CN115773498A - 一种异型反应烧结碳化硅风口及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异型反应烧结碳化硅风口及其生产方法，其中异型反应烧结碳化硅风口整体采用反应烧结碳化硅材料一体化制成，其具体结构包括入口管，所述入口管的下端一体连接有异型出口管，所述入口管和异型出口管内分别开设有中心通孔，所述入口管和异型出口管内的中心通孔相互连通；本发明整体结构简单，使用方便，耐磨性高、防腐蚀性好，能够形成多道旋转火焰向锅炉四壁均匀散热，提高使用效果。

Description

一种异型反应烧结碳化硅风口及其生产方法

技术领域

本发明属于燃烧器喷口技术领域，具体的说，涉及一种异型反应烧结碳化硅风口。

背景技术

目前，现有的煤粉燃烧发电厂，使用的燃烧器喷口有多种规格，传统的有横截面为方形的金属喷口，但是这种喷口容易受到热力冲击，且来自炉膛的辐射温度在1000℃以上，原喷嘴为耐高温金属材质制成，使该喷口仍然受热变形大，并且夹杂着高温煤粉颗粒的气流对燃烧器的喷口在高温高压下产生冲击腐蚀，在运营半年或一年后，经常出现壁口变薄，出现腐蚀缺口。

为了解决上述该问题，市面上出现了一种采用碳化硅材料制成的喷口，如专利申请号为：CN201720808947.4，公开了一种旋流燃烧器用陶瓷钢复合喷口端部组件，包括第一中心喷口端部钢管、金属焊接环、多个内燕尾型氮化硅结合碳化硅陶瓷弧形板、多个端部内燕尾型氮化硅结合碳化硅陶瓷弧形板和多个第一燕尾压条，它包括第二中心喷口端部钢管、多个外燕尾型氮化硅结合碳化硅陶瓷弧形板、多个端部外燕尾型氮化硅结合碳化硅陶瓷弧形板和多个第二燕尾压条。

上述该类喷口采用在钢管的内表面上安装碳化硅陶瓷层，通过碳化硅陶瓷层用于提高钢管内表面的抗磨性，但是在使用时，该喷口依旧会受到来自炉膛的辐射温度，致使该喷口受热变形大，导致镶嵌在钢管内表面上的碳化硅陶瓷层碎裂脱落，失去防磨层的局部很快被磨损，进而使得喷口火焰偏转，造成水冷壁损坏及其它事故，被迫停炉。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是提供一种整体结构简单，使用方便，耐磨性高、防腐蚀性好，并且能够形成多道旋转火焰向锅炉四壁均匀散热，提高使用效果的异型反应烧结碳化硅风口及其生产方法。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种异型反应烧结碳化硅风口，该风口采用反应烧结碳化硅材料一体化制成，其具体结构包括入口管，所述入口管的下端一体连接有异型出口管，所述入口管和异型出口管内分别开设有中心通孔，所述入口管和异型出口管内的中心通孔相互连通。

以下是本发明对上述技术方案的进一步优化：

所述异型出口管的内表面尺寸由靠近入口管的一端向另一端逐渐减小，且异型出口管的横截面形状为花瓣形。

进一步优化：所述入口管的整体形状为直管状，所述入口管上远离异型出口管的一端部位置处设置有坡口。

进一步优化：所述异型出口管的整体结构包括多个弧形部，多个弧形部沿入口管的轴线呈环形布设，且两相邻的弧形部相互靠近的一侧为一体连接。

进一步优化：所述弧形部的上端分别与入口管为一体连接，弧形部的轴线与入口管的轴线为倾斜设置。

进一步优化：所述弧形部的外表面形状为椭圆形面，该椭圆形的尺寸为：长轴L1为216mm；短轴L2为175.6mm。

本发明还提供一种异型反应烧结碳化硅风口的生产方法，该生产方法用于生产上述的异型反应烧结碳化硅风口，其具体包括前期制模步骤、调浆和注浆成型步骤，后期烧结步骤，其中调浆和注浆成型步骤包括S4、调浆和注浆成型：浆料按重量份包括以下组份： 碳化硅微粉79-85.5份、软化水59-62份、氮化硅微粉2.6-3.6、金属钨微粉2.1-3.5份、二氧化锰粉2.2-3.4份、氧化钛粉2.2-3.3份、炭黑3.1-4.5份、分散剂3.2-4.6份、粘结剂6.3-7.5份；并且在800-900r/min的工况下高速搅拌30小时以上，将浆料过滤后采用实心注浆法注入模具中，其中注浆速度为30-40s/L。

