CN105712727B - 一种高抗热震碳化硅复合陶瓷换热器管及其制备方法 - Google Patents

一种高抗热震碳化硅复合陶瓷换热器管及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高抗热震碳化硅复合陶瓷换热器管及其制备方法，采用碳化硅泥料为原料制得，碳化硅泥料原料组分为：碳化硅微粉50％～70％、短切碳纤维10％～20％、炭黑2％～9％、石墨3％～10％、粘合剂2％～9％，润滑剂0.5％～2％，去离子水8％～20％，通过挤出成型机成型代替注浆浇筑成型，效率明显提高，适合连续生产，制得的换热器管壁厚均匀，密度、硬度、强度、热导率等性能均匀统一，经反应烧结后的复合陶瓷由于短切碳纤维的存在，为复合陶瓷基体引入了一定量的微裂纹和气孔，这些微裂纹的存在分散和消耗了材料受到热冲击时的热弹性应变能，而气孔的存在有利于应力的松弛，大大提高了陶瓷换热器管的高抗热震性。

Description

一种高抗热震碳化硅复合陶瓷换热器管及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高抗热震碳化硅复合陶瓷换热器管及其制备方法，属于陶瓷制备技术领域。
背景技术
换热器管是换热器的核心部件，其热导率的高低决定着换热器换热效率的高低，其耐腐蚀性决定着换热器耐腐蚀性，其耐高温性影响着换热器的耐高温性，其抗热震性能的好坏将直接影响着换热器的使用寿命。
陶瓷以高硬度、高强度、耐高温、耐腐蚀及良好的化学稳定性等优点而备受人们青睐，尤其是在高温工程领域有着广泛的应用，如高温窑具、发动机涡轮片、高温轴承、燃气喷管、高温过滤器、陶瓷隔热瓦、陶瓷换热器等，陶瓷材料主要是由离子键、共价键，或者他们的混合键组成。陶瓷材料再生产和使用过程中都要受到一定温度变化的影响，只是温度骤变的程度各不相同，材料承受温度骤变而不致破坏的能力称之为抗热震性或抗热冲击性。陶瓷材料最明显的弱点是脆性大，也即抗热震性差，而且导热性能差、弹性模量大，容易导致材料的失效或破坏。
目前，换热器管的材质为不锈钢、碳质和陶瓷材料等。不锈钢材质换热管使用温度低于 800℃，耐酸碱腐蚀性差；石墨耐腐蚀性好但热导率低、强度低、抗氧化性能差，这使得碳质材料换热管换热效率低，易损坏，而且不能在高温氧化气氛下使用，一般在低温环境获保护气氛下的高温环境应用。陶瓷换热管具有高温强度高，抗氧化、抗热震性能好、寿命长等优点，因而广泛用于冶金、石化、食品、制药等行业。目前产用制作陶瓷换热管的陶瓷材料主要有堇青石、莫来石、高铝石、焦宝石、碳化硅等，由于堇青石、莫来石、高铝石、焦宝石等材料制备的换热器管抗热震性能差、耐腐蚀性能差的问题。
因此，研究一种兼具抗热震性及耐腐蚀性的换热器管是目前陶瓷换热器管需要解决的一个技术难题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种高抗热震碳化硅复合陶瓷换热器管，该方法具有具有制备工艺简单、生产效率高、成本低，生产的产品具有热导率高、耐腐蚀、耐高温、抗热震性好、热膨胀系数低的特性，可广泛用于冶金、电力、化工等强腐蚀性液体的换热领域。
本发明的技术方案为：
一种高抗热震碳化硅复合陶瓷换热器管，采用碳化硅泥料为原料制得，所述的碳化硅泥料原料组分及其重量百分比组成如下：碳化硅微粉50％～70％、短切碳纤维10％～20％、炭黑2％～9％、石墨3％～10％、粘合剂2％～9％，润滑剂0.5％～2％，去离子水8％～20％，各组分重量百分比之和为 100％。
本发明优选的，所述的粘合剂为聚乙烯醇、聚乙二醇或甲基纤维素中的一种或两种以上的混合物。
本发明优选的，所述的润滑剂为甘油、油酸或植物油中的一种或两种以上的混合物。
