CN104876582A - 一种研磨介质用碳化硅陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种研磨介质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68-78、碳化钨3-5、短切碳纤维预分散体12-14、烧结助剂3-4、镁橄榄石粉5-7、铝粉3-4、聚乙烯醇2-3、硬脂酸镁2-3、硅酸钙1-2、硼酸锌3-4、去离子水70-80；本发明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，本发明通过多组配方体系实验找到精确的原料配比，在烧结助剂的作用下制备出较高的强度、硬度、耐酸碱腐蚀和良好的力学性能的陶瓷，作为研磨介质材料具有良好的应用前景。

Description

一种研磨介质用碳化硅陶瓷及其制备方法
技术领域
    本发明涉及一种研磨介质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
碳化硅陶瓷由于其硬度高的特点而被广泛用于耐磨机械零件中，特别是球磨机中的研磨介质。球磨机中所用的磨介对研磨效率有着重要的影响，磨介的硬度高、韧性好能够保证研磨效率高、掺杂少的要求，并且碳化硅陶瓷还具有优良的耐酸碱腐蚀、磨损率小、使用寿命长和良好的力学性能，但是由于其设备和技术工艺的不成熟大大限制了其应用性，本发明通过复合化改善陶瓷的加工性能，并且引进短切碳纤维提高碳化硅的力学性能，提高材料的断裂韧性，提高素坯的强度和致密度，抑制素坯制备中各种缺陷的产生，满足机械加工要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种研磨介质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：
一种研磨介质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68-78、碳化钨3-5、短切碳纤维预分散体12-14、烧结助剂3-4、镁橄榄石粉5-7、铝粉3-4、聚乙烯醇2-3、硬脂酸镁2-3、硅酸钙1-2、硼酸锌3-4、去离子水70-80；
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。
本发明所述一种研磨介质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、碳化钨、镁橄榄石粉、铝粉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，本发明通过多组配方体系实验找到精确的原料配比，在烧结助剂的作用下制备出较高的强度、硬度、耐酸碱腐蚀和良好的力学性能的陶瓷，作为研磨介质材料具有良好的应用前景。
具体实施方案
下面通过具体实例对本发明进行详细说明。
     一种研磨介质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75、碳化钨5、短切碳纤维预分散体14、烧结助剂4、镁橄榄石粉7、铝粉4、聚乙烯醇3、硬脂酸镁2、硅酸钙1、硼酸锌4、去离子水80；
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。
本发明所述一种研磨介质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、碳化钨、镁橄榄石粉、铝粉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100转/分，继续球磨1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°C/min升温至1600°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）：40.5；
弹性模量（GPa）：390；
抗折强度（MPa）：240；
断裂韧性（Mpa/m1/2）：4.55；
热膨胀系数（10-5/K）：2.4；
热传导率（W/mK）：90。

Claims (3)

1.一种研磨介质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68-78、碳化钨3-5、短切碳纤维预分散体12-14、烧结助剂3-4、镁橄榄石粉5-7、铝粉3-4、聚乙烯醇2-3、硬脂酸镁2-3、硅酸钙1-2、硼酸锌3-4、去离子水70-80；
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所述一种研磨介质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所述一种研磨介质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、碳化钨、镁橄榄石粉、铝粉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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