高温、耐磨碳化硅陶瓷均流体、排渣头的生产方法，同实施例一基本相同，相同之处不再叙述，不同之处在于：
1、配方
原料为碳化硅微粉中粒度0-1um的28份，1-5um的24份，10-63um的料占27份，125-150um的料占20份，稀土钇3份；
分3次投入混料，原料投放结束后用真空泵抽出混料机的空气，在真空度为5Pa状态下混料30小时，加水调至料浆粘度为600泊。
2、生坯烘干与修坯
将浇铸好的半成品生坯放置3小时后脱模，脱模生坯在80℃的烘干室中烘干一天后取出，然后对进行生坯进行修理和加工，达到图纸尺寸要求后再放入烘干室烘干一天，水份控制在2％以下即可；
3、烧制
在烧制时用烧制的石墨料架支撑生坯，在真空状态下送电、升温，升温速度为5℃/分钟，1100℃前升温时真空度2Pa，温度达到1100℃以后，充入氩气，使炉内压力为2.5MPa，继续升温至2550℃，升温速度为2℃/分钟，保温1小时，即可停电自然冷却，温度降至150℃以下产品出炉。
实施例三：高温、耐磨碳化硅陶瓷均流体、排渣头的生产方法，同实施例一基本相同，相同之处不再叙述，不同之处在于：
1、配方：原料为碳化硅微粉中粒度0-1um的22份，1-5um的27份，10-63um的料占26份，125-150um的料占23份，稀土钇4份。
分4次投入混料，原料投放结束后用真空泵抽出混料机的空气，在真空度为4Pa下混料25小时，加水调至料浆粘度为550泊；
2、烧制
在烧制时用烧制的石墨料架支撑生坯，在真空状态下送电、升温，升温速度为4℃/分钟，1100℃前升温时真空度2Pa，温度达到1100℃以后，充入氩气，使炉内压力为2.0MPa，继续升温至2500℃，升温速度为2℃/分钟，保温1.5小时，即可停电自然冷却，温度降至150℃以下产品出炉。
实施例四：高温、耐磨碳化硅陶瓷均流体、排渣头的生产方法，同实施例一基本相同，相同之处不再叙述，不同之处在于：
配方：原料为碳化硅微粉中粒度0-1um的26份，1-5um的27份，10-63um的料占24份，125-150um的料占21份，稀土钇2份。
Claims (3)
1.一种高温、耐磨碳化硅陶瓷材料，其特征是：以重量份表示，原料中含有碳化硅微粉100份，稀土钇1～10份，所述的碳化硅微粉的粒度分布及用量为：0-1um的料占20～30％，1-5um的料占20～30％，10-63um的料占25～27％，125-150um的料占20～25％。
2.一种权利要求1所述的高温、耐磨碳化硅陶瓷材料的生产方法，包括制浆、烧注成型、烘干、烧结工艺，其特征是：
(1)按配方称量碳化硅微粉和泥浆助剂，混料，加水至料浆粘度为500～600泊，再真空混料20-30小时，
(2)料浆混好后，在浇铸平台上用石膏模进行浇铸，将浇铸好的生坯放置2-3小时脱模，
(3)将脱模后的生坯烘干，按图纸尺寸加工，再放入烘干室，最终烘干至水份含量在2％以下，
(4)用石墨架支撑生坯进行烧结，在真空状态下升温，升温速度为3～5℃/分钟，温度升至1100℃时充入惰性气体，使炉内压力为1.5～2.5MPa，继续升温至2450℃-2550℃，升温速度为2℃/分钟，保温1-2小时，再自然冷却，当温度降至150℃以下时产品出炉。
3.根据权利要求2所述的高温、耐磨碳化硅陶瓷材料的生产方法，其特征是：所述的真空混料和真空升温的真空度均为2-5Pa，所述的惰性气体为氩气。
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| 碳化硅陶瓷的液相烧结及其研究进展. 武卫兵.山东陶瓷，第25卷第1期. 2002 |
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