CN108706977B - 一种反应烧结碳化硅的装炉方法 - Google Patents

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Abstract

一种反应烧结碳化硅的装炉方法，将炭黑和BN粉均匀附着在单质硅颗粒表面，得到表面处理后的单质硅颗粒；在炉子内设置有多层石墨板，并且每层石墨板上装多层圆柱状素坯产品；将表面处理后的单质硅颗粒均匀铺洒到最上层石墨板上的圆柱状素坯产品的表面。本发明通过处理反应烧结所需的单质硅，即将单质硅颗粒表明附着炭黑，在高温情况下，表面附着的炭黑先用硅发生反应生成碳化硅外壳。其外壳相当于一个控制硅渗出的装置。该外壳在反应过程中有一定的支撑作用，并且能有效的控制渗硅速率和均匀性。当产品渗硅均匀时，产品的形变就可得到很好的控制。

Description

一种反应烧结碳化硅的装炉方法
技术领域
本发明属于反应烧结碳化硅陶瓷技术领域，涉及一种反应烧结碳化硅的装炉方法。
背景技术
目前我国碳化硅陶瓷已经达到国际先进水平，碳化硅陶瓷已在越来越多的领域发挥着重要作用，但是由于碳化硅反应烧结过程中产品的体积有所变化，导致最终产品发生形变而不能使用。目前的碳化硅生产厂家用一层石墨板一层产品，以确保产品的直线度。这种方法增加装炉的体积，使得炉子的装载量很减小。不但增加了工装的数量而且炉子的产出率极低，造成资源和能源的浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种反应烧结碳化硅的装炉方法，解决了现有技术中存在的炉子的产出率极低、产品合格率低的问题。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种反应烧结碳化硅的装炉方法，包括以下步骤：
1)单质硅颗粒表面处理：将炭黑和BN粉均匀附着在单质硅颗粒表面，得到表面处理后的单质硅颗粒；
2)在炉子内设置有多层石墨板，并且每层石墨板上装多层圆柱状素坯产品；
3)将表面处理后的单质硅颗粒均匀铺洒到最上层石墨板上的圆柱状素坯产品的表面。
本发明进一步的改进在于，单质硅颗粒表面处理的具体过程为：按重量比为(80～95):(1～3):(0.1～1)，将单质硅颗粒、炭黑和BN粉加入到搅拌均匀，然后加入PVA溶液，搅拌使炭黑和BN粉均匀附着在单质硅颗粒；然后烘干，得到表面处理后的单质硅颗粒。
本发明进一步的改进在于，PVA溶液的质量浓度3～5％的PVA溶液。
本发明进一步的改进在于，PVA溶液的质量为单质硅颗粒、炭黑和BN粉总质量的1～2％。
本发明进一步的改进在于，烘干的温度为60～120℃，时间不少于24h。
本发明进一步的改进在于，多层圆柱状素坯产品的每层与每层之间错位放置。
本发明进一步的改进在于，表面处理后的单质硅颗粒的质量为最上层石墨板上的圆柱状素坯产品总质量的0.50～0.65倍。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明通过处理反应烧结所需的单质硅，即将单质硅颗粒表明附着炭黑，在高温情况下，表面附着的炭黑先用硅发生反应生成碳化硅外壳。其外壳相当于一个控制硅渗出的装置。该外壳在反应过程中有一定的支撑作用，并且能有效的控制渗硅速率和均匀性。当产品渗硅均匀时，产品的形变就可得到很好的控制。
2.通过处理硅颗粒，控制反应烧结碳化硅的反应，并且均匀了富余硅向产品中的渗透速度，能够控制产品的均一性。错位堆积的装炉方法，将产品层与层之间错位，能够增多炉子装载量，且可以在一定程度上控制产品的变形。将表面处理好的硅按比例均匀铺洒在产品上部。从而宏观上使整层产品的一致均匀性得到保证。本发明提高生产质量和效率，最终反应烧结产品的合格率可达100％，单位炉子产能提高3倍以上。该发明对于大批量、低成本、高效率生产反应烧结碳化硅具有重要的现实意义。
附图说明
图1是反应烧结碳化硅的装炉截面示意图。
图中，1为圆柱状素坯产品，2为石墨板，3为石墨砖，4为石墨墩子。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
参见图1，本发明的反应烧结碳化硅的装炉方法，包括以下步骤：
1)单质硅颗粒表面处理：按重量比为(80～95):(1～3):(0.1～1)，将单质硅颗粒、炭黑和BN粉(即氮化硼粉)加入到搅拌机中，搅拌10min后，加入单质硅颗粒、炭黑和BN粉总质量的1～2％的胶水(即预先配好的质量浓度3～5％的PVA溶液)搅拌30min，使炭黑和BN粉均匀附着在单质硅颗粒表面；然后放入烘房中烘干，温度为60～120℃，时间不少于24h，得到表面处理后的单质硅颗粒。
单质硅颗粒表面处理的目的是控制反应烧结碳化硅时反应速度，即减缓硅颗粒融化时的流动性，以为硅和碳发生反应提供时间，并且均匀了富余硅向产品中的渗透速度。由于硅融化的温度远远小于碳化硅反应所需要的温度，若单质硅颗粒表面不经过处理，其在1400℃左右就发生熔融，硅迅速融化流到下层，导致产品反应极其不均匀。而经过表面处理的单质硅颗粒，由于其表面含有炭黑、BN等，可以先用硅发生反应，形成一个类似鸡蛋壳的外壳，硅在融化后缓慢渗透出去。
2)炉子内设置有多层石墨板2，优选三层石墨板2，每层石墨板2的端部设置有石墨墩子4，当石墨板上放上圆柱状素坯产品后，设置在石墨板2两侧的石墨墩子4用于放置圆柱状素坯产品。
检验石墨板2和侧挡石墨墩子4的平整度，石墨板2和侧挡石墨墩子4作为基准，其平整度的要求必须高于产品直线度(千分之0.2)的要求，达到要求的平整度后再装圆柱状素坯产品。
3)将检验合格的圆柱状素坯产品称量后，装入到石墨板2上，每层石墨板2上装多层圆柱状素坯产品，并且层与层之间错位，用两侧的石墨砖3夹整齐，约束圆柱状素坯产品在水平方位形变。这样不但可以提高炉子的装载量，而且可以有效的控制产品的形变。
4)将表面处理后的单质硅颗粒均匀铺洒到最上层石墨板2上的圆柱状素坯产品的表面，其中，表面处理后的单质硅颗粒的质量为最上层石墨板2上的圆柱状素坯产品质量的0.50～0.65倍。
现有技术中碳化硅反应烧结在炉内烧结的都是一层石墨板一层产品，其原因的多层烧结是，会出现局部不硅化现象。究其根本是因为反应不均匀。本发明通过处理硅颗粒，可以有效的解决这个问题。

