CN107089833A - 一种造纸脱水面板用耐磨氮化硅材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种造纸脱水面板用耐磨氮化硅材料及其制备方法，包括氮化硅主料和总烧结助剂，并且该总烧结助剂所占的重量百分比低于总量的15%，其特征在于，所述耐磨氮化硅材料由以下材料按重量百分比制备而成：Si3N4：85～94wt%；Y2O3：1～6wt%；Al2O3：2～8wt%；Co：0.1～1wt%；WC：0.5～4wt%。本发明通过添加WC、Co，使得制得的材料致密度达到99.7%，维氏硬度达到1700Hv，相较于常规配方硬度提高了20%；而在耐磨性能方面比传统材料提高了4倍，比常规配方氮化硅材料耐磨性能则提高了30%，能充分满足造纸脱水面板陶瓷材料的性能要求。

Description

一种造纸脱水面板用耐磨氮化硅材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及精细陶瓷材料技术领域，尤其是指一种造纸脱水面板用耐磨氮化硅材料及其制备方法。
背景技术
造纸机网布下方设置真空吸水箱，吸水箱上方设有脱水面板，网布从脱水面板上方滑过，脱水面板与之接触的面的平整度、耐磨程度，关系到脱水面板的使用寿命，直接影响到纸张的质量和企业的经济效益。目前使用的氧化铝、氧化锆脱水面板无法满足高速纸机对对脱水面板的耐磨要求，而耐磨氮化硅材料虽然能在一定程度上解决这一问题，但是以现有的技术手段始终存在脱水面板硬度不够、耐磨性不佳的问题。
发明内容
本发明提供一种造纸脱水面板用耐磨氮化硅材料及其制备方法，其主要目的在于克服现有脱水面板硬度不够、耐磨性不佳的缺陷。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种造纸脱水面板用耐磨氮化硅材料，包括氮化硅主料和总烧结助剂，并且该总烧结助剂所占的重量百分比低于总量的15%，所述耐磨氮化硅材料由以下材料按重量百分比制备而成：
Si3N4：85～94wt%；
Y2O3：1～6wt%；
Al2O3：2～8wt%；
Co：0.1～1wt%；
WC：0.5～4wt%。
进一步的，所述耐磨氮化硅材料由以下材料按重量百分比制备而成：
Si3N4：91wt%；
Y2O3：1.5wt%；
Al2O3：5.5wt%；
Co：0.3wt%；
WC：1.7wt%。
一种造纸脱水面板用耐磨氮化硅材料的制备方法，包括以下步骤：
1)细化：按重量百分比取出各组分，混合放入卧式球磨机或砂磨机中，并且使用氮化硅球作为磨介，使用无水乙醇或去离子水作为细化介质；将混合后的粉体细化到0.2～0.7um；
2)成型：将步骤1制得的粉体采用干压、等静压、注射中的一种或者几种混合的方式成型；
3)排胶：成型后的素坯进行排胶处理，排胶温度低于1300度，流动氮气保护；
4)烧结：采用气压烧结方式，烧结温度为1700～1900℃，保温时间为1～8h,N2气压力在1～10Mpa。
和现有技术相比，本发明产生的有益效果在于:
本发明通过添加WC、Co，使得制得的材料致密度达到99.7%，维氏硬度达到1700Hv，相较于常规配方硬度提高了20%；而在耐磨性能方面比传统材料提高了4倍，比常规配方氮化硅材料耐磨性能则提高了30%，能充分满足造纸脱水面板陶瓷材料的性能要求。
附图说明
图1为本耐磨氮化硅材料在砂磨机中细化72小时后，取样，扫描电镜结果示意图。
图2为本耐磨氮化硅材料在滚磨中细化72小时，得到的SEM示意图。
图3为本耐磨氮化硅材料通过激光粒度仪检测的结果报告单。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的具体实施方式。
一种造纸脱水面板用耐磨氮化硅材料，包括氮化硅主料和总烧结助剂，并且该总烧结助剂所占的重量百分比低于总量的15%，所述耐磨氮化硅材料由以下材料按重量百分比制备而成：Si3N4：85～94wt%；Y2O3：1～6wt%；Al2O3：2～8wt%；Co：0.1～1wt%；WC：0.5～4wt%。其中，较佳配比为：Si3N4：91wt%；Y2O3：1.5wt%；Al2O3：5.5wt%；Co：0.3wt%；WC：1.7wt%。
碳化钨是一种由钨和碳组成的化合物。为黑色六方晶体，有金属光泽，硬度与金刚石相近，为电、热的良好导体。碳化钨不溶于水、盐酸和硫酸，易溶于硝酸－氢氟酸的混合酸中。纯的碳化钨易碎，若掺入少量钴，就能减少脆性。碳化钨的化学性质稳定，碳化钨粉应用于硬质合金生产材料。
陶瓷基材料增韧目前常采用纤维增韧，晶须增韧，相变增韧和颗粒增韧。用颗粒作为增韧剂，其原料的均匀分散及烧结致密化都比短纤维及晶须复合材料简便易行。因此,尽管颗粒的增效果不如晶须与纤维, 但如颗粒种类、粒径、含量及基体材料选择得当, 仍有一定的韧化效果, 同时会带来高温强度、高温蠕变性能的改善。从增韧机理上分, 颗粒增韧分为非相变第二相颗粒增韧、延性颗粒增韧、纳米颗粒增韧。
非相变第二相颗粒增韧主要是通过添加颗粒使基体和颗粒间产生弹性模量和热膨胀失配来达到强化和增韧的目的, 此外, 基体和第二相颗粒的界面在很大程度上决定了增韧机制和强化效果。本配方中添加碳化钨属于非相变第二相颗粒增韧，同时引入钴，作为碳化钨的烧结助剂，改善晶界。
本发明通过添加WC、Co，使得制得的材料致密度达到99.7%，维氏硬度达到1700Hv，相较于常规配方硬度提高了20%；而在耐磨性能方面比传统材料提高了4倍，比常规配方氮化硅材料耐磨性能则提高了30%，能充分满足造纸脱水面板陶瓷材料的性能要求。
一种造纸脱水面板用耐磨氮化硅材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：
细化：按重量百分比取出各组分，混合放入卧式球磨机或砂磨机中，并且使用氮化硅球作为磨介，使用无水乙醇或去离子水作为细化介质；将混合后的粉体细化到0.2～0.7um。
步骤二：
成型：将步骤1制得的粉体采用干压、等静压、注射中的一种或者几种混合的方式成型。
步骤三：
排胶：成型后的素坯进行排胶处理，排胶温度低于1300度，流动氮气保护。
步骤四：
烧结：采用气压烧结方式，烧结温度为1700～1900℃，保温时间为1～8h,N2气压力在1～10Mpa。
参照图1、图2。采用本制备方法制得的耐磨氮化硅材料在砂磨机中细化72小时后，取样，扫描电镜结果如图1所示；在滚磨中细化72小时，得到的SEM如图2所示。
参照图3。采用本制备方法制得的耐磨氮化硅材料通过激光粒度仪检测结果如图3所示。其中，密度采用阿基米德排水法测得，与该配方的理论密度进行比较，进而测算出材料的致密化程度。维式硬度(HV10) 是以10kg的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用载荷值除以材料压痕凹坑的表面积，所得到的值。耐磨性根据安装在纸机实际使用周期测得。
实施例一
一种造纸脱水面板用耐磨氮化硅材料，由以下材料按重量百分比制备而成：Si3N4：86wt%；Y2O3：3.5wt%；Al2O3：7.5wt%；Co：0.5wt%；WC：2.5wt%。
本实施例在制备时使用无水乙醇混料均匀后使用砂磨机细化72h,直接烘干造粒，干压再等静压成型，在1780℃、9Mpa氮气氛围下烧结4h，得到材料密度达到3.27g/cm3，维氏硬度达到1700Hv。
实施例二
一种造纸脱水面板用耐磨氮化硅材料，由以下材料按重量百分比制备而成：Si3N4：91wt%；Y2O3：1.5wt%；Al2O3：5.5wt%；Co：0.3wt%；WC：1.7wt%。
本实施例在制备时使用无水乙醇混料均匀后使用砂磨机细化72h,直接烘干造粒，干压再等静压成型，在1800℃、9Mpa氮气氛围下烧结4h，得到材料密度达到3.26g/cm3，维氏硬度达到1700Hv。
实施例三
一种造纸脱水面板用耐磨氮化硅材料，由以下材料按重量百分比制备而成：Si3N4：93wt%；Y2O3：1.5wt%；Al2O3：3.5wt%；Co：0.2wt%；WC：1.8wt%。
本实施例在制备时使用无水乙醇混料均匀后使用砂磨机细化72h,直接烘干造粒，干压再等静压成型，在1820℃、9Mpa氮气氛围下烧结5h，得到材料密度达到3.26g/cm3，维氏硬度达到1700Hv。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (3)

