CN104649675A - 一种碳化硅陶瓷高温耐腐蚀部件的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳化硅陶瓷高温耐腐蚀部件的制备方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成：碳化硅60-80、聚乙烯醇2-3、陶土4-6、不锈钢粉末11-14、钛粉6-8、铝粉2-4、炭化秸秆3-5、硬脂酸铝1-2、烧结助剂2-3、硅烷偶联剂KH-5501-3、去离子水50-70；本发明制备的碳化硅复合基陶瓷工艺简单，成本低，性能好，添加的不锈钢粉末和金属粉明显提高了陶瓷的高温性和耐腐蚀性，并且增加了碳化硅陶瓷的相对密度，提高了烧结性能，延长了使用寿命。

Description

一种碳化硅陶瓷高温耐腐蚀部件的制备方法

技术领域

    本发明涉及一种碳化硅陶瓷高温耐腐蚀部件的制备方法，属于陶瓷生产技术领域。

背景技术

随着科学技术和现代工业装备的发展，尤其是能源、空间技术以及汽车工业的大力发展，对材料的科学研究提出了更高的要求，新材料的开发应用直接影响着社会的进步。在许多新兴的应用领域中，传统的金属材料在抗磨损、抗腐蚀、耐高温等方面已经不能够满足社会需求。因此，工程结构陶瓷材料应运而生。它是在各种环境中应用的各类耐磨、耐蚀、耐高温和高强度的陶瓷构件。单纯的陶瓷虽然具有优良的高温性能，但由于其脆性和抗冲击载荷的能力较弱，以及机械加工困难等不足之处，使其应用范围受到限制，因此复合陶瓷基材料是改变这种现象的一种有效途径。金属材料具有较好的强度、韧性，陶瓷材料具有良好的耐磨、耐蚀、耐高温的性能，将这两者进行复合，使结构陶瓷材料具有更加广泛的应用。本发明添加的不锈钢粉末和金属粉，提高了碳化硅陶瓷的高温、耐腐蚀性能，并且提高了材料的相对密度，提高烧结性能，并且也降低了烧结温度，节约了能源。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳化硅陶瓷高温耐腐蚀部件的制备方法。

为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施：

    一种碳化硅陶瓷高温耐腐蚀部件的制备方法，由下列重量份的原料制成：碳化硅60-80、聚乙烯醇2-3、陶土4-6、不锈钢粉末11-14、钛粉6-8、铝粉2-4、炭化秸秆3-5、硬脂酸铝1-2、烧结助剂2-3、硅烷偶联剂KH-5501-3、去离子水50-70；

所述烧结助剂是由下列重量份的原料制成：氧化铝3-5、氧化钇1-2、氯化铵2-3、硝酸铱5-7、碳纳米颗粒4-6、粘土粉4-5、二甲基硅油1-2、液体石蜡2-4、硅烷偶联剂KH-5501-2、人造金刚石粉末2-4、醋酸乙烯树脂2-3、磷酸三甲酚酯1-2、纯化水3-5；制备方法是将氧化铝、氧化钇、硝酸铱、碳纳米颗粒和人造金刚石粉末混合加到混料机中，加入醋酸乙烯树脂和纯化水进行湿法混合，2-3小时后将混合好的浆料加到胶磨机中研磨过100-200目筛，加热干燥除去水分，再加入其余剩余的成分搅拌均匀，将所得的物料输入喷雾造粒塔中制成颗粒即可。

本发明所述一种碳化硅陶瓷高温耐腐蚀部件的制备方法，其特征在于，由以下具体步骤制成：

（1）将碳化硅、不锈钢粉末、钛粉、铝粉和去离子水加到球磨罐中，球料比3:1，球磨3-5小时后加入硅烷偶联剂KH-550搅拌均匀后过200-300目筛，再转移到喷雾造粒机中制成颗粒备用；

（2）将除烧结助剂之外其余剩余的成分混合，以3-5°C/min的速度边搅拌边加热，加热至50-70°C时保温20-30分钟，再将该混合物通过喷涂法喷涂到步骤（1）中的颗粒上，干燥后与烧结助剂混合均匀；

（3）将步骤（2）得到的物料送入模具中采用160-200MPa干压成型得素胚，再将该素胚放入真空高温烧结炉中在氩气的保护下进行烧结，烧结温度为1750-1900°C，保温3-5小时后缓慢降温到1600-1450°C，随炉冷却即得。

本发明的优点是：本发明制备的碳化硅复合基陶瓷工艺简单，成本低，性能好，添加的不锈钢粉末和金属粉明显提高了陶瓷的高温性和耐腐蚀性，并且增加了碳化硅陶瓷的相对密度，提高了烧结性能，延长了使用寿命。

