CN103553622A - 一种耐磨、耐腐蚀、耐高温碳化硅陶瓷制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种耐磨、耐腐蚀、耐高温碳化硅陶瓷制造方法，通过制备碳化硅浆料、碳化硅陶瓷原始坯、碳化硅陶瓷再生坯，再将碳化硅陶瓷再生坯与硅粉在特定条件下进行加工得到碳化硅陶瓷毛坯，最后对毛坯进行机械加工。通过该方法得到的碳化硅陶瓷喷嘴产品结构密实、孔隙率小、硬度高，在1500℃～1700℃高温和150～200g/L的硝酸和40～60g/L的氢氟酸混合溶液介质工作环境下的工作寿命能够达到60天以上，大大超过了现有喷嘴。而且在常温下，碳化硅陶瓷喷嘴产品的耐磨性也是普通钢的500倍。
Description
技术领域
本发明涉及碳化硅陶瓷制备技术领域，具体为一种耐磨、耐腐蚀、耐高温碳化硅陶瓷制造方法。
背景技术
喷嘴是喷淋、喷雾、喷油、喷砂、喷涂等设备关键部件之一，广泛应用于纺织、电子、制药、食品、垃圾处理、石油，化工、、钢铁等行业。喷嘴是按其在多种不同喷雾条件下工作而设计的，以便在使用中达到最佳喷雾性能。在喷嘴的材料选用上一般根据槽液的化学特性来确定，对非腐蚀性槽液可采用青铜铸造或塑料压铸；为防止腐蚀，可采用非金属材料，如对硫酸、盐酸等强腐蚀槽液，可采用尼龙塑料；用于磷化槽液的喷嘴材料一般采用耐酸的不锈钢，防止锈蚀的喷嘴也可直接选用不锈钢或尼龙材质制作。影响喷嘴喷雾问题的常见原因有：a)腐蚀和磨损：喷嘴喷口和内流通道表面的物质逐渐变大或变形，进而影响流量、压力和喷雾形状；b)腐蚀：喷雾液或环境的化学作用引起腐蚀破坏了喷嘴材料；c)阻塞：液体中的污垢或其它杂质阻塞了喷嘴口部，因而限制了喷嘴的流量和干扰了喷雾形状及其均匀度；d)黏结：由液体蒸发而引起在喷嘴口边缘内侧或外侧材料上的喷溅、雾气或化学堆积作用，能遗留一层干燥的凝固层，阻塞喷嘴口或内流通道；e)温度损害：过热对非高温用途设计的喷嘴材料会有一定的损害影响；f)不正确的安装：偏离轴心的垫圈，过度上紧或其它改变位置的问题均能产生不良影响；g)意外损伤：在安装和清洁中，由于使用不正确的工具可能意外地对喷嘴造成损伤。但其中最主要的原因是腐蚀、磨损和温度损害，使得喷嘴不能长期处于良好的工作状态。
目前，在冶金、轧钢行业中，在1500℃～1700℃高温和150～200g/L的硝酸和40～60g/L的氢氟酸混合溶液介质工作环境下，现有喷嘴已不能满足使用要求，存在着耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性差，结垢快，使用寿命短等缺点，其寿命一般为35天左右。
发明内容
要解决的技术问题
为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种耐磨、耐腐蚀、耐高温碳化硅陶瓷制造方法，其制品能在1500℃～1700℃高温和150～200g/L的硝酸和40～60g/L的氢氟酸混合溶液介质工作环境下长期有效工作。
技术方案
本发明的技术方案为：
所述一种耐磨、耐腐蚀、耐高温碳化硅陶瓷制造方法，其特征在于：采用以下步骤：
步骤1：采用粒度为W10级的碳化硅微粉以及炭黑为原材料，制备碳化硅浆料，其中碳化硅微粉的质量分数为80%～90%，炭黑的质量分数为10%～20%；
步骤2：在80℃～100℃的条件下，将碳化硅浆料压注到具有高温消失模芯的成型模具中，形成碳化硅陶瓷原始坯；
步骤3：将碳化硅陶瓷原始坯放在1000℃～1200℃的高温炉内素烧，使消失模芯消失，得到碳化硅陶瓷再生坯；
步骤4：将碳化硅陶瓷再生坯和硅粉放置在坩埚内，其中碳化硅陶瓷再生坯和硅粉的质量比为1:1.1～1:1.2；坩埚装入真空烧结炉内烧结，开始以300℃/h的升温速度均匀升温至1200℃，再以200℃/h的升温速度均匀升温至2200℃，而后保温3～4h，再自然降温至室温，形成碳化硅陶瓷毛坯；