1.一种造纸脱水面板用耐磨氮化硅材料，包括氮化硅主料和总烧结助剂，并且该总烧结助剂所占的重量百分比低于总量的15%，其特征在于，所述耐磨氮化硅材料由以下材料按重量百分比制备而成：
Si3N4：85～94wt%；
Y2O3：1～6wt%；
Al2O3：2～8wt%；
Co：0.1～1wt%；
WC：0.5～4wt%。
2.如权利要求1所述一种造纸脱水面板用耐磨氮化硅材料，其特征在于：所述耐磨氮化硅材料由以下材料按重量百分比制备而成：
Si3N4：91wt%；
Y2O3：1.5wt%；
Al2O3：5.5wt%；
Co：0.3wt%；
WC：1.7wt%。
3.如权利要求1或2所述一种造纸脱水面板用耐磨氮化硅材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1) 细化：按重量百分比取出各组分，混合放入卧式球磨机或砂磨机中，并且使用氮化硅球作为磨介，使用无水乙醇或去离子水作为细化介质；将混合后的粉体细化到0.2～0.7um；
2) 成型：将步骤1制得的粉体采用干压、等静压、注射中的一种或者几种混合的方式成型；
3) 排胶：成型后的素坯进行排胶处理，排胶温度低于1300度，流动氮气保护；
4) 烧结：采用气压烧结方式，烧结温度为1700～1900℃，保温时间为1～8h,N2气压力在1～10Mpa。
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