以下是本发明对上述技术方案的进一步优化：

前期制模步骤包括：

S1、制作内、外底模:根据异型反应烧结碳化硅风口的结构和参数，核算出异型反应烧结碳化硅风口的内、外底模的尺寸后，完成内、外底模的整体制作；

S2、用外底模制作生产外模：生产外模采用石膏模，将外底模置于石膏模外型模具内并固定好，将石膏浆注入模型内，待石膏浆固化后，去除外底模，即得到生产外模；

S3、制作型芯：用内底模制造生产内模，再由生产内模制造型芯；根据异型反应烧结碳化硅风口的内部结构，制造出与相匹配的型芯。

进一步优化：调浆和注浆成型步骤还包括：

S5、干燥：将注浆后的模具静置50小时，将模具打开，取出碳化硅坯体得到毛坯，将毛坯放置在温度为15℃以上，空气湿度小于70％RH的环境中进行自然干燥18-24小时，干燥后再将型芯与坯体脱离；对毛坯计算出水分含量范围，然后送入电加热烘干室低温烘干，烘干温度在25-40℃，干燥时间为60-70小时，待水分含量少于5%时取出，制得产品素坯；

S6、素坯修理和机加工：根据产品图纸，使用机床或人工修理的方法加工出产品的具体尺寸，然后再对表面成型干燥坯进行检查，确保产品表面没有气孔、暗纹、破损。

进一步优化：后期烧结步骤包括：

S7、烧结：将修理好的成型坯体送入60-80℃的高温烘干室干燥16-24小时，当坯体水分含量小于2%时，即可将坯体装入真空烧结炉中，将金属硅倒入产品间隙和底部，其中金属硅纯度在98.5%以上，然后进行真空烧结；

S8、表面处理：出炉烧结好的产品降至常温后，将其从硅砂中分离取出，并去除产品表面粘连的硅金属，获得异型反应烧结碳化硅风口，并进行分类包装、存放。

本发明采用上述技术方案，构思巧妙，结构合理，整体结构简单，方便制作和生产，并且该异型反应烧结碳化硅风口的最高使用温度为1380℃，可适用于苛刻的高温腐蚀磨损环境，热膨胀系数极低，导热系数极高，具有抗热冲击性能，可减少停机时间，实现较快的升温降温。

该异型反应烧结碳化硅风口，不仅满足了燃烧器喷口应用行业需求，更进一步优化风口应力结构：入口圆形，入料更均匀，出口为花瓣形，有细微的倾斜角度，可形成多道旋转火焰向锅炉四壁均匀散热，更加适应了电厂极端环境中的应用。

反应烧结碳化硅陶瓷硬度仅此于金刚石，耐磨性能非常好，在常温和高温下都不会氧化，具有超长的使用寿命；耐化学腐蚀性能好，可耐除氢氟酸、含氟离子溶剂之外的酸碱腐蚀。

采用本方法生产的异型反应烧结碳化硅风口采用圆形和弧形拼接结构，受力结构均匀，优化了应力结构，提高了产品成品率同时，有利于增加产品的使用寿命。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1为本发明实施例的总体结果示意图；

图2为本发明实施例中总体结果的剖视图；

图3为本发明实施例中总体结构的主视图；

图4为本发明实施例中总体结构的横向剖视图。

图中：1-入口管；11-坡口；2-异型出口管；21-弧形部。

具体实施方式

实施例1：如图1-4所示，一种异型反应烧结碳化硅风口，该风口采用反应烧结碳化硅材料一体化制成，其具体结构包括入口管1，所述入口管1的下端一体连接有异型出口管2，所述入口管1和异型出口管2内分别开设有中心通孔，所述入口管1和异型出口管2内的中心通孔相互连通。