本发明优选的，所述的润滑剂为甘油和/或油酸。
本发明优选的，所述的植物油为花生油。花生油为现有技术，市售产品。
本发明优选的，所述的碳化硅泥料原料组分及其重量百分比组成如下：碳化硅微粉 55％～65％、短期碳纤维12％～18％、炭黑3％～8％、石墨4％～9％、粘合剂3％～8％，润滑剂0.5％～2％，去离子水8％～20％。
本发明优选的，所述的短切碳纤维直径为6～20μm，平均长度为3～10mm。
本发明优选的，所述的短切碳纤维按如下处理方法得到，将短切碳纤维于1200～1800℃的氩气气氛中进行热处理，以去除表面金属离子及杂质，然后用丙酮在超声波中清洗至表面无胶，清洗完后在烘箱中烘至丙酮完全挥发；然后处理后的短切碳纤维于分散剂溶液中浸泡 10～25小时后，用蒸馏水清洗净后烘干，即得。
本发明优选的，碳化硅微粉的粒径为1-10微米，炭黑、石墨的粒径为1-100纳米。
组成本发明碳化硅泥料的配伍，碳化硅微粉、短切碳纤维、炭黑、石墨、粘合剂、润滑剂和去离子水：选取润滑剂为甘油、油酸或植物油中的一种或两种以上的混合物，润滑剂为甘油、油酸或植物油中的一种或两种以上的混合物，在此混合物中，碳化硅微粉、炭黑、石墨均匀分散在短切碳纤维周围，确保烧成后复合陶瓷材料体积密度、硬度、强度、热导率等性能的均匀统一，均匀分散的炭黑石墨为换热器管反应烧结提供主要碳源，粘合剂起到粘结粉料和碳纤维的作用，同时在烧结过程中为换热器管反应烧结提供辅助碳源。去离子水起到增加混合物流动性能，便于挤出。润滑剂在混合物挤出过程中起到润滑的作用，提高挤出效率，降低模具磨损。经反应烧结后的复合陶瓷由于短切碳纤维的存在，为复合陶瓷基体引入了一定量的微裂纹和气孔，这些微裂纹的存在分散和消耗了材料受到热冲击时的热弹性应变能，而气孔的存在有利于应力的松弛，大大提高了陶瓷换热器管的高抗热震性。
上述高抗热震碳化硅复合陶瓷换热器管的制备方法，步骤如下：
(1)短切碳纤维预处理：将短切碳纤维于1200～1800℃的氩气气氛中进行热处理，以去除表面金属离子及杂质，然后用丙酮在超声波中清洗至表面无胶，清洗完后在烘箱中烘至丙酮完全挥发；然后处理后的短切碳纤维于分散剂溶液中浸泡10～25小时后，用蒸馏水清洗净后烘干，即得处理后短切碳纤维；
(2)混料：按配比取原料混合均匀，得混合泥料；
(3)炼泥：将混合泥料于真空条件下炼制1-4h，炼制温度为10-60℃，真空度为0.06-0.1MPa，得炼制后的泥料；
(4)陈化：将炼制后的泥料于无氧条件下密封陈化2-7天；
(5)挤出：将陈化后的泥料装入挤出机中真空挤出成型，得换热器管生坯；
(6)干燥：将换热器管生坯干燥后置于真空反应烧结炉中进行烧结，下面铺金属硅粒，硅粒的用量为坯体质量的0.5-1.5倍，升温至1530-1760℃保温30-180min，烧结过程中通入氩气作为保护气体，冷却至室温，即得本发明的高抗热震碳化硅复合陶瓷换热器管。
本发明优选的，步骤(2)中，所述的混合分为干混和湿混，碳化硅微粉、处理后短切碳纤维、炭黑、石墨、粘合剂先干混1-5h；然后将润滑剂、去离子水分批加入混料机中继续湿混6-12h。
优选的，干混时间为1.5-4h，湿混时间6-10h。
本发明优选的，步骤(3)，炼制时间为1.5-3.5h，炼制温度为15-55℃，真空度为0.08-0.09MPa。
本发明优选的，步骤(4)，陈化时间为3-6天。
本发明优选的，步骤(5)中，挤出压力为8-24MPa，真空度为0.06-0.1MPa；优选的，挤出压力为10-22MPa，真空度为0.08-0.09MPa。
本发明优选的，步骤(6)中，所述的干燥为采用微波干燥，干燥温度为50-90℃，干燥时间为2-6小时，微波频率300-1500MHZ；优选的，微波干燥温度为60-80℃，微波干燥时间为2.5-5h，微波频率915MHZ。
