CN101450801A

CN101450801A - 一种改性碳化硅粉末及其制备方法

Info

Publication number: CN101450801A
Application number: CNA2007101782576A
Authority: CN
Inventors: 马自力; 樊建中; 左涛; 张琪; 徐骏; 石力开
Original assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Current assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2009-06-10

Abstract

本发明涉及一种改性的碳化硅粉末及其制备方法，其特征在于：所述碳化硅粉末由微观表面粗糙、外形圆整、没有尖锐棱角的碳化硅颗粒组成。本发明的方法是通过利用高能气流带动被研磨粉末相对运动造成粉末颗粒之间相互撞击、磨削进行研磨的工艺技术方法，对具有尖锐棱角和平直或台阶状表面的碳化硅粉末颗粒进行改性处理，使碳化硅粉末颗粒具有微观粗糙的表面以及圆整平滑的外形，进而可用于改善金属基复合材料的性能。

Description

一种改性碳化硅粉末及其制备方法

技术领域

本发明属于碳化硅陶瓷粉末技术领域；特别涉及一种改性碳化硅陶瓷粉末材料及其制备方法。

背景技术

碳化硅材料以其优异的耐高温、耐腐蚀、热稳定、高硬度等物理化学性能而在冶金、机械、化工、建材等工业领域获得广泛的应用，在电子、电气、航空航天等高新技术行业也备受青睐。工业化生产的碳化硅多为大结晶块，需要进一步的粉碎、分级才能作为原材料使用。碳化硅属于超硬物质(莫氏硬度9.2～9.5)，粉末制备多采用破碎机、球磨机、气流磨等，由此而得到的碳化硅粉末颗粒无论大小，一般都具有表面平直、棱角分明的形貌，是典型的解理断裂面，小的碳化硅粉末颗粒具有和大的碳化硅粉末颗粒相似的外形和表面，即尖锐的棱角、平直的或台阶状的表面(图1a，图1b)。作为磨料使用的碳化硅粉末，这种颗粒形貌是适宜的，其锐利的外形有利于切削进行，但是如果用作金属基复合材料的增强体时，这种颗粒形貌对于粉末材料的流动性以及材料制品的塑性的影响就是不利的。

分析颗粒增强金属基复合材料强化机理发现，影响颗粒增强金属基复合材料塑性的因素主要包括两方面，即增强体特性和金属基体在受载形变过程中的行为。增强体颗粒本身可能会出现断裂或界面脱开；由于增强体颗粒与金属基体之间存在较大的热膨胀系数差别，在基体中会导致颗粒附近基体的局部加工硬化和三向拉应力的出现；增强体颗粒锐利的棱角会造成局部应力集中；增强体颗粒的平直的表面使其与金属基体结合界面易于相对滑动脱开，这些因素均不利于材料塑性的提高。因此，如何通过控制增强体颗粒粒度分布、颗粒形貌、表面状态等参数改善和提高金属基复合材料塑性，就成为本技术领域急需解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的之一在于实现一种改性的适于用作金属基复合材料增强体的碳化硅粉末。

本发明的目的是通过以下技术方案达到的：

一种改性的碳化硅粉末，其特征在于：所述碳化硅粉末由微观表面粗糙、外形圆整、没有尖锐棱角的碳化硅颗粒组成。

一种优选技术方案，其特征在于：所述碳化硅粉末颗粒的粒度范围为2～25μm，平均粒度在5～20μm范围内。

本发明的另一目的在于提供一种上述碳化硅粉末的制备方法。

本发明的上述目的是通过以下技术方案达到的：

一种改性碳化硅粉末的制备方法，包括下述步骤：(1)打开引风机使研磨室产生适当的负压，将粒度范围在2～30μm、重量适当的普通碳化硅粉末引入碳化硅粉末改性处理装置中的锥底圆筒形研磨室；(2)同时底部喷嘴通入0.001～0.05MPa的干燥净化压缩空气使碳化硅粉末可以上下循环蠕动；(3)通过水平均布、相对喷射的两组对喷喷嘴通入0.1～0.5MPa干燥净化压缩空气进行粉末自研磨；(4)自研磨产生的边角碎粉通过旋风除尘装置收集处理。