步骤5：对碳化硅陶瓷毛坯进行机械精加工形成碳化硅陶瓷产品。
所述一种耐磨、耐腐蚀、耐高温碳化硅陶瓷制造方法，其特征在于：步骤1中采用粒度为W10级的碳化硅微粉以及炭黑为原材料，制备碳化硅浆料采用以下步骤：按原材料与磨球的重量比为1:1.5～1:2.5选择适量磨球，将原材料在磨筒内研磨15～20h；研磨后过筛，除去细度大于W10级的粗颗粒，而后在100℃的烘箱内烘干，得到碳化硅浆料。
所述一种耐磨、耐腐蚀、耐高温碳化硅陶瓷制造方法，其特征在于：用于制备在1500℃～1700℃高温下，并在150～200g/L的硝酸和40～60g/L的氢氟酸混合溶液介质工作环境下工作的碳化硅陶瓷喷嘴。
有益效果
本发明通过制备碳化硅浆料、碳化硅陶瓷原始坯、碳化硅陶瓷再生坯，再将碳化硅陶瓷再生坯与硅粉在特定条件下进行加工得到碳化硅陶瓷毛坯，最后对毛坯进行机械加工。通过该方法得到的碳化硅陶瓷喷嘴产品结构密实、孔隙率小、硬度高，在1500℃～1700℃高温和150～200g/L的硝酸和40～60g/L的氢氟酸混合溶液介质工作环境下的工作寿命能够达到60天以上，大大超过了现有喷嘴。而且在常温下，碳化硅陶瓷喷嘴产品的耐磨性也是普通钢的500倍。
具体实施方式
实施例1：
本实施例中制备的耐磨、耐腐蚀、耐高温碳化硅陶瓷喷嘴应用在冶金、轧钢行业中，其工作环境为1600℃高温、150g/L的硝酸和60g/L的氢氟酸混合溶液介质环境。
具体的制备方法为：
步骤1：采用粒度为W10级的碳化硅微粉以及炭黑为原材料，制备碳化硅浆料，其中碳化硅微粉的质量分数为80%，炭黑的质量分数为20%；制备碳化硅浆料采用以下步骤：按原材料与磨球的重量比为1:1.5选择适量磨球，将原材料在磨筒内研磨20h；研磨后过筛，除去细度大于W10级的粗颗粒，而后在100℃的烘箱内烘干，得到碳化硅浆料。
步骤2：在80℃的条件下，将碳化硅浆料压注到具有高温消失模芯的成型模具中，形成碳化硅陶瓷喷嘴原始坯；
步骤3：将碳化硅陶瓷喷嘴原始坯放在1000℃的高温炉内素烧，使消失模芯消失，得到碳化硅陶瓷喷嘴再生坯；
步骤4：将碳化硅陶瓷喷嘴再生坯和硅粉放置在坩埚内，其中碳化硅陶瓷喷嘴再生坯和硅粉的质量比为1:1.1；坩埚装入真空烧结炉内烧结，开始以300℃/h的升温速度均匀升温至1200℃，再以200℃/h的升温速度均匀升温至2200℃，而后保温3h，再自然降温至室温，形成碳化硅陶瓷喷嘴毛坯；
步骤5：对碳化硅陶瓷喷嘴毛坯进行机械精加工形成碳化硅陶瓷喷嘴产品。
得到的碳化硅陶瓷喷嘴能够在1600℃高温、150g/L的硝酸和60g/L的氢氟酸混合溶液介质环境下，工作寿命达到60天以上，大大超过了现有喷嘴，而且其在常温下，碳化硅陶瓷喷嘴产品的耐磨性也是普通钢的500倍。
实施例2：
本实施例中制备的耐磨、耐腐蚀、耐高温碳化硅陶瓷喷嘴应用在冶金、轧钢行业中，其工作环境为1500℃高温、180g/L的硝酸和50g/L的氢氟酸混合溶液介质环境。
具体的制备方法为：
步骤1：采用粒度为W10级的碳化硅微粉以及炭黑为原材料，制备碳化硅浆料，其中碳化硅微粉的质量分数为85%，炭黑的质量分数为15%；制备碳化硅浆料采用以下步骤：按原材料与磨球的重量比为1:2.5选择适量磨球，将原材料在磨筒内研磨15h；研磨后过筛，除去细度大于W10级的粗颗粒，而后在100℃的烘箱内烘干，得到碳化硅浆料。
步骤2：在90℃的条件下，将碳化硅浆料压注到具有高温消失模芯的成型模具中，形成碳化硅陶瓷喷嘴原始坯；
步骤3：将碳化硅陶瓷喷嘴原始坯放在1100℃的高温炉内素烧，使消失模芯消失，得到碳化硅陶瓷喷嘴再生坯；