本发明优选的，步骤(6)中，金属硅粒的用量为换热器管生坯质量的0.6-1.2倍。
本发明优选的，步骤(6)中，烧结温度为1580-1730℃，保温时间60-120min，升温速率2-40℃/min，优选的，升温速率为10-30℃/min。
本发明的有益效果
1、本发明采用碳化硅泥料为制备原料，经干混、湿混、炼泥、挤出、干燥、烧结，制得的高抗热震碳化硅复合陶瓷换热器管生产效率高、成本低，价格低廉，可以连续化生产。
2、本发明采用碳化硅泥料作为制备原料，选用挤出成型机成型代替注浆浇筑成型，效率明显提高，适合连续生产，制得的换热器管壁厚均匀，密度、硬度、强度、热导率等性能均匀统一。
3、本发明制备出的碳化硅陶瓷换热器管体积密度在3.00g/cm3以上，抗热震性(1100℃，空冷)10次循环以上，轻质且高致密度，换热性能好。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。
实施例中采用的原料碳化硅微粉、短切碳纤维、炭黑、石墨、粘合剂、润滑剂、去离子水均为市售原料。
实施例中的混料机，购自莱州华天化工设备有限公司，型号NH-500；真空炼泥机、真空挤出机购自淄博浩威诚机械制造有限公司；微波干燥机购自淄博金蝶陶瓷机械厂；烧结炉，购自沈阳沈真真空技术有限责任公司，型号为VQS系列高温真空烧结炉。
实施例1
一种高抗热震碳化硅复合陶瓷换热器管，采用碳化硅泥料为原料制得，所述的碳化硅泥料原料组分及其重量百分比组成如下：碳化硅微粉55％、短切碳纤维15％、炭黑5％、石墨4％、聚乙烯醇3％，甘油0.5％，去离子水17.5％。
制备方法步骤如下：
(1)短切碳纤维预处理：将短切碳纤维于1600℃的氩气气氛中进行热处理，以去除表面金属离子及杂质，然后用丙酮在超声波中清洗至表面无胶，清洗完后在烘箱中烘至丙酮完全挥发；然后处理后的短切碳纤维于分散剂溶液中浸泡20小时后，用蒸馏水清洗净后烘干，即得处理后短切碳纤维；
(2)混料：将碳化硅微粉、处理后短切碳纤维、炭黑、石墨、粘合剂填入混料机中干混 1.5h；将润滑剂、去离子水分批加入混料机中继续混制6h；
(3)炼泥：将混好的泥料转移至炼泥机中真空条件下炼制1.5h,炼制温度为20℃，真空度为0.08MPa；
(4)陈化：将炼制好的泥料装入料罐中密封陈化3天；
(5)挤出：将陈化好的泥料装入挤出机中真空挤出成型，挤出压力为10MPa,真空度为 0.08MPa；
(6)干燥：将挤出成型的碳化硅换热器管转移至微波干燥机中干燥，温度为60℃，干燥时间为2小时；
(7)烧结：将干燥后的碳化硅换热器管坯体置于真空反应烧结炉中，下面铺金属硅粒，硅粒的用量为坯体质量的1.2倍，升温至烧结温度1580℃保温120min，烧结过程中通入氩气作为保护气体，所述的升温速率为10℃/min，自然降温后得本发明的高抗热震碳化硅复合陶瓷换热器管，体积密度为3.01g/cm3，抗热震性(1100℃，空冷)20次循环无开裂。
实施例2
一种高抗热震碳化硅复合陶瓷换热器管，采用碳化硅泥料为原料制得，所述的碳化硅泥料原料组分及其重量百分比组成如下：碳化硅微粉63％、短切碳纤维12％、炭黑4％、石墨5％、聚乙二醇4％，甘油0.9％，去离子水11.1％；
制备方法步骤如下：
(1)短切碳纤维预处理：将短切碳纤维于1800℃的氩气气氛中进行热处理，以去除表面金属离子及杂质，然后用丙酮在超声波中清洗至表面无胶，清洗完后在烘箱中烘至丙酮完全挥发；然后处理后的短切碳纤维于分散剂溶液中浸泡18小时后，用蒸馏水清洗净后烘干，即得处理后短切碳纤维；
