CN107021768A - 一种高性能碳化硅陶瓷脱水元件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高性能碳化硅陶瓷脱水元件及制备方法。其组份及重量配比为：碳化硅超细粉93‑99份，碳化硼超细粉1‑5份，纳米级硼化钛1‑5份，石墨烯水溶液0.1‑1份，水溶性酚醛树脂8‑15份，高效分散剂5‑10份，坯体增强剂1‑5份。经过循环混料研磨、喷雾造粒、干压成型、生坯固化和真空烧结，制得最终产品。本发明生产过程中提高了安全性和方便性，降低了生产成本，引入少量的纳米级硼化钛，使得内部得到优化，大大提高了产品性能。

Description

一种高性能碳化硅陶瓷脱水元件及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高性能碳化硅陶瓷脱水元件及其制造方法。
背景技术
造纸机的网部是造纸机上影响纸幅质量的最重要的一部分，而陶瓷脱水元件又是影响设备使用寿命的最重要的关键部件。目前，陶瓷脱水元件广泛用于造纸机的网部，如成型板、脱水板、真空吸水箱面板、吸湿箱面板等。随着市场对高档纸张需求的不断增加以及对纸张质量要求的不断提高，纸机的工作速度也在不断提高，由原来的300-500米/秒提高到1200-1500米/秒甚至更高，因此原有给低速纸机配套的的氧化铝陶瓷脱水元件在耐磨性、、致密性、气孔率等方面已经不能满足高速纸机的使用要求，必须使用而耐磨性能更好、致密性更高的碳化硅陶瓷脱水元件。目前国内高速纸机上使用的碳化硅脱水元件全部依靠从国外进口，价格高昂且后期维修极为不便，国内尚无厂家进行相关产品的开发和生产。因此，如果能够开发出一种性能优良的碳化硅陶瓷脱水元件，替代国外进口产品，具有极大的市场价值和社会效益。
发明内容
针对上述缺陷，本发明的目的在于提供一种工艺简单，生产过程中安全性高，生产成本低，产品性能优良的一种高性能碳化硅陶瓷脱水元件及其制备方法。
为此本发明所采用的技术方案是：
一种高性能碳化硅陶瓷脱水元件，其组份及重量配比为：碳化硅超细粉93-99份，碳化硼超细粉1-5份，纳米级硼化钛1-5份，石墨烯水溶液0.1-1份，水溶性酚醛树脂8-15份，高效分散剂5-10份，坯体增强剂1-5份。
制作一种高性能碳化硅陶瓷脱水元件的工艺方法，包括以下步骤：
（1）循环混料研磨：将碳化硅超细粉93-99份，碳化硼超细粉1-5份，纳米级硼化钛1-5份，石墨烯水溶液0.1-1份，水溶性酚醛树脂8-15份，高效分散剂5-10份，坯体增强剂1-5份，采用去离子水作为液体介质，加入到自循环搅拌磨中进行研磨混料6-20小时，采用碳化硅球作为研磨介质，料浆固含量40-50wt%，将混合好的浆料放入搅拌桶中进行搅拌2小时，同时加入高效消泡剂排除浆料中的气泡；采用自循环搅拌磨进行混料研磨，研磨效率大大提高，混料均匀性明显提升；
（2）喷雾造粒：将上述混合料喷入离心造粒塔内，通过控制雾化盘转速、进风温度、出风温度、进料速度获得颗粒形态好、流动性好、颗粒分布范围窄、水分适中的造粒粉，雾化盘离心变频26-32，进风温度150-220℃，出风温度80-110℃，进浆压力40-60；
（3）干压成型：将上述造粒粉置于硬质合金模具内进行压制得到生坯，压制方式为立压式压制，单位压力1500-2000MPa；采用立压式的压制生产工艺，有效解决了陶瓷脱水元件形状复杂，加工成本高的问题，大大降低了产品制造成本；
（4）生坯固化：将压制好的生坯放入干燥箱中按照设定好的固化曲线进行干燥固化，得到生坯强度较好的生坯；固化工艺有效降低了产品的烧结变形，降低产品开裂的可能性；
（5）真空烧结：将上述固化好的生坯置于石墨坩埚中紧密排列整齐，然后将装好生坯的石墨坩埚放入高温真空烧结炉中按照设定好的烧结曲线进行烧制，烧成温度为2100-2250℃，保温时间为1-4小时，最终制得高性能碳化硅陶瓷脱水元件。
