CN104829254A - 一种喷嘴用碳化硅陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种喷嘴用碳化硅陶瓷及其制备方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成：碳化硅70-80、竹炭粉6-8、高岭土粉2-4、聚乙烯2-3、氧化锂3-4、木质素磺酸钠1-2、短切碳纤维预分散体10-13、丙酮15-20、烧结助剂3-4、去离子水80-90；本发明添加的氧化锂提高了碳化硅陶瓷的耐高温性，添加的短切碳纤维提高碳化硅的力学性能，提高陶瓷的断裂韧性，提高素坯的强度和致密度，满足机械加工要求，并可在较低的温度下进行烧结，节约了能源。

Description

一种喷嘴用碳化硅陶瓷及其制备方法
技术领域
    本发明涉及一种喷嘴用碳化硅陶瓷及其制备方法，属于陶瓷生产技术领域。
背景技术
碳化硅喷嘴是一种新陶瓷材料，具有耐高温、抗氧化、高强度、耐极冷极热、抗热震性好、高温变小、热传导性好、耐磨、耐腐蚀等特点。作为节能耐火材料在卫生陶瓷、日用瓷、电瓷、磁性材料、微晶石、粉末冶金、钢铁热处理等行业的高温窑炉中被广泛应用，由它制成的各种部件也逐渐应用在发电、造纸、石油、化工、机械密封、水泵、表面处理、热交换、选矿、航天等领域。
发明内容
本发明的目的是提供一种喷嘴用碳化硅陶瓷及其制备方法。
为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施：
一种喷嘴用碳化硅陶瓷及其制备方法，由下列重量份的原料制成：碳化硅70-80、竹炭粉6-8、高岭土粉2-4、聚乙烯2-3、氧化锂3-4、木质素磺酸钠1-2、短切碳纤维预分散体10-13、丙酮15-20、烧结助剂3-4、去离子水80-90；
所述烧结助剂是由10-15重量份的氧化铝、8-12重量份的硼化锆、15-20重量份的碳粉混合研磨成200-300目粉末，加入0.4-0.8重量份的亚甲基双丙烯酰胺和10-15重量份的乙醇溶液混合搅拌均匀，加热蒸去溶剂在10-15MPa下压制成胚料，然后于600-800°C下干燥粉碎成150-200目粉末即可。
本发明所述短切碳纤维预分散体的制备方法为：将碳纤维短切为长度在1-3mm，在500-600°C下低温氧化1-2小时，再将其浸入体积比为3：7的稀硝酸和丙酮的混合溶液中，浸泡1-2天后用去离子水反复冲洗表面直至溶液呈中性，烘干后采用溶胶-凝胶法在碳纤维表面形成氧化锆涂层，再将该碳纤维完全浸入水中，超声波分散10-20分钟，再加入碳纤维0.3-0.5倍重量份的OP-10乳化剂，继续超声分散1-2小时即可。
本发明所述一种喷嘴用碳化硅陶瓷及其制备方法，由以下具体步骤制成：
（1）将碳化硅、竹炭粉、高岭土粉、氧化锂、木质素磺酸钠和去离子水混合加到球磨罐中，以高纯度氧化铝磨球球磨2-3小时，再加入除短切碳纤维预分散体之外其余剩余的成分以300-400转/分的转速进行湿法混合，混合1-2小时；
（2）将短切碳纤维预分散体加到步骤（1）中，转速降低至100-200转/分，继续球磨1-2小时，将混合均匀的浆料在室温下抽气缓慢加到金属模具中，然后置于保温箱中于80°C下保温30-50分钟后脱模，在室温下自然干燥至重量不再减少；
（3）将步骤（2）得到的碳化硅陶瓷素坯置入反应烧结炉中，将烧结炉抽真空，以20-25°C/min升温至1600-1700°C，恒温保持3-5小时，试样随炉冷却即可得到。
本发明的优点是：本发明添加的氧化锂提高了碳化硅陶瓷的耐高温性，添加的短切碳纤维提高碳化硅的力学性能，提高陶瓷的断裂韧性，提高素坯的强度和致密度，满足机械加工要求，并可在较低的温度下进行烧结，节约了能源。
具体实施方案
下面通过具体实例对本发明进行详细说明。
    一种喷嘴用碳化硅陶瓷及其制备方法，由下列重量份（公斤）的原料制成：碳化硅80、竹炭粉7、高岭土粉4、聚乙烯3、氧化锂4、木质素磺酸钠1、短切碳纤维预分散体12、丙酮20、烧结助剂4、去离子水90；
所述烧结助剂是由15重量份的氧化铝、8重量份的硼化锆、18重量份的碳粉混合研磨成300目粉末，加入0.6重量份的亚甲基双丙烯酰胺和15重量份的乙醇溶液混合搅拌均匀，加热蒸去溶剂在12MPa下压制成胚料，然后于700°C下干燥粉碎成200目粉末即可。
本发明所述短切碳纤维预分散体的制备方法为：将碳纤维短切为长度在3mm，在600°C下低温氧化2小时，再将其浸入体积比为3：7的稀硝酸和丙酮的混合溶液中，浸泡1天后用去离子水反复冲洗表面直至溶液呈中性，烘干后采用溶胶-凝胶法在碳纤维表面形成氧化锆涂层，再将该碳纤维完全浸入水中，超声波分散20分钟，再加入碳纤维0.5倍重量份的OP-10乳化剂，继续超声分散2小时即可。
本发明所述一种喷嘴用碳化硅陶瓷及其制备方法，由以下具体步骤制成：
（1）将碳化硅、竹炭粉、高岭土粉、氧化锂、木质素磺酸钠和去离子水混合加到球磨罐中，以高纯度氧化铝磨球球磨3小时，再加入除短切碳纤维预分散体之外其余剩余的成分以400转/分的转速进行湿法混合，混合2小时；
（2）将短切碳纤维预分散体加到步骤（1）中，转速降低至200转/分，继续球磨2小时，将混合均匀的浆料在室温下抽气缓慢加到金属模具中，然后置于保温箱中于80°C下保温30分钟后脱模，在室温下自然干燥至重量不再减少；
（3）将步骤（2）得到的碳化硅陶瓷素坯置入反应烧结炉中，将烧结炉抽真空，以20°C/min升温至1700°C，恒温保持4小时，试样随炉冷却即可得到。
本实施例中陶瓷的性能指标结果如下：
硬度（GPa）：32.8；
弹性模量（GPa）：390；
抗折强度（MPa）：240；
断裂韧性（Mpa/m1/2）：3.38；
热膨胀系数（10-5/K）：1.9；
热传导率（W/mK）：120。