(2)混料：将碳化硅微粉、处理后短切碳纤维、炭黑、石墨、粘合剂填入混料机中干混 2h；将润滑剂、去离子水分批加入混料机中继续混制8h；
(3)炼泥：将混好的泥料转移至炼泥机中真空条件下炼制2h,炼制温度为30℃，真空度为0.09MPa；
(4)陈化：将炼制好的泥料装入料罐中密封陈化4天；
(5)挤出：将陈化好的泥料装入挤出机中真空挤出成型，挤出压力为12MPa,真空度为 0.09MPa；
(6)干燥：将挤出成型的碳化硅换热器管转移至微波干燥机中干燥，温度为70℃，干燥时间为2.5小时；
(7)烧结：将干燥后的碳化硅换热器管坯体置于真空反应烧结炉中，下面铺金属硅粒，硅粒的用量为坯体质量的0.90倍，升温至烧结温度1600℃保温90min，烧结过程中通入氩气作为保护气体，所述的升温速率为15℃/min，自然降温后得本发明的高抗热震性碳化硅复合陶瓷换热器管，体积密度为3.02g/cm3，抗热震性(1100℃，空冷)16次循环无开裂。
实施例3
一种高抗热震碳化硅复合陶瓷换热器管，采用碳化硅泥料为原料制得，所述的碳化硅泥料原料组分及其重量百分比组成如下：碳化硅微粉64％、短切碳纤维16％、炭黑3％、石墨4％、甲基纤维素3％，油酸1％，去离子水9％；
制备方法步骤如下：
(1)短切碳纤维预处理：将短切碳纤维于1400℃的氩气气氛中进行热处理，以去除表面金属离子及杂质，然后用丙酮在超声波中清洗至表面无胶，清洗完后在烘箱中烘至丙酮完全挥发；然后处理后的短切碳纤维于分散剂溶液中浸泡14小时后，用蒸馏水清洗净后烘干，即得处理后短切碳纤维；
(2)混料：将碳化硅微粉、处理后短切碳纤维、炭黑、石墨、粘合剂填入混料机中干混 2h；将润滑剂、去离子水分批加入混料机中继续混制8h；
(3)炼泥：将混好的泥料转移至炼泥机中真空条件下炼制2h,炼制温度45℃，真空度为 0.09MPa；
(4)陈化：将炼制好的泥料装入料罐中密封陈化4天；
(5)挤出：将陈化好的泥料装入挤出机中真空挤出成型，挤出压力为12MPa,真空度为 0.09MPa；
(6)干燥：将挤出成型的碳化硅换热器管转移至微波干燥机中干燥，温度为70℃，干燥时间为2.5小时；
(7)烧结：将干燥后的碳化硅换热器管坯体置于真空反应烧结炉中，下面铺金属硅粒，硅粒的用量为坯体质量的0.6倍，升温至烧结温度1650℃保温60min，烧结过程中通入氩气作为保护气体，所述的升温速率为25℃/min，自然降温后得本发明的高热导率耐腐蚀耐高温碳化硅陶瓷换热器管，体积密度为3.03g/cm3，抗热震性(1100℃，空冷)15次循环无开裂。
对比例1
一种高抗热震碳化硅复合陶瓷换热器管，采用碳化硅泥料为原料制得，所述的碳化硅泥料同实施例1，不同之处在于：原料组分及其重量百分比组成如下：碳化硅微粉65％、炭黑 5.88％、石墨4.71％、粘合剂3.53％，润滑剂0.59％，去离子水20.29％(即实施例1中，不加短切碳纤维，对应的各组分加入量)。
对比例2
一种高抗热震碳化硅复合陶瓷换热器管，采用碳化硅泥料为原料制得，所述的碳化硅泥料同实施例2，不同之处在于：原料组分及其重量百分比组成如下：碳化硅微粉71.50％、炭黑4.55％、石墨5.68％、粘合剂4.55％，润滑剂1.02％，去离子水12.7％(即实施例2中，不加短切碳纤维，对应的各组分加入量)。
对比例3
一种高抗热震碳化硅复合陶瓷换热器管，采用碳化硅泥料为原料制得，所述的碳化硅泥料同实施例3，不同之处在于：原料组分及其重量百分比组成如下：碳化硅微粉76.19％、炭黑3.57％、石墨4.76％、粘合剂3.57％，润滑剂1.19％，去离子水10.72％(即实施例3中，不加短切碳纤维，对应的各组分加入量)。
本发明制得的高抗热震碳化硅复合陶瓷换热器管与对比例中碳化硅换热器管性能相比，密度、热导率、抗热震性能、耐酸碱腐蚀性对比结果如下表1所示。
