CN113913155A - 一种低温陶瓷结合SiC磨料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低温陶瓷结合SiC磨料的制备方法，属于磨料制备和纳米复合材料领域。具体制备步骤为：将碳化硅微粉加入到乙醇水溶液中，超声搅拌1~2h后，将制备的低温陶瓷结合剂加入，超声搅拌1~2h；将PVA加入上述碳化硅混合粉料，机械搅拌1~2h，密封静置5~10h后；然后将混合粉料进行制粒干燥后，在600~800℃下进行热处理2~5h，得到粒度再造的低温陶瓷结合SiC磨料。碳化硅性质稳定，使用性能优良，但生产成本较高，并且在生产过程中会有较多的碳化硅粉末由于颗粒过小而无法使用，造成资源浪费。本发明通过引入低温陶瓷结合剂，显著降低了碳化硅粒度再造时的热处理温度，并且粒度再造后的低温陶瓷结合碳化硅磨料仍具有尖锐的棱角和较高的强度，磨削性能优良。
Description
技术领域
本发明属于磨料制备及纳米复合材料领域，特别是涉及一种低温陶瓷结合SiC磨料的制备方法。
背景技术
碳化硅的结晶结构属于具有较好稳定性的典型共价键结构，稳定性良好，在自然界中几乎不存在纯净的碳化硅化合物。碳化硅因为其良好的超硬性能，在磨料磨具领域得到了广泛的应用，可制备成各种磨削用的砂轮、砂布、砂纸或是作磨料直接应用。
磨料若按照其来源可分为天然磨料和人造磨料两大类，金刚石、天然刚玉、石榴石、石英等属于天热磨料，刚玉系列、碳化物系列、超硬系列等属于人造磨料，碳化硅就属于碳化物系列的其中一种，因为其优异的性能，其在磨料领域得到了很好的应用。此外，碳化硅因具有优良的力学性能、抗氧化、耐磨损、热稳定、抗热震、耐腐蚀、膨胀系数小、热导率大等优良特性。在其他领域也得到广发应用，例如陶瓷、耐火材料、冶金、半导体等。碳化硅的粒度对于其本身的应用有着极其重要的影响，在碳化硅的每种应用中都有其相应的粒度范围。但是在碳化硅的制备过程中会产生大量超细碳化硅微粉，这些碳化硅微粉因粒度过细不能得到有效利用，造成了生产成本升高和一定的环境污染。低温陶瓷结合具有很高的强度，并且热处理的温度较低，降低了碳化硅回收利用的成本。
发明内容
为了解决现有技术生产应用中的问题，本发明以低温陶瓷结合剂和PVA作为添加剂，提供了一种低温陶瓷结合SiC磨料的制备方法。
具体的，本发明提供的一种低温陶瓷结合SiC磨料的制备方法，按照具体如下步骤实施：
S1：称取一定量的碳化硅微粉，在超声搅拌的条件下将S2中的碳化硅微粉加入到乙醇的水溶液中，持续搅拌1~2h至充分分散，无水乙醇的水溶液中无水乙醇与水的体积比在1~3：1，取用无水乙醇的体积与碳化硅微粉的质量比为0.2~1ml：1g；
S2：制备低温陶瓷结合剂，低温陶瓷结合剂与SiC微粉的质量比在5%~15%之间；
S21：根据S2中低温陶瓷结合剂的总质量，各氧化物重量百分比分别为Al2O3 5%~12%，SiO2 48%~65%，B2O3 12%~18%，RO 4%~7%，R2O 8%~16%，将各氧化物充分混合；
S22：将S21中氧化物粉料放入熔块炉中，在1450~1550℃下进行熔融，然后经水淬干燥研磨，得到粒径为10~50μm的低温陶瓷结合剂粉体；
S3：将S22中的低温陶瓷结合剂粉体在超声搅拌的条件下加入到S1中的SiC微粉混合液中，持续搅拌1~2h，至充分分散，在80~120℃干燥3~5h；
S4：将PVA加入到S3的SiC混合微粉中，PVA的质量与S23的SiC混合微粉质量百分比在3%~5%，机械搅拌1~2h，混合均匀后，密封静置5~10h后得到SiC微粉混合料；
S5：将S4中混合均匀后的粉料倒入制粒机中进行制粒，得到大小均匀，粒度范围为20~200μm的SiC颗粒，在90~100℃干燥0.5~1h，得到湿度适当的SiC颗粒；
S6：将S5中处理后的碳化硅颗粒放入高温炉中进行烧结，在600~800℃下进行热处理2~5h，得到粒度再造的低温陶瓷结合SiC磨料；
优选地，S1中所用SiC微粉粒度为0.5~5μm。
优选地，S2中所用低温陶瓷结合剂的量与SiC微粉的质量比在5%~15%之间，S21制备低温陶瓷结合剂所用各氧化物重量百分比分别为Al2O3 5%~12%，SiO2 48%~65%，B2O3 12%~18%，RO 4%~7%，R2O 8%~16%。
优选地，S5中所制备的SiC颗粒的粒度范围为20~200μm。
优选地，S6中，SiC颗粒的热处理温度为600~800℃。
上述方法制备得到的粒度再造的低温陶瓷结合碳化硅磨料，磨削性能和自锐性良好。
