CN103508749A - 一种挤压成型制备氮化硅蜂窝陶瓷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种挤压成型制备氮化硅蜂窝陶瓷的方法，按照重量份数计，将65-70份氮化硅粉、2-4份烧结助剂和2-3份粘结剂进行干混，然后相继加入12-20份水和5-8份甘油轮碾15-25min得均匀的泥料，将泥料放入柱塞式模具中在常温下挤压，切割后40-50℃下烘干，干燥后于550-600℃下排胶，1700-1800℃，0.3-0.8MPa的氮气环境下烧结1-3h即得。通过本发明的挤压成形方法制备的氮化硅蜂窝陶瓷，烧结后的气孔率为40%左右，在汽车尾气处理领域有望取代传统的堇青石蜂窝陶瓷。
Description
技术领域
本发明属于蜂窝陶瓷材料技术领域，涉及一种制备蜂窝陶瓷的方法，具体涉及一种挤压成型制备氮化硅蜂窝陶瓷的方法。
背景技术
碳化硅多孔陶瓷是以碳化硅为主要成分的陶瓷，不仅具有优良的常温力学性能，如高的抗弯强度、优良的抗氧化性、良好的耐腐蚀性、高的抗磨损以及低的摩擦系数，而且高温力学性能，如强度、抗蠕变性等是已知陶瓷材料中最佳的。热压烧结、无压烧结、热等静压烧结的材料，其高温强度可一直维持到1600℃，是陶瓷材料中高温强度最好的材料。抗氧化性也是所有非氧化物陶瓷中最好的。碳化硅多孔陶瓷的缺点是断裂韧性较低，即脆性较大，为此近几年以碳化硅多孔陶瓷为基的复相陶瓷，如纤维或晶须补强、异相颗粒弥散强化、以及梯度功能材料相继出现，改善了单体材料的韧性和强度。碳化硅多孔陶瓷在石油、化工、微电子、汽车、航天、航空、造纸、激光、矿业及原子能等工业领域获得了广泛的应用。
当前制备多孔氮化硅陶瓷主要有三种工艺路线：可控烧结法，改变烧结助剂种类、含量和烧结气氛等；添加造孔剂法，如淀粉等；碳热还原法，以二氧化硅为起始原料。利用前两种方法很容易得到气孔率在70%以下的多孔氮化硅陶瓷，而由于碳热还原法反应过程中大约44%左右的质量损失，这种工艺更适合制备70%以上气孔率的多孔氮化硅陶瓷。虽然以上三种工艺路线各有优点，然而从成形角度考虑，以前研究者主要利用干压法来首先制备多孔氮化硅的坯体，但干压法的主要问题是不利于制备具有复杂形状的制品如蜂窝陶瓷。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种挤压成形制备氮化硅蜂窝陶瓷的方法。
本发明的挤压成形制备氮化硅蜂窝陶瓷的方法采用下述技术方案：按照重量份数计，将65-70份氮化硅粉、2-4份烧结助剂和2-3份粘结剂进行干混，然后相继加入12-20份水和5-8份甘油轮碾15-25min得均匀的泥料，将泥料放入柱塞式模具中在常温下挤压，切割后40-50℃下烘干，干燥后于550-600℃下排胶，1700-1800℃，0.3-0.8MPa的氮气环境下烧结1-3h。
所述的烧结助剂为氧化钇，粘结剂为甲基纤维素或桐油。
通过本发明的挤压成形方法制备的氮化硅蜂窝陶瓷，烧结后的气孔率为40%左右，在汽车尾气处理领域有望取代传统的堇青石蜂窝陶瓷。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的挤压成形制备氮化硅蜂窝陶瓷的方法进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明方法所用的原料氮化硅粉、氧化钇、甲基纤维素、桐油和甘油均为市场购得，其中氮化硅粉平均粒径约为1微米，氧化钇、甲基纤维素、桐油和甘油均为化学纯。
采用柱塞式挤压模具，其料筒直径为30mm，锥形模具的入口角度为32度。
实施例1
将氮化硅粉650g、烧结助剂氧化钇20g和粘结剂甲基纤维素20g进行干混，然后相继加入120g水和50g甘油轮碾15min得均匀的泥料，将泥料放入柱塞式模具中在常温下挤压，切割后40℃下烘干，干燥后于550℃下排胶，1700℃，0.3MPa的氮气环境下烧结3h。
实施例2
将氮化硅粉700g、烧结助剂氧化钇40g和粘结剂甲基纤维素30g进行干混，然后相继加入200g水和80g甘油轮碾25min得均匀的泥料，将泥料放入柱塞式模具中在常温下挤压，切割后50℃下烘干，干燥后于600℃下排胶，1800℃，0.8MPa的氮气环境下烧结1h。
实施例3
将氮化硅粉680g、烧结助剂氧化钇30g和粘结剂甲基纤维素25g进行干混，然后相继加入150g水和60g甘油轮碾20min得均匀的泥料，将泥料放入柱塞式模具中在常温下挤压，切割后45℃下烘干，干燥后于580℃下排胶，1750℃，0.5MPa的氮气环境下烧结2h。
实施例4
将氮化硅粉680g、烧结助剂氧化钇30g和粘结剂桐油25g进行干混，然后相继加入150g水和60g甘油轮碾20min得均匀的泥料，将泥料放入柱塞式模具中在常温下挤压，切割后45℃下烘干，干燥后于580℃下排胶，1750℃，0.5MPa的氮气环境下烧结2h。
由阿基米德排水法测试所得氮化硅蜂窝陶瓷的气孔率，为38-41%不等。
上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种挤压成型制备氮化硅蜂窝陶瓷的方法，包括以下步骤：按照重量份数计，将65-70份氮化硅粉、2-4份烧结助剂和2-3份粘结剂进行干混，然后相继加入12-20份水和5-8份甘油轮碾15-25min得均匀的泥料，将泥料放入柱塞式模具中在常温下挤压，切割后40-50℃下烘干，干燥后于550-600℃下排胶，1700-1800℃，0.3-0.8MPa的氮气环境下烧结1-3h。
2.根据权利要求1所述的挤压成型制备氮化硅蜂窝陶瓷的方法，其特征在于：所述的烧结助剂为氧化钇。
3.根据权利要求1所述的挤压成型制备氮化硅蜂窝陶瓷的方法，其特征在于：所述的粘结剂为甲基纤维素或桐油。
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