CN106187247B - 金属铝结合碳化硅复相材料及其制备方法 - Google Patents

金属铝结合碳化硅复相材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金属铝结合碳化硅复相材料及其制备方法，其由粉料和结合剂混合烧结而成；所述粉料组分的重量百分含量为：碳化硅粉90～95%、铝粉5～10%。金属铝作为结合相，常温下具有塑性变形能力，可提高成型密度，减少气孔率；高温下可与树脂残碳反应生成高熔点碳化铝或氧化后生成氧化铝与碳化硅氧化后生成的氧化硅反应，形成莫来石相，改善界面性能，阻止颗粒内部碳化硅进一步氧化；具有高熔点、高热导率、低热膨胀、高热震稳定性和高耐磨性。本材料可用做热处理炉导轨、内衬、隔焰板和棚板、匣钵等陶瓷窑具。本方法具有工艺简单、产品综合性能优良等特点，所得产品具有较高使用温度、高热导率、高耐磨性和良好的热震稳定性和抗氧化性。

Description

金属铝结合碳化硅复相材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种复相材料及其制备方法，尤其是一种金属铝结合碳化硅复相材料及其制备方法。
背景技术
碳化硅质耐火材料（复相材料）具有较高的熔点、高强度、高导热率和高耐磨性，是工业炉特别是高温热处理炉和粉末冶金烧结炉的主要内衬材料和导轨材料；良好的热震稳定性和较高的高温强度，使其在陶瓷、电瓷窑具等领域也应用广泛。碳化硅复相材料通常为氧化物结合碳化硅和氮化硅结合碳化硅材质，氮化硅结合碳化硅材料生产工序复杂，需在氮气气氛下保护烧成，设备复杂，生产成本较高；氧化物结合碳化硅材料，结合相复杂，熔点较低，高温性能差，热震稳定性较差，使用寿命通常较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种综合性能好、成本低的金属铝结合碳化硅复相材料；本发明还提供了一种金属铝结合碳化硅复相材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其由粉料和结合剂混合烧结而成；所述粉料组分的重量百分含量为：碳化硅粉90～95%、铝粉5～10%。
本发明所述碳化硅粉为碳化硅颗粒和碳化硅细粉的混合物，碳化硅颗粒的尺寸为0.5～3mm，碳化硅细粉的粒度≤100um。
本发明所述碳化硅颗粒占粉料总重的50～70%，其余为碳化硅细粉和铝粉。
本发明所述铝粉的粒度≤88um。
本发明所述结合剂为热固性液体酚醛树脂，其用量为粉料的3～5%。所述热固性液体酚醛树脂的粘度为8～12Pa•S，残碳≥40wt%。
本发明方法为：所述粉料和结合剂混匀、压制成型后进行烘干，然后在1400～1500℃高温烧结，即可得到所述的碳化硅复相材料。
本发明方法所述烘干是在180～200℃的温度下烘干10～24小时。
本发明方法所述烧结的保温时间为2～10小时。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明采用金属铝作为结合相，常温下具有塑性变形能力，可提高成型密度，减少气孔率；高温下可与树脂残碳反应生成高熔点碳化铝或氧化后生成氧化铝与碳化硅氧化后生成的氧化硅反应，形成莫来石相，改善界面性能，阻止颗粒内部碳化硅进一步氧化；具有高熔点、高热导率、低热膨胀、高热震稳定性和高耐磨性。本发明可用做热处理炉导轨、内衬、隔焰板和棚板、匣钵等陶瓷窑具。
本发明方法具有工艺简单、产品综合性能优良等特点，所得产品具有较高使用温度、高热导率、高耐磨性和良好的热震稳定性和抗氧化性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：本金属铝结合碳化硅复相材料采用下述方法制备而成。
原料的重量百分比含量为：碳化硅粉92%、铝粉8%，外加4%的热固性液体酚醛树脂，所述外加4%即粉料总重量的4%。其中，各粒度尺寸的原料在粉料中的重量占比为：1.5～2.5mm的碳化硅颗粒20%、1～1.5mm的碳化硅颗粒30%、0.5～1mm的碳化硅颗粒15%，粒度≤74um的碳化硅细粉20%，粒度≤5um的碳化硅细粉7%；粒度≤45um的铝粉8%；所述热固性液体酚醛树脂的粘度为10Pa•S（25℃），残碳44.3%。
将上述原料混合均匀后在压机上压制成型，然后在180℃的温度下烘干24小时，最后在1400℃的温度下高温烧成，保温10小时，即可得到所述的金属铝结合碳化硅复相材料。
所得金属铝结合碳化硅复相材料的体积密度为2.75g/cm3，显气孔率10.2%，常温耐压强度163MPa，高温抗折强度（1400℃）34.5MPa，导热系数17.5W/m•k。
实施例2：本金属铝结合碳化硅复相材料采用下述方法制备而成。
原料的重量百分比含量为：碳化硅粉95%、铝粉5%，外加3.5%的热固性液体酚醛树脂。其中，各粒度尺寸的原料在粉料中的重量占比为：1.5～2.5mm的碳化硅颗粒25%、1～1.5mm的碳化硅颗粒25%、0.5～1mm的碳化硅颗粒20%，粒度≤45um的碳化硅细粉20%，粒度≤5um的碳化硅细粉5%；粒度≤74um的铝粉5%；所述热固性液体酚醛树脂的粘度为9Pa•S（25℃），残碳40%。
将上述原料混合均匀后在压机上压制成型，然后在180℃的温度下烘干24小时，最后在1450℃的温度下高温烧成，保温5小时，即可得到所述的金属铝结合碳化硅复相材料。
所得金属铝结合碳化硅复相材料的体积密度为2.73g/cm3，显气孔率9.8%，常温耐压强度172MPa，高温抗折强度（1400℃）32.6MPa，导热系数18.2W/m•k。
实施例3：本金属铝结合碳化硅复相材料采用下述方法制备而成。
原料的重量百分比含量为：碳化硅粉93%、铝粉7%，外加3%的热固性液体酚醛树脂。其中，各粒度尺寸的原料在粉料中的重量占比为：2.0～3.0mm的碳化硅颗粒20%、1～2.0mm的碳化硅颗粒20%、0.5～1mm的碳化硅颗粒16%，粒度≤100um的碳化硅细粉30%，粒度≤5um的碳化硅细粉7%；粒度≤60um的铝粉7%；所述热固性液体酚醛树脂的粘度为12Pa•S（25℃），残碳41.6%。
将上述原料混合均匀后在压机上压制成型，然后在200℃的温度下烘干15小时，最后在1480℃的温度下高温烧成，保温2小时，即可得到所述的碳化硅复相材料。
所得金属铝结合碳化硅复相材料的体积密度为2.74g/cm3，显气孔率9.5%，常温耐压强度175MPa，高温抗折强度（1400℃）36.6MPa，导热系数17.5W/m•k。
实施例4：本金属铝结合碳化硅复相材料采用下述方法制备而成。
原料的重量百分比含量为：碳化硅粉90%、铝粉10%，外加4.5%的热固性液体酚醛树脂。其中，各粒度尺寸的原料在粉料中的重量占比为：2.0～3.0mm的碳化硅颗粒30%、1.5～2.0mm的碳化硅颗粒20%、1～1.5mm的碳化硅颗粒10%，粒度≤82um的碳化硅细粉20%，粒度≤5um的碳化硅细粉10%；粒度≤88um的铝粉10%；所述热固性液体酚醛树脂的粘度为8Pa•S（25℃），残碳42.5%。
将上述原料混合均匀后在压机上压制成型，然后在190℃的温度下烘干10小时，最后在1420℃的温度下高温烧成，保温8小时，即可得到所述的碳化硅复相材料。
所得金属铝结合碳化硅复相材料的体积密度为2.72g/cm3，显气孔率10.8%，常温耐压强度163MPa，高温抗折强度（1400℃）32.6MPa，导热系数17.2W/m•k。
实施例5：本金属铝结合碳化硅复相材料采用下述方法制备而成。
原料的重量百分比含量为：碳化硅粉94%、铝粉6%，外加5%的热固性液体酚醛树脂。其中，各粒度尺寸的原料在粉料中的重量占比为：1.5～2.0mm的碳化硅颗粒20%、1.0～1.5mm的碳化硅颗粒20%、0.5～1.0mm的碳化硅颗粒10%，粒度≤65um的碳化硅细粉27%，粒度≤5um的碳化硅细粉17%；粒度≤56um的铝粉6%；所述热固性液体酚醛树脂的粘度为11Pa•S（25℃），残碳43.9%。
将上述原料混合均匀后在压机上压制成型，然后在190℃的温度下烘干20小时，最后在1500℃的温度下高温烧成，保温3小时，即可得到所述的碳化硅复相材料。
所得金属铝结合碳化硅复相材料的体积密度为2.75g/cm3，显气孔率9.6%，常温耐压强度182MPa，高温抗折强度（1400℃）35.5MPa，导热系数18.6W/m•k。