上述方法制备得到的粒度再造的低温陶瓷结合碳化硅磨料，应用广泛，特别是在陶瓷磨具、涂附磨具、堆积磨料砂带以及特种陶瓷等方面的应用。
本发明的技术方案具有如下增益效果：
本发明首先提供了一种低温陶瓷结合SiC磨料的制备方法，利用低温陶瓷结合剂和PVA作为添加剂，解决了生产中由于碳化硅微粉粒度过细而无法利用的问题。并且低温陶瓷结合剂的加入，降低了烧结温度，而且粒度再造后的SiC磨料强度良好，颗粒表面粗造，有尖锐的棱角，磨削性能优良。本发明提供的低温陶瓷结合SiC磨料的制备方法，也可以很好的应用到其他种类的微粉磨料中，具有很好的实用性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，本领域技术人员应该明了实施例是为了更好地理解本发明的技术方案，能予以实施，不应视为对本发明的限定。
本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。下列实施例中如无特别说明所采用的方法均为常规方法，所采用的原料均为市售分析纯原料。均不作为对本发明的限定，本技术领域的技术人员还可以根据对现有技术的掌握及本发明的记载，使用相似的方法，设备，材料来重复实施本发明。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行具体的举例说明。
实施例1
本实施例一种低温陶瓷结合SiC磨料的制备方法，具体制备过程为：
S1：称取30g的碳化硅微粉，在超声搅拌的条件下将S2中的碳化硅微粉加入到30ml乙醇的水溶液中，持续搅拌2h至充分分散，无水乙醇的水溶液中无水乙醇与水的体积比在1.5：1，取用无水乙醇的体积与碳化硅微粉的质量比为1ml：1g；
S2：制备低温陶瓷结合剂，低温陶瓷结合剂与SiC微粉的质量比为10%；
S21：根据S2中低温陶瓷结合剂的总质量，各氧化物重量百分比分别为Al2O3 5%，SiO2 65%，B2O3 12%，CaO 7%，K2O 11%，将各氧化物充分混合；
S22：将S21中氧化物粉料放入熔块炉中，在1500℃下进行熔融并保温1h，然后经水淬干燥研磨，得到粒径为15μm的低温陶瓷结合剂粉体；
S3：将S22中的低温陶瓷结合剂粉体在超声搅拌的条件下加入到S1中的SiC微粉混合液中，持续搅拌1h，至充分分散，在80℃干燥5h；
S4：将PVA加入到S3的SiC混合微粉中，PVA的质量与S23的SiC混合微粉质量百分比为5%，机械搅拌1h，混合均匀后，密封静置10h后得到SiC微粉混合料；
S5：将S4中混合均匀后的粉料倒入制粒机中进行制粒，得到大小均匀，粒度范围为20μm的SiC颗粒，在90℃干燥1h，得到湿度适当的SiC颗粒；
S6：将S5中处理后的碳化硅颗粒放入高温炉中进行烧结，在700℃下进行热处理5h，得到粒度再造的低温陶瓷结合SiC磨料。
实施例2
本实施例一种低温陶瓷结合SiC磨料的制备方法，具体制备过程为：
S1：称取30g的碳化硅微粉，在超声搅拌的条件下将S2中的碳化硅微粉加入到30ml乙醇的水溶液中，持续搅拌2h至充分分散，无水乙醇的水溶液中无水乙醇与水的体积比在2：1，取用无水乙醇的体积与碳化硅微粉的质量比为1ml：1g；
S2：制备低温陶瓷结合剂，低温陶瓷结合剂与SiC微粉的质量比为15%；
S21：根据S2中低温陶瓷结合剂的总质量，各氧化物重量百分比分别为Al2O3 5%，SiO2 65%，B2O3 12%，CaO 7%，K2O 7%，Na2O 4%，将各氧化物充分混合；
S22：将S21中氧化物粉料放入熔块炉中，在1500℃下进行熔融并保温1h，然后经水淬干燥研磨，得到粒径为15μm的低温陶瓷结合剂粉体；
S3：将S22中的低温陶瓷结合剂粉体在超声搅拌的条件下加入到S1中的SiC微粉混合液中，持续搅拌1h，至充分分散，在80℃干燥5h；
S4：将PVA加入到S3的SiC混合微粉中，PVA的质量与S23的SiC混合微粉质量百分比在5%，机械搅拌1h，混合均匀后，密封静置10h后得到SiC微粉混合料；
S5：将S4中混合均匀后的粉料倒入制粒机中进行制粒，得到大小均匀，粒度为30μm的SiC颗粒，在90℃干燥1h，得到湿度适当的SiC颗粒；
S6：将S5中处理后的碳化硅颗粒放入高温炉中进行烧结，在750℃下进行热处理5h，得到粒度再造的低温陶瓷结合SiC磨料。