一种优选技术方案，其特征在于：所述碳化硅粉末改性处理装置的结构为：包括锥底圆筒形研磨室4、分级轮5、旋风除尘器6、引风机8以及加料斗3，加料斗3位于所述锥底圆筒形研磨室4的下部，把待处理碳化硅粉末引入锥底圆筒形研磨室4；所述锥底圆筒形研磨室4的下部设有底部喷嘴1提供向上的气流，对碳化硅粉末进行均匀化搅动；所述锥底圆筒形研磨室4的下部侧面设有4个对喷喷嘴2，对喷喷嘴分为两组，均布在同一水平面上，同轴相对的2个为一组，根据工艺要求可以同时使用一组或两组对喷喷嘴通入适当压强的干燥压缩空气进行研磨；所述锥底圆筒形研磨室4上部设有分级轮5，并通过管道与所述旋风除尘器6相连接，所述旋风除尘器6下端设有集尘罐7；所述旋风除尘器6通过管道与所述引风机8相连接，分级轮5和引风机8将研磨下来的超细粉送入旋风除尘器6，并收集到集尘罐7里；研磨好的成品粉末留在锥底圆筒形研磨室4的底部。

一种优选技术方案，其特征在于：所述步骤(3)中所述自研磨的时间根据投料粉末粒度、数量不等可以设为0.5～24小时，对喷研磨气流压强为0.1～0.5MPa。

本发明的方法是通过利用高能气流带动被研磨粉末相对运动造成粉末颗粒之间相互撞击、磨削进行研磨的工艺技术方法，对具有尖锐棱角和平直或台阶状表面的碳化硅粉末颗粒进行改性处理，使碳化硅粉末颗粒具有微观粗糙的表面以及圆整平滑的外形，进而可用于改善金属基复合材料的性能。

本发明的一种改性碳化硅粉末，由表面粗糙、外形圆整、没有尖锐棱角的碳化硅颗粒组成，当其被作为增强体用于制备金属基复合材料时，有利于改善粉末冶金工艺性能和复合材料的塑性。自研磨工艺过程本身不仅是对粉末外形和表面改性的过程，也是选择内在缺陷相对较小、强度相对较高的粉末颗粒的过程，因此有利于发挥碳化硅颗粒的强化作用，提高复合材料综合性能。

本发明的实现这种粉末特性要求的制备方法，工艺稳定且简单，投资小、成本低，对容器磨损小、对物料污染小，对环境无污染。

下面通过具体实施方式和附图对本发明做进一步说明，但不意味着对本发明保护范围的限制。

附图说明

图1(a)是碳化硅粉末改性处理前颗粒形貌(S-4800场发射扫描电子显微镜，放大5000倍)照片。

图1(b)是碳化硅粉末改性处理前颗粒形貌(S-4800场发射扫描电子显微镜，放大10000倍)照片。

图2(a)本发明实施例1碳化硅粉末改性处理后颗粒形貌(S-4800场发射扫描电子显微镜，放大5000倍)照片。

图2(b)是本发明碳化硅粉末改性处理后颗粒形貌(S-4800场发射扫描电子显微镜，放大10000倍)照片。

图3是本发明碳化硅粉末改性处理装置示意图。

图4(a)本发明实施例1碳化硅粉末改性处理后颗粒形貌(S-4800场发射扫描电子显微镜，放大5000倍)照片。

图4(b)是本发明碳化硅粉末改性处理后颗粒形貌(S-4800场发射扫描电子显微镜，放大10000倍)照片。

具体实施方式

附图3中符号

1为底部喷嘴，2为对喷喷嘴(共4个)，3为加料斗，4为锥底圆筒形研磨室，5为分级轮，6为旋风除尘器，7为集尘罐，8为引风机。

实施例1

本实施例所处理的碳化硅粉末材料，其碳化硅颗粒为如图1(a)，图1(b)的不规则形(S-4800场发射扫描电子显微镜，粉末试样铺于导电胶上，分别放大5000倍和10000倍)，体积平均粒径为7.4μm。

其制备方法为用图3所示的碳化硅粉末改性处理装置，包括锥底圆筒形研磨室4、分级轮5、旋风除尘器6、引风机8以及加料斗3，加料斗3位于所述锥底圆筒形研磨室4的下部，把待处理碳化硅粉末引入锥底圆筒形研磨室4；所述锥底圆筒形研磨室4的下部设有底部喷嘴1提供向上的气流，对碳化硅粉末进行均匀化搅动；所述锥底圆筒形研磨室4的下部侧面设有4个对喷喷嘴2，对喷喷嘴分为两组，均布在同一水平面上，同轴相对的2个为一组，根据工艺要求可以同时使用一组或两组对喷喷嘴通入适当压强的干燥压缩空气进行研磨；所述锥底圆筒形研磨室4上部设有分级轮5，并通过管道与所述旋风除尘器6相连接，所述旋风除尘器6下端设有集尘罐7；所述旋风除尘器6通过管道与所述引风机8相连接，分级轮5和引风机8将研磨下来的超细粉送入旋风除尘器6，并收集到集尘罐7里；研磨好的成品粉末留在锥底圆筒形研磨室4的底部。