Claims (3)

1.一种喷嘴用碳化硅陶瓷及其制备方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成：碳化硅70-80、竹炭粉6-8、高岭土粉2-4、聚乙烯2-3、氧化锂3-4、木质素磺酸钠1-2、短切碳纤维预分散体10-13、丙酮15-20、烧结助剂3-4、去离子水80-90；
所述的烧结助剂是由10-15重量份的氧化铝、8-12重量份的硼化锆、15-20重量份的碳粉混合研磨成200-300目粉末，加入0.4-0.8重量份的亚甲基双丙烯酰胺和10-15重量份的乙醇溶液混合搅拌均匀，加热蒸去溶剂在10-15MPa下压制成胚料，然后于600-800°C下干燥粉碎成150-200目粉末即可。
2.根据权利要求1所述一种喷嘴用碳化硅陶瓷及其制备方法，其特征在于，所述短切碳纤维预分散体的制备方法为：将碳纤维短切为长度在1-3mm，在500-600°C下低温氧化1-2小时，再将其浸入体积比为3：7的稀硝酸和丙酮的混合溶液中，浸泡1-2天后用去离子水反复冲洗表面直至溶液呈中性，烘干后采用溶胶-凝胶法在碳纤维表面形成氧化锆涂层，再将该碳纤维完全浸入水中，超声波分散10-20分钟，再加入碳纤维0.3-0.5倍重量份的OP-10乳化剂，继续超声分散1-2小时即可。
3.根据权利要求1所述一种喷嘴用碳化硅陶瓷及其制备方法，其特征在于，由以下具体步骤制成：
（1）将碳化硅、竹炭粉、高岭土粉、氧化锂、木质素磺酸钠和去离子水混合加到球磨罐中，以高纯度氧化铝磨球球磨2-3小时，再加入除短切碳纤维预分散体之外其余剩余的成分以300-400转/分的转速进行湿法混合，混合1-2小时；
（2）将短切碳纤维预分散体加到步骤（1）中，转速降低至100-200转/分，继续球磨1-2小时，将混合均匀的浆料在室温下抽气缓慢加到金属模具中，然后置于保温箱中于80°C下保温30-50分钟后脱模，在室温下自然干燥至重量不再减少；
（3）将步骤（2）得到的碳化硅陶瓷素坯置入反应烧结炉中，将烧结炉抽真空，以20-25°C/min升温至1600-1700°C，恒温保持3-5小时，试样随炉冷却即可得到。
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