本发明的优点是：
1、本发明在生产过程中使用了水溶性酚醛树脂并且不使用石油焦和炭黑，使得生产过程中的安全性和方便性大大提高了，生产成本也大大降低，
2、产品中由于引入少量的纳米硼化钛和石墨烯水溶液，内部结构得到了优化，大大提高了产品性能。首次在配方中引入了石墨烯，并且石墨烯对产品的改性效果明显。产品技术指标：体积密度≥３．17ｇ／ｃｍ３，维氏硬度≥２7００ＨＶ，抗弯强度≥45０ＭＰａ，弹性模量≥415ＧＰａ，断裂韧性≥4.5ＭＰａ·m-1/2，耐磨性：＞5000小时，气孔率：0。
3、首次采用自循环搅拌磨进行混料研磨，研磨效率大大提高，混料均匀性明显提升。
4、首次采用立压式的压制生产工艺，立压式的压制工艺有效解决了陶瓷脱水元件形状复杂，加工成本高的问题，大大降低了产品制造成本。陶瓷脱水元件由于要与纸机网箱基板进行安装固定，为了保证安装牢固，结合紧密，陶瓷与基板的连接固定部分需采用燕尾结构，形状较复杂。普通的成型压制工艺无法将复杂形状一次性压制实现，都是通过后续加工的方法来达到效果。本发明首次采用了立压式的压制成型工艺，能够一次性将复杂形状的陶瓷脱水元件压制成功，省去了后续加工环节，大大降低了产品的生产成本。
具体实施方式
实施例1
一种高性能碳化硅陶瓷脱水元件，其组份及重量配比为：碳化硅超细粉93份，碳化硼超细粉1份，纳米级硼化钛1份，石墨烯水溶液0.1份，水溶性酚醛树脂8份，高效分散剂5份，坯体增强剂1份。
制造一种高性能碳化硅陶瓷脱水元件的工艺方法，包括以下步骤：
（1）循环混料研磨：将碳化硅超细粉93份，碳化硼超细粉1份，纳米级硼化钛1份，石墨烯水溶液0.1份，水溶性酚醛树脂8份，高效分散剂5份，坯体增强剂1份，采用去离子水作为液体介质，加入到自循环搅拌磨中进行研磨混料6-20小时，采用碳化硅球作为研磨介质，料浆固含量40-50wt%，将混合好的浆料放入搅拌桶中进行搅拌2小时，同时加入高效消泡剂排除浆料中的气泡；
（2）喷雾造粒：将上述混合料喷入离心造粒塔内，通过控制雾化盘转速、进风温度、出风温度、进料速度获得颗粒形态好、流动性好、颗粒分布范围窄、水分适中的造粒粉，雾化盘离心变频26，进风温度150℃，出风温度80℃，进浆压力40；
（3）干压成型：将上述造粒粉置于硬质合金模具内进行压制得到生坯，压制方式为立压式压制，单位压力1500MPa；
（4）生坯固化：将压制好的生坯放入干燥箱中按照设定好的固化曲线进行干燥固化，得到生坯强度较好的生坯；
（5）真空烧结：将上述固化好的生坯置于石墨坩埚中紧密排列整齐，然后将装好生坯的石墨坩埚放入高温真空烧结炉中按照设定好的烧结曲线进行烧制，烧成温度为2100℃，保温时间为1-4小时，最终制得高性能碳化硅陶瓷脱水元件。
实施例2
一种高性能碳化硅陶瓷脱水元件，其组份及重量配比为：碳化硅超细粉96份，碳化硼超细粉3份，纳米级硼化钛3份，石墨烯水溶液0.6份，水溶性酚醛树脂11份，高效分散剂8份，坯体增强剂3份。
制造一种高性能碳化硅陶瓷脱水元件的工艺方法，包括以下步骤：
（1）循环混料研磨：将碳化硅超细粉96份，碳化硼超细粉3份，纳米级硼化钛3份，石墨烯水溶液0.6份，水溶性酚醛树脂11份，高效分散剂8份，坯体增强剂3份，采用去离子水作为液体介质，加入到自循环搅拌磨中进行研磨混料6-20小时，采用碳化硅球作为研磨介质，料浆固含量40-50wt%，将混合好的浆料放入搅拌桶中进行搅拌2小时，同时加入高效消泡剂排除浆料中的气泡；
（2）喷雾造粒：将上述混合料喷入离心造粒塔内，通过控制雾化盘转速、进风温度、出风温度、进料速度获得颗粒形态好、流动性好、颗粒分布范围窄、水分适中的造粒粉，雾化盘离心变频30，进风温度180℃，出风温度95℃，进浆压力50；
（3）干压成型：将上述造粒粉置于硬质合金模具内进行压制得到生坯，压制方式为立压式压制，单位压力1750MPa；