Claims (7)

1.一种金属铝结合碳化硅复相材料，其特征在于：其由粉料和结合剂混合烧结而成；所述粉料组分的重量百分含量为：碳化硅粉94～95%、铝粉5～6%；
所述碳化硅粉为碳化硅颗粒和碳化硅细粉的混合物，碳化硅颗粒的尺寸为0.5～3mm，碳化硅细粉的粒度≤100um；
所述金属铝结合碳化硅复相材料的制备方法：所述粉料和结合剂混匀、压制成型后进行烘干，然后在1400～1500℃高温烧结，即可得到所述的碳化硅复相材料；
所述烧结的保温时间为2～10小时。
2.根据权利要求1所述的金属铝结合碳化硅复相材料，其特征在于：所述碳化硅颗粒占粉料总重的50～70%，其余为碳化硅细粉和铝粉。
3.根据权利要求1所述的金属铝结合碳化硅复相材料，其特征在于：所述铝粉的粒度≤88um。
4.根据权利要求1－3任意一项所述的金属铝结合碳化硅复相材料，其特征在于：所述结合剂为热固性液体酚醛树脂，其用量为粉料的3～5%。
5.根据权利要求4所述的金属铝结合碳化硅复相材料，其特征在于：所述热固性液体酚醛树脂的粘度为8～12Pa•S，残碳≥40wt%。
6.权利要求1－5任意一项所述金属铝结合碳化硅复相材料的制备方法，其特征在于：所述粉料和结合剂混匀、压制成型后进行烘干，然后在1400～1500℃高温烧结，即可得到所述的碳化硅复相材料；
所述烧结的保温时间为2～10小时。
7.根据权利要求6所述的金属铝结合碳化硅复相材料的制备方法，其特征在于：所述烘干是在180～200℃的温度下烘干10～24小时。
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