所述异型出口管2的内表面尺寸由靠近入口管1的一端向另一端逐渐减小，且异型出口管2的横截面形状为花瓣形。

在本实施例中，所述入口管1的整体形状为直管状，所述入口管1的外表面尺寸Φ1为680±5mm；所述入口管1的内表面尺寸Φ2为640±5mm。

在本实施例中，所述入口管1的整体高度为85±5mm。

在本实施例中，所述入口管1的外表面尺寸Φ1优选为680mm；所述入口管1的内表面尺寸Φ2优选为640mm；入口管1的整体高度优选为85mm。

所述入口管1上远离异型出口管2的一端部位置处设置有坡口11，所述坡口11沿入口管1的上端外表面呈环形布设。

在本实施例中，所述坡口11的倾斜角度α1为30°。

这样设计，可通过坡口11能够方便组装和安装该异型反应烧结碳化硅风口，方便使用。

在本实施例中，所述该异型反应烧结碳化硅风口的整体高度H1为620±5mm。

在本实施例中，所述该异型反应烧结碳化硅风口的整体高度H1优选为620mm。

所述异型出口管2的整体结构包括多个弧形部21，所述多个弧形部21沿入口管1的轴线呈环形布设，且两相邻的弧形部21相互靠近的一侧为一体连接。

所述弧形部21的上端分别与入口管1为一体连接，所述弧形部21的厚度与入口管1的厚度相同。

所述弧形部21的轴线与入口管1的轴线为倾斜设置，且异型出口管2的内表面尺寸由靠近入口管1的一端向另一端逐渐减小。

所述弧形部21的外表面形状为椭圆形面，且该椭圆形的尺寸为：长轴L1为216mm；短轴L2为175.6mm。

在本实施例中，所述弧形部21的数量为八个，且八个弧形部21相互靠近的一侧边为一体连接。

在本实施例中，所述异型出口管2远离入口管1的一端最大处的外表面直径Φ3为647.7mm。

这样设计，该异型反应烧结碳化硅风口，不仅满足了燃烧器喷口应用行业需求，更进一步优化风口应力结构：入口圆形，入料更均匀，出口为花瓣形，有细微的倾斜角度，可形成多道旋转火焰向锅炉四壁均匀散热，同时可以通过倾斜控制燃料喷嘴和空气喷嘴组件上下移动进行调节；更加适应了电厂极端环境中的应用。

实施例2：本发明还公开一种用于生产上述异型反应烧结碳化硅风口的生产方法，该生产方法，包括以下步骤：

S1、制作内、外底模:

根据异型反应烧结碳化硅风口的结构和参数，核算出异型反应烧结碳化硅风口的内、外底模的尺寸后，完成内、外底模的整体制作；外底模材料选用石膏、环氧树脂、木块中的一种，所述内底模材料选用石膏、环氧树脂等。

S2、用外底模制作生产外模：

生产外模采用石膏模，先将外底模的表面均匀的擦上软皂水，将外底模置于石膏模外型模具内并固定好，按照石膏粉与水3:2的比例配比制成石膏浆，石膏粉与水充分混合后进行真空搅拌1分钟，搅拌均匀后筛除杂质，将石膏浆注入模型内，轻微振荡排除气泡，并使石膏浆流入各细小棱角处，要保证石膏浆一次性的注满模具模腔，待石膏浆固化后，去除外底模，即得到生产外模。

由石膏制作的生产外模制成后在温度为30℃的干燥室内烘干3天，使用电子秤称重，测算出模具水分含量低于10%时从干燥室内取出，并进一步用量具测量模具尺寸，模具公差小于2mm情况下，即可投入使用。

S3、制作型芯：

用内底模制造生产内模，再由生产内模制造型芯；根据异型反应烧结碳化硅风口的内部结构，制造出与相匹配的型芯。

型芯材料选用石膏；采用内底模制造生产内模，再由生产内模制造型芯，得到型芯后，将型芯放置在温度为30℃的干燥室内烘干3天，用电子秤称重，测算出型芯的水分低于10%时从干燥室内取出，并用量具测量型芯的尺寸，当型芯的公差小于2mm时，即可投入使用。

S4、调浆和注浆成型：

开机前，检查配料用搅拌机的离合器、制动器等是否良好，搅拌机筒内一定清理干净不得有异物，检查电气设备的绝缘和接地保持完好。

开进行调浆时，应先启动搅拌机进行空载试运转，待机械运转正常后再加原料搅拌制作浆料，该浆料按重量份包括以下组份： 碳化硅微粉79份、软化水59份、氮化硅微粉2.6份、金属钨微粉2.1份、二氧化锰粉2.2份、氧化钛粉2.2份、炭黑3.1份、分散剂3.2份、粘结剂6.3份。

其中：原料中的软化水在脱模和烘干时大部分挥发，分散剂和粘结剂在烧结至1000±20℃左右时挥发彻底，金属硅在高温反应中渗入到坯体内反应并填补所有气孔。

所述原料在加入搅拌机中需要在转速为800r/min的工况下高速搅拌，搅拌时间需30小时以上，使所有原料充分混合制得浆料，待浆料配置好后，将浆料盛取出，过滤备用。

将干燥好的模具，放置到注浆区，采用实心注浆法，将过滤好的浆料注入模具中，注浆操作时，必须根据异型反应烧结碳化硅风口结构在生产模上确定注浆孔的位置、数量及大小，然后将型芯固定于生产外模中，一定要保持型芯与外模的中心线重合，再合模注浆，注浆过程中要合理掌握注浆速度，注浆速度大约为30s/L,确保浆液注入时不会产生气泡、激溅等现象，并不时振动生产模，使浆料流动均匀。