表1密度、热导率、抗热震性能、耐酸碱腐蚀性对比结果
通过对比分析可知，本发明实施例1-3制得的高抗热震碳化硅复合陶瓷换热器管与对比例1-3制得的碳化硅陶瓷换热器管相比，实施例1-3密度相对低于对比例1-3，实施例1-3 热导率、耐酸腐蚀性、耐碱腐蚀性与对比例1-3相近，但是抗热震性测试结果，实施例1-3 明显优于对比例1-3。

Claims (6)

1.一种高抗热震碳化硅复合陶瓷换热器管，采用碳化硅泥料为原料制得，所述的碳化硅泥料原料组分及其重量百分比组成如下：碳化硅微粉50%~70%、短切碳纤维10%~20%、炭黑2%~9%、石墨3%~10%、粘合剂2%~9%，润滑剂0.5%~2%，去离子水8%~20%，各组分重量百分比之和为100%；
所述的粘合剂为聚乙烯醇、聚乙二醇或甲基纤维素中的一种或两种以上的混合物，所述的润滑剂为甘油、油酸或植物油中的一种或两种以上的混合物；
所述的短切碳纤维直径为6～20μm，平均长度为3～10mm；碳化硅微粉的粒径为1-10微米，炭黑、石墨的粒径为1-100纳米；
短切碳纤维按如下处理方法得到，将短切碳纤维于1200～1800℃的氩气气氛中进行热处理，以去除表面金属离子及杂质，然后用丙酮在超声波中清洗至表面无胶，清洗完后在烘箱中烘至丙酮完全挥发；然后处理后的短切碳纤维于分散剂溶液中浸泡10～25小时后，用蒸馏水清洗净后烘干，即得。
2.根据权利要求1所述的高抗热震碳化硅复合陶瓷换热器管，其特征在于，所述的碳化硅泥料原料组分及其重量百分比组成如下：碳化硅微粉55%~65%、短切 碳纤维12%~18%、炭黑3%~8%、石墨4%~9%、粘合剂3%~8%，润滑剂0.5%~2%，去离子水8%~20%。
3.权利要求1所述的高抗热震碳化硅复合陶瓷换热器管的制备方法，其特征在于，步骤如下：
（1）短切碳纤维预处理：将短切碳纤维于1200～1800℃的氩气气氛中进行热处理，以去除表面金属离子及杂质，然后用丙酮在超声波中清洗至表面无胶，清洗完后在烘箱中烘至丙酮完全挥发；然后处理后的短切碳纤维于分散剂溶液中浸泡10～25小时后，用蒸馏水清洗净后烘干，即得处理后短切碳纤维；
（2）混料：按配比取原料混合均匀，得混合泥料；
（3）炼泥：将混合泥料于真空条件下炼制1-4h，炼制温度为10-60℃，真空度为0.06-0.1MPa，得炼制后的泥料；
（4）陈化：将炼制后的泥料于无氧条件下密封陈化2-7天；
（5）挤出：将陈化后的泥料装入挤出机中真空挤出成型，得换热器管生坯；
（6）干燥：将换热器管生坯干燥后置于真空反应烧结炉中进行烧结，下面铺金属硅粒，硅粒的用量为坯体质量的0.5-1.5倍，升温至1530-1760℃保温30-180min，烧结过程中通入氩气作为保护气体，冷却至室温，即得高抗热震碳化硅复合陶瓷换热器管。
4.根据权利要求3所述的高抗热震碳化硅复合陶瓷换热器管的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的混料分为干混和湿混，碳化硅微粉、处理后短切碳纤维、炭黑、石墨、粘合剂先干混1-5h；然后将润滑剂、去离子水分批加入混料机中继续湿混6-12h。
5.根据权利要求3所述的高抗热震碳化硅复合陶瓷换热器管的制备方法，其特征在于，步骤（3），炼制时间为1.5-3.5h，炼制温度为15-55℃，真空度为0.08-0.09MPa；步骤（4），陈化时间为3-6天；步骤（5）中，挤出压力为8-24MPa，真空度为0.06-0.1MPa。