（4）生坯固化：将压制好的生坯放入干燥箱中按照设定好的固化曲线进行干燥固化，得到生坯强度较好的生坯；
（5）真空烧结：将上述固化好的生坯置于石墨坩埚中紧密排列整齐，然后将装好生坯的石墨坩埚放入高温真空烧结炉中按照设定好的烧结曲线进行烧制，烧成温度为2200℃，保温时间为1-4小时，最终制得高性能碳化硅陶瓷脱水元件。
实施例3
一种高性能碳化硅陶瓷脱水元件，其组份及重量配比为：碳化硅超细粉99份，碳化硼超细粉5份，纳米级硼化钛5份，石墨烯水溶液1份，水溶性酚醛树脂15份，高效分散剂10份，坯体增强剂5份。
制造一种高性能碳化硅陶瓷脱水元件的工艺方法，包括以下步骤：
（1）循环混料研磨：将碳化硅超细粉99份，碳化硼超细粉5份，纳米级硼化钛5份，石墨烯水溶液1份，水溶性酚醛树脂15份，高效分散剂10份，坯体增强剂5份，采用去离子水作为液体介质，加入到自循环搅拌磨中进行研磨混料6-20小时，采用碳化硅球作为研磨介质，料浆固含量40-50wt%，将混合好的浆料放入搅拌桶中进行搅拌2小时，同时加入高效消泡剂排除浆料中的气泡；
（2）喷雾造粒：将上述混合料喷入离心造粒塔内，通过控制雾化盘转速、进风温度、出风温度、进料速度获得颗粒形态好、流动性好、颗粒分布范围窄、水分适中的造粒粉，雾化盘离心变频32，进风温度220℃，出风温度110℃，进浆压力60；
（3）干压成型：将上述造粒粉置于硬质合金模具内进行压制得到生坯，压制方式为立压式压制，单位压力2000MPa；
（4）生坯固化：将压制好的生坯放入干燥箱中按照设定好的固化曲线进行干燥固化，得到生坯强度较好的生坯；
（5）真空烧结：将上述固化好的生坯置于石墨坩埚中紧密排列整齐，然后将装好生坯的石墨坩埚放入高温真空烧结炉中按照设定好的烧结曲线进行烧制，烧成温度为2250℃，保温时间为1-4小时，最终制得高性能碳化硅陶瓷脱水元件。

Claims (2)

1.一种高性能碳化硅陶瓷脱水元件，其特征在于，其组份及重量配比为：碳化硅超细粉93-99份，碳化硼超细粉1-5份，纳米级硼化钛1-5份，石墨烯水溶液0.1-1份，水溶性酚醛树脂8-15份，高效分散剂5-10份，坯体增强剂1-5份。
2.制造权利要求1所述的一种高性能碳化硅陶瓷脱水元件的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）循环混料研磨：将碳化硅超细粉93-99份，碳化硼超细粉1-5份，纳米级硼化钛1-5份，石墨烯水溶液0.1-1份，水溶性酚醛树脂8-15份，高效分散剂5-10份，坯体增强剂1-5份，采用去离子水作为液体介质，加入到自循环搅拌磨中进行研磨混料6-20小时，采用碳化硅球作为研磨介质，料浆固含量40-50wt%，将混合好的浆料放入搅拌桶中进行搅拌2小时，同时加入高效消泡剂排除浆料中的气泡；
（2）喷雾造粒：将上述混合料喷入离心造粒塔内，通过控制雾化盘转速、进风温度、出风温度、进料速度获得颗粒形态好、流动性好、颗粒分布范围窄、水分适中的造粒粉，雾化盘离心变频26-32，进风温度150-220℃，出风温度80-110℃，进浆压力40-60；
（3）干压成型：将上述造粒粉置于硬质合金模具内进行压制得到生坯，压制方式为立压式压制，单位压力1500-2000MPa；
（4）生坯固化：将压制好的生坯放入干燥箱中按照设定好的固化曲线进行干燥固化，得到生坯强度较好的生坯；
（5）真空烧结：将上述固化好的生坯置于石墨坩埚中紧密排列整齐，然后将装好生坯的石墨坩埚放入高温真空烧结炉中按照设定好的烧结曲线进行烧制，烧成温度为2100-2250℃，保温时间为1-4小时，最终制得高性能碳化硅陶瓷脱水元件。
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