步骤4：将碳化硅陶瓷喷嘴再生坯和硅粉放置在坩埚内，其中碳化硅陶瓷喷嘴再生坯和硅粉的质量比为1:1.2；坩埚装入真空烧结炉内烧结，开始以300℃/h的升温速度均匀升温至1200℃，再以200℃/h的升温速度均匀升温至2200℃，而后保温4h，再自然降温至室温，形成碳化硅陶瓷喷嘴毛坯；
步骤5：对碳化硅陶瓷喷嘴毛坯进行机械精加工形成碳化硅陶瓷喷嘴产品。
得到的碳化硅陶瓷喷嘴能够在1500℃高温、180g/L的硝酸和50g/L的氢氟酸混合溶液介质环境下，工作寿命达到60天以上，大大超过了现有喷嘴，而且其在常温下，碳化硅陶瓷喷嘴产品的耐磨性也是普通钢的500倍。
实施例3：
本实施例中制备的耐磨、耐腐蚀、耐高温碳化硅陶瓷喷嘴应用在冶金、轧钢行业中，其工作环境为1700℃高温、200g/L的硝酸和60g/L的氢氟酸混合溶液介质环境。
具体的制备方法为：
步骤1：采用粒度为W10级的碳化硅微粉以及炭黑为原材料，制备碳化硅浆料，其中碳化硅微粉的质量分数为95%，炭黑的质量分数为10%；制备碳化硅浆料采用以下步骤：按原材料与磨球的重量比为1:2.0选择适量磨球，将原材料在磨筒内研磨18h；研磨后过筛，除去细度大于W10级的粗颗粒，而后在100℃的烘箱内烘干，得到碳化硅浆料。
步骤2：在100℃的条件下，将碳化硅浆料压注到具有高温消失模芯的成型模具中，形成碳化硅陶瓷喷嘴原始坯；
步骤3：将碳化硅陶瓷喷嘴原始坯放在1200℃的高温炉内素烧，使消失模芯消失，得到碳化硅陶瓷喷嘴再生坯；
步骤4：将碳化硅陶瓷喷嘴再生坯和硅粉放置在坩埚内，其中碳化硅陶瓷喷嘴再生坯和硅粉的质量比为1:1.15；坩埚装入真空烧结炉内烧结，开始以300℃/h的升温速度均匀升温至1200℃，再以200℃/h的升温速度均匀升温至2200℃，而后保温3.5h，再自然降温至室温，形成碳化硅陶瓷喷嘴毛坯；
步骤5：对碳化硅陶瓷喷嘴毛坯进行机械精加工形成碳化硅陶瓷喷嘴产品。
得到的碳化硅陶瓷喷嘴能够在1700℃高温、200g/L的硝酸和60g/L的氢氟酸混合溶液介质环境下，工作寿命达到60天以上，大大超过了现有喷嘴，而且其在常温下，碳化硅陶瓷喷嘴产品的耐磨性也是普通钢的500倍。
Claims (3)
1.一种耐磨、耐腐蚀、耐高温碳化硅陶瓷制造方法，其特征在于：采用以下步骤：
步骤1：采用粒度为W10级的碳化硅微粉以及炭黑为原材料，制备碳化硅浆料，其中碳化硅微粉的质量分数为80%～90%，炭黑的质量分数为10%～20%；
步骤2：在80℃～100℃的条件下，将碳化硅浆料压注到具有高温消失模芯的成型模具中，形成碳化硅陶瓷原始坯；
步骤3：将碳化硅陶瓷原始坯放在1000℃～1200℃的高温炉内素烧，使消失模芯消失，得到碳化硅陶瓷再生坯；
步骤4：将碳化硅陶瓷再生坯和硅粉放置在坩埚内，其中碳化硅陶瓷再生坯和硅粉的质量比为1:1.1～1:1.2；坩埚装入真空烧结炉内烧结，开始以300℃/h的升温速度均匀升温至1200℃，再以200℃/h的升温速度均匀升温至2200℃，而后保温3～4h，再自然降温至室温，形成碳化硅陶瓷毛坯；
步骤5：对碳化硅陶瓷毛坯进行机械精加工形成碳化硅陶瓷产品。
2.根据权利要求1所述一种耐磨、耐腐蚀、耐高温碳化硅陶瓷制造方法，其特征在于：步骤1中采用粒度为W10级的碳化硅微粉以及炭黑为原材料，制备碳化硅浆料采用以下步骤：按原材料与磨球的重量比为1:1.5～1:2.5选择适量磨球，将原材料在磨筒内研磨15～20h；研磨后过筛，除去细度大于W10级的粗颗粒，而后在100℃的烘箱内烘干，得到碳化硅浆料。
3.根据权利要求1或2所述一种耐磨、耐腐蚀、耐高温碳化硅陶瓷制造方法，其特征在于：用于制备在1500℃～1700℃高温下，并在150～200g/L的硝酸和40～60g/L的氢氟酸混合溶液介质工作环境下工作的碳化硅陶瓷喷嘴。
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