打开引风机8，将3kg碳化硅引入锥底圆筒形研磨室4，打开底部喷嘴1，通入0.005MPa干燥净化压缩空气，再打开四个水平均布对喷喷嘴2，通入0.5MPa干燥净化压缩空气，研磨0.5小时，之后降低压强至0.3MPa，继续研磨6小时，研磨过程中产生的碳化硅粉末的效果见图2(a)，(b)。

图1(a)和(b)中的碳化硅粉末颗粒具有尖锐棱角和平直或台阶状表面；图2(a)和(b)中的碳化硅粉末颗粒具有微观粗糙的表面以及圆整平滑的外形。

实施例2

本实施例所处理的碳化硅粉末材料，其碳化硅颗粒为如图1(a)，(b)的不规则形(S-4800场发射扫描电子显微镜，粉末试样铺于导电胶上，放大倍数分别为5000倍和10000倍)，体积平均粒径为7.4μm。

其制备方法为用图3所示的碳化硅粉末改性处理装置，打开引风机8，将5kg碳化硅引入锥底圆筒形研磨室4，打开底部喷嘴1，通入0.01MPa干燥净化压缩空气，再打开四个水平均布对喷喷嘴2中的两个，通入0.2MPa干燥净化压缩空气，研磨1小时，之后提高压强至0.4MPa，继续研磨2小时，处理效果见图4(a)，(b)。

与图2一样，图4(a)和(b)中的碳化硅粉末颗粒具有微观粗糙的表面以及圆整平滑的外形。

Claims

1、一种改性的碳化硅粉末，其特征在于：所述碳化硅粉末由微观表面粗糙、外形圆整、没有尖锐棱角的碳化硅颗粒组成。

2、根据权利要求1所述的改性的碳化硅粉末，其特征在于：所述碳化硅粉末颗粒的粒度范围为2～25μm，平均粒度在5～20μm范围内。

3、一种改性碳化硅粉末的制备方法，包括下述步骤：(1)打开引风机使研磨室产生适当的负压，将粒度范围在2～30μm、重量适当的普通碳化硅粉末引入碳化硅粉末改性处理装置中的锥底圆筒形研磨室；(2)同时底部喷嘴通入0.001～0.05MPa的干燥净化压缩空气使碳化硅粉末可以上下循环蠕动；(3)通过水平均布、相对喷射的两组对喷喷嘴通入0.1～0.5MPa干燥净化压缩空气进行粉末自研磨；(4)自研磨产生的边角碎粉通过旋风除尘装置收集处理。

4、根据权利要求3所述的改性碳化硅粉末的制备方法，其特征在于：所述碳化硅粉末改性处理装置的结构为：包括锥底圆筒形研磨室、分级轮、旋风除尘装置、引风机以及加料斗，所述加料斗位于所述锥底圆筒形研磨室的下部；所述锥底圆筒形研磨室的下部设有底部喷嘴；所述锥底圆筒形研磨室的下部侧面设有水平均布、相对喷射的两组对喷喷嘴；所述锥底圆筒形研磨室上部设有分级轮，并通过管道与所述旋风除尘装置相连接，所述旋风除尘装置下端设有集尘罐；所述旋风除尘装置通过管道与所述引风机相连接。

5、根据权利要求4所述的改性碳化硅粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中所述自研磨的时间为0.5～24小时，对喷研磨气流压强为0.1～0.5MPa。

6、一种专门用于处理碳化硅粉末的装置，其特征在于：包括锥底圆筒形研磨室、分级轮、旋风除尘装置、引风机以及加料斗，所述加料斗位于所述锥底圆筒形研磨室的下部；所述锥底圆筒形研磨室的下部设有底部喷嘴；所述锥底圆筒形研磨室的下部侧面设有水平均布、相对喷射的两组对喷喷嘴；所述锥底圆筒形研磨室上部设有分级轮，并通过管道与所述旋风除尘装置相连接，所述旋风除尘装置下端设有集尘罐；所述旋风除尘装置通过管道与所述引风机相连接。