CN104829234A - 一种碳化硅陶瓷复合材料内衬部件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳化硅陶瓷复合材料内衬部件及其制备方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成：碳化硅70-90、不锈钢粉末9-15、钛粉7-9、四甲基氢氧化铵1-2、硅烷偶联剂KH-7921-2、硅粉4-6、丙烯酸树脂2-3、烧结助剂2-4、无水乙醇7-12、炭黑3-4、去离子水80-90；本发明制备的碳化硅复合基陶瓷添加的钛粉增加了陶瓷的致密度和强度，添加的不锈钢粉末降低了烧结温度，并且还加强了材料之间的化学结合力，提高了陶瓷性能，作为内衬部件具有广泛的应用前景。

Description

一种碳化硅陶瓷复合材料内衬部件及其制备方法
技术领域
    本发明涉及一种碳化硅陶瓷复合材料内衬部件及其制备方法，属于陶瓷生产技术领域。
背景技术
碳化硅具有优良的机械性能、良好的热震稳定性、低热膨胀系数和高导热系数等性能，这些特性使其制件在加热及冷却过程中受到的热应力较小，因其还具有良好的化学稳定性和耐酸碱腐蚀性能，作为内衬部件上得到广泛的应用。单一的碳化硅陶瓷虽然具有优良的性能，但其韧性差、加工困难的缺点限制了其应用，解决问题的有效途径就是采用复合化陶瓷基材料，通过添加其他材料改善碳化硅陶瓷脆性大、韧性差、加工困难的缺点，使陶瓷内衬材料具有更加广泛的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳化硅陶瓷复合材料内衬部件及其制备方法。
为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施：
一种碳化硅陶瓷复合材料内衬部件及其制备方法，由下列重量份的原料制成：碳化硅70-90、不锈钢粉末9-15、钛粉7-9、四甲基氢氧化铵1-2、硅烷偶联剂KH-7921-2、硅粉4-6、丙烯酸树脂2-3、烧结助剂2-4、无水乙醇7-12、炭黑3-4、去离子水80-90；
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复合材料内衬部件及其制备方法，由以下具体步骤制成：
（1）将碳化硅、不锈钢粉末、钛粉、硅粉、四甲基氢氧化铵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-792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添加的钛粉增加了陶瓷的致密度和强度，添加的不锈钢粉末降低了烧结温度，并且还加强了材料之间的化学结合力，提高了陶瓷性能，作为内衬部件具有广泛的应用前景。
具体实施方案
下面通过具体实例对本发明进行详细说明。
 一种碳化硅陶瓷复合材料内衬部件及其制备方法，由下列重量份（公斤）的原料制成：碳化硅85、不锈钢粉末13、钛粉7、四甲基氢氧化铵1、硅烷偶联剂KH-7922、硅粉5、丙烯酸树脂3、烧结助剂3、无水乙醇10、炭黑3、去离子水90；
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复合材料内衬部件及其制备方法，由以下具体步骤制成：
（1）将碳化硅、不锈钢粉末、钛粉、硅粉、四甲基氢氧化铵和去离子水加到球磨罐中，球料比3:1，球磨4小时后加入硅烷偶联剂KH-792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4°C/min的速度边搅拌边加热，加热至60°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170MPa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1900°C，保温3-5小时后缓慢降温到1600°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）：32.8；
弹性模量（GPa）：375；
抗折强度（MPa）：182；
断裂韧性（Mpa/m1/2）：4.34；
热膨胀系数（10-5/K）：1.03；
热传导率（W/mK）：112。

Claims (2)

1.一种碳化硅陶瓷复合材料内衬部件及其制备方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成：碳化硅70-90、不锈钢粉末9-15、钛粉7-9、四甲基氢氧化铵1-2、硅烷偶联剂KH-7921-2、硅粉4-6、丙烯酸树脂2-3、烧结助剂2-4、无水乙醇7-12、炭黑3-4、去离子水80-90；
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复合材料内衬部件及其制备方法，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、硅粉、四甲基氢氧化铵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-792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。
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