具体实施方案

下面通过具体实例对本发明进行详细说明。

     一种碳化硅陶瓷高温耐腐蚀部件的制备方法，由下列重量份（公斤）的原料制成：碳化硅75、聚乙烯醇3、陶土5、不锈钢粉末11、钛粉7、铝粉4、炭化秸秆3、硬脂酸铝1、烧结助剂3、硅烷偶联剂KH-5502、去离子水70；

所述烧结助剂是由下列重量份（公斤）的原料制成：氧化铝5、氧化钇2、氯化铵2、硝酸铱6、碳纳米颗粒5、粘土粉4、二甲基硅油2、液体石蜡3、硅烷偶联剂KH-5501、人造金刚石粉末3、醋酸乙烯树脂2、磷酸三甲酚酯1、纯化水5；制备方法是将氧化铝、氧化钇、硝酸铱、碳纳米颗粒和人造金刚石粉末混合加到混料机中，加入醋酸乙烯树脂和纯化水进行湿法混合，3小时后将混合好的浆料加到胶磨机中研磨过200目筛，加热干燥除去水分，再加入其余剩余的成分搅拌均匀，将所得的物料输入喷雾造粒塔中制成颗粒即可。

本发明所述一种碳化硅陶瓷高温耐腐蚀部件的制备方法，由以下具体步骤制成：

（1）将碳化硅、不锈钢粉末、钛粉、铝粉和去离子水加到球磨罐中，球料比3:1，球磨5小时后加入硅烷偶联剂KH-550搅拌均匀后过300目筛，再转移到喷雾造粒机中制成颗粒备用；

（2）将除烧结助剂之外其余剩余的成分混合，以5°C/min的速度边搅拌边加热，加热至60°C时保温30分钟，再将该混合物通过喷涂法喷涂到步骤（1）中的颗粒上，干燥后与烧结助剂混合均匀；

（3）将步骤（2）得到的物料送入模具中采用180MPa干压成型得素胚，再将该素胚放入真空高温烧结炉中在氩气的保护下进行烧结，烧结温度为1800°C，保温5小时后缓慢降温到1450°C，随炉冷却即得。

本实施例中陶瓷的性能指标结果如下：

耐碱性实验：不溶于任何强碱；

耐酸性试验：不溶于任何强酸；

硬度（GPa）：41.2；

弹性模量（GPa）：420；

抗折强度（MPa）：183；

断裂韧性（Mpa/m^1/2）：4.43；

热膨胀系数（10^-5/K）：2.1；

热传导率（W/mK）：110。

Claims (2)

1.一种碳化硅陶瓷高温耐腐蚀部件的制备方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成：碳化硅60-80、聚乙烯醇2-3、陶土4-6、不锈钢粉末11-14、钛粉6-8、铝粉2-4、炭化秸秆3-5、硬脂酸铝1-2、烧结助剂2-3、硅烷偶联剂KH-5501-3、去离子水50-70；

所述烧结助剂是由下列重量份的原料制成：氧化铝3-5、氧化钇1-2、氯化铵2-3、硝酸铱5-7、碳纳米颗粒4-6、粘土粉4-5、二甲基硅油1-2、液体石蜡2-4、硅烷偶联剂KH-5501-2、人造金刚石粉末2-4、醋酸乙烯树脂2-3、磷酸三甲酚酯1-2、纯化水3-5；制备方法是将氧化铝、氧化钇、硝酸铱、碳纳米颗粒和人造金刚石粉末混合加到混料机中，加入醋酸乙烯树脂和纯化水进行湿法混合，2-3小时后将混合好的浆料加到胶磨机中研磨过100-200目筛，加热干燥除去水分，再加入其余剩余的成分搅拌均匀，将所得的物料输入喷雾造粒塔中制成颗粒即可。

2.根据权利要求1所述一种碳化硅陶瓷高温耐腐蚀部件的制备方法，其特征在于，由以下具体步骤制成：

（1）将碳化硅、不锈钢粉末、钛粉、铝粉和去离子水加到球磨罐中，球料比3:1，球磨3-5小时后加入硅烷偶联剂KH-550搅拌均匀后过200-300目筛，再转移到喷雾造粒机中制成颗粒备用；

（2）将除烧结助剂之外其余剩余的成分混合，以3-5°C/min的速度边搅拌边加热，加热至50-70°C时保温20-30分钟，再将该混合物通过喷涂法喷涂到步骤（1）中的颗粒上，干燥后与烧结助剂混合均匀；

（3）将步骤（2）得到的物料送入模具中采用160-200MPa干压成型得素胚，再将该素胚放入真空高温烧结炉中在氩气的保护下进行烧结，烧结温度为1750-1900°C，保温3-5小时后缓慢降温到1600-1450°C，随炉冷却即得。