Claims (3)

1.一种反应烧结碳化硅的装炉方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)单质硅颗粒表面处理：将炭黑和BN粉均匀附着在单质硅颗粒表面，得到表面处理后的单质硅颗粒；
2)在炉子内设置有多层石墨板(2)，并且每层石墨板(2)上装多层圆柱状素坯产品；
3)将表面处理后的单质硅颗粒均匀铺洒到最上层石墨板(2)上的圆柱状素坯产品的表面，提高碳化硅的均一性，合格率达100％；
单质硅颗粒表面处理的具体过程为：按重量比为(80～95):(1～3):(0.1～1)，将单质硅颗粒、炭黑和BN粉加入到搅拌均匀，然后加入PVA溶液，搅拌使炭黑和BN粉均匀附着在单质硅颗粒；然后烘干，得到表面处理后的单质硅颗粒；
表面处理后的单质硅颗粒的质量为最上层石墨板(2)上的圆柱状素坯产品总质量的0.50～0.65倍；
PVA溶液的质量为单质硅颗粒、炭黑和BN粉总质量的1～2％；
多层圆柱状素坯产品的每层与每层之间错位放置。
2.根据权利要求1所述的一种反应烧结碳化硅的装炉方法，其特征在于，PVA溶液的质量浓度3～5％的PVA溶液。
3.根据权利要求1所述的一种反应烧结碳化硅的装炉方法，其特征在于，烘干的温度为60～120℃，时间不少于24h。
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