6.根据权利要求3所述的高抗热震碳化硅复合陶瓷换热器管的制备方法，其特征在于，步骤（6）中，所述的干燥为微波干燥，干燥温度为50-90℃，干燥时间为2-6小时，微波频率300-1500MHz；金属硅粒的用量为换热器管生坯质量的0.6-1.2倍；烧结温度为1580-1730℃，保温时间60-120min，升温速率2-40℃/min。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106380202A (zh) * 2016-08-26 2017-02-08 山田研磨材料有限公司 一种碳化硅烧结挤出成型的配料方法
CN106482563A (zh) * 2016-10-20 2017-03-08 合肥海宝节能科技有限公司 换热管的加工方法
CN109020551A (zh) * 2018-08-28 2018-12-18 辽阳宏图碳化物有限公司 生产高密度碳化硅发热体的工艺
CN109574692B (zh) * 2019-01-09 2021-07-27 山东中鹏特种陶瓷有限公司 碳化硅紧固件及制造工艺
CN109678515A (zh) * 2019-01-31 2019-04-26 邱洪 碳化硅陶瓷连续流反应器/冷凝器及其制造方法
CN110253735B (zh) * 2019-06-26 2021-05-28 深圳市商德先进陶瓷股份有限公司 陶瓷坯体、陶瓷制品及其相应的制备方法
CN113307644A (zh) * 2021-06-17 2021-08-27 山田研磨材料有限公司 一种氮化改性反应烧结碳化硅陶瓷表面的方法
CN114538944A (zh) * 2022-03-24 2022-05-27 湖南国发控股有限公司 一种碳纤维窑具的制备配方及制备工艺
CN115180951A (zh) * 2022-06-01 2022-10-14 山东百川智能科技有限公司 一种无压烧结高抗热震碳化硅陶瓷换热器管及其加工方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102180674A (zh) * 2011-01-31 2011-09-14 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种反应烧结SiC陶瓷的制备方法
CN103342560A (zh) * 2013-07-11 2013-10-09 高源� 一种陶瓷材料制成的热交换元件及其制备方法
CN103864450A (zh) * 2012-12-12 2014-06-18 峰峰矿区新东方科技开发有限公司 无压烧结碳化硅基加碳纤维复合陶瓷制造方法
CN104926313A (zh) * 2015-06-29 2015-09-23 山东大学 一种高热导率反应烧结碳化硅陶瓷材料及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102180674A (zh) * 2011-01-31 2011-09-14 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种反应烧结SiC陶瓷的制备方法
CN103864450A (zh) * 2012-12-12 2014-06-18 峰峰矿区新东方科技开发有限公司 无压烧结碳化硅基加碳纤维复合陶瓷制造方法
CN103342560A (zh) * 2013-07-11 2013-10-09 高源� 一种陶瓷材料制成的热交换元件及其制备方法
CN104926313A (zh) * 2015-06-29 2015-09-23 山东大学 一种高热导率反应烧结碳化硅陶瓷材料及其制备方法

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