实施例1，实施例2制得的低温结合碳化硅磨料工艺稳定，质量可靠，性能优良。例如我们分被选取了实施例1和实施例2中所制备的粒度为20μm，30μm的低温陶瓷结合碳化硅颗粒，制备了SiC陶瓷磨具，对硅晶圆进行磨削加工，加工后晶圆的表面非常均匀，其粗糙度分别达到0.16μm，0.21μm；为了对照选用市售的SiC陶瓷磨具，加工后的硅晶圆表面粗糙度较大，最小仅为0.4μm；并且本发明制备的纳米结合的碳化硅陶瓷磨具的磨削效率更高，磨削损耗更小。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，其保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (7)
1.一种低温陶瓷结合SiC磨料的制备方法，其特征在于，具体实施步骤如下：
S1：称取一定量的碳化硅微粉，在超声搅拌的条件下将S2中的碳化硅微粉加入到乙醇的水溶液中，持续搅拌1~2h至充分分散，无水乙醇的水溶液中无水乙醇与水的体积比在1~3：1，取用无水乙醇的体积与碳化硅微粉的质量比为0.2~1ml：1g；
S2：制备低温陶瓷结合剂，低温陶瓷结合剂与SiC微粉的质量比在5%~15%之间；
S21：根据S2中低温陶瓷结合剂的总质量，各氧化物重量百分比分别为Al2O3 5%~12%，SiO2 48%~65%，B2O3 12%~18%，RO 4%~7%，R2O 8%~16%，将各氧化物充分混合；
S22：将S21中氧化物粉料放入熔块炉中，在1450~1550℃下进行熔融并保温0.5~1h，然后经水淬干燥研磨，得到粒径约为10~50μm的低温陶瓷结合剂粉体；
S3：将S22中的低温陶瓷结合剂粉体在超声搅拌的条件下加入到S1中的SiC微粉混合液中，持续搅拌1~2h，至充分分散，在80~120℃干燥3~5h；
S4：将PVA加入到S3的SiC混合微粉中，PVA的质量与S23的SiC混合微粉质量百分比在3%~5%，机械搅拌1~2h，混合均匀后，密封静置5~10h后得到SiC微粉混合料；
S5：将S4中混合均匀后的粉料倒入制粒机中进行制粒，得到大小均匀，粒度范围为20~200μm的SiC颗粒，在90~100℃干燥0.5~1h，得到湿度适当的SiC颗粒；
S6：将S5中处理后的碳化硅颗粒放入高温炉中进行烧结，在600~800℃下进行热处理2~5h，得到粒度再造的低温陶瓷结合SiC磨料。
2.根据权利要求1所述的低温陶瓷结合SiC磨料的制备方法，其特征在于，S1中所用SiC微粉粒度为0.5~5μm。
3.根据权利要求1所述的低温陶瓷结合SiC磨料的制备方法，其特征在于，S2中所用低温陶瓷结合剂的量与SiC微粉的质量比在5%~15%之间，S21制备低温陶瓷结合剂所用各氧化物重量百分比分别为Al2O3 5%~12%，SiO2 48%~65%，B2O3 12%~18%，RO 4%~7%，R2O 8%~16%。
4.根据权利要求1所述的低温陶瓷结合SiC磨料的制备方法，其特征在于，S5中所制备的SiC颗粒的粒度范围为20~200μm。
5.根据权利要求1所述的低温陶瓷结合SiC磨料的制备方法，其特征在于，S6中，SiC颗粒的热处理温度为600~800℃。
6.一种低温陶瓷结合SiC磨料，其特征在于，由权利要求1~5任一所述的方法制备获得。
7.根据权利要求6所述的低温陶瓷结合SiC磨料，其特征在于，可应用在陶瓷磨具、涂附磨具、堆积磨料砂带以及特种陶瓷等方面。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114292109A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-04-08 | 郑州嵩山硼业科技有限公司 | 一种碳化硅微晶磨料体的制备方法 |
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2021
- 2021-09-29 CN CN202111154307.3A patent/CN113913155A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114292109A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-04-08 | 郑州嵩山硼业科技有限公司 | 一种碳化硅微晶磨料体的制备方法 |
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