S5、干燥：

将注浆后的模具静置50小时，将模具打开，取出碳化硅坯体，脱模后得到异型反应烧结碳化硅风口毛坯，将毛坯放置在温度为15℃以上，空气湿度小于70％RH的环境中进行自然干燥，自然干燥时间为18小时，干燥后再将型芯与坯体（毛坯）轻轻的脱离。

脱离后的毛坯用电子秤称重，并计算出水分含量范围，然后送入电加热烘干室低温烘干，电加热烘干室设置温度在25℃，干燥60小时后，再将毛坯用电子秤称重，计算水分含量，待水分含量少于5%时取出，制得产品素坯。

S6、素坯修理和机加工：

根据产品图纸，使用机床加工出产品的具体尺寸，用人工修理的方法将干燥的毛坯进行粗加工，去除产品表面合模线和毛边，修理过程中不断用量具测量产品外径和长度，保证产品的公差范围。

异型反应烧结碳化硅风口毛坯整体经过机加工和人工修理完成后即为成型坯体，然后再对表面成型干燥坯（素坯）进行检查，确保产品表面没有气孔、暗纹、破损等。

S7、烧结：

将修整好的成型坯体送入高温烘干室，高温烘干室的温度为60℃，干燥时间为16小时，通过坯体重量变化，测算出坯体水分含量要小于2%，完成后即可装入真空烧结炉中，将金属硅倒入产品间隙和底部，分散放置金属硅，所述金属硅的纯度为99.5%以上，重量大约为产品毛坯重量的1倍，重量差异上下浮动不超过30%。

真空烧结炉烧结开机前，先接通冷却水，冷却水水压应保持0.1 Mpa之间，出水温度≤40℃，把真空烧结炉上的各个水阀流量调到合适位置，然后向真空烧结炉内充压缩空气，使真空烧结炉内压力达到0.3MPa，然后通过真空烧结炉上的温度控制器(FP23)设定好加热工艺曲线，然后真空烧结炉吸真空，使炉内真空度下降到15pa之间。

然后进行加热，并运行加热程序，加热开始之后向真空烧结炉内冲入工业用氮气（纯度99.5%以上），充气到设定上限（1±0.05Kpa）时，打开真空烧结炉上的排风机和微冲阀，调节微冲阀上转子流量计的进气量为362L/h，当温度升高到800℃时报警器发出报警，同时微冲阀和排风阀自动关闭，在报警界面解除报警并在监控界面关闭排风机，并继续升温到1700℃，同时抽真空到69pa，操作人员通过炉体上的观察窗，随时观测热区内红外测温仪显示的温度变化情况；

其中，在真空烧结炉内温度升至1410℃左右时，金属硅开始融化并产生硅金属蒸汽，不断渗入碳化硅毛坯体中，坯体中的碳与渗入的Si反应，生成β-SiC，并与α-SiC（碳化硅微粉）相结合，游离Si填充了坯体的气孔，成为高致密性的陶瓷材料；

在温度到1740℃时，加热程序运行结束，真空烧结炉加热系统自动关闭停止，恒温等待1小时后，充氮气（纯度99.5%以上）至1±0.1Kpa并冷却，当温度低于660℃之后，可打开真空烧结炉上的风冷系统协助冷却，达到出炉温度（约100℃以下）后，关闭风冷系统，准备出炉。

S8、表面处理：

出炉烧结好的产品降至常温（约10℃）后，将其从硅砂中分离取出，先用手持电砂轮去除较大尺寸的残留硅金属块，然后使用喷砂机大范围去除产品表面硅渣，通过喷砂机中空压机产生的气体吹动金刚砂运动，金刚砂与产品表面接触摩擦，即可去除产品表面粘连的硅金属，使产品表面无硅渣残留，获得异型反应烧结碳化硅风口，并进行分类包装、存放。

实施例3：一种异型反应烧结碳化硅风口的生产方法，该生产方法，包括以下步骤：

S1、制作内、外底模:

根据异型反应烧结碳化硅风口的结构和参数，核算出异型反应烧结碳化硅风口的内、外底模的尺寸后，完成内、外底模的整体制作；外底模材料选用石膏、环氧树脂、木块中的一种，所述内底模材料选用石膏、环氧树脂等。

S2、用外底模制作生产外模：

生产外模采用石膏模，先将外底模的表面均匀的擦上软皂水，将外底模置于石膏模外型模具内并固定好，按照石膏粉与水3:2的比例配比制成石膏浆，石膏粉与水充分混合后进行真空搅拌2分钟，搅拌均匀后筛除杂质，将石膏浆注入模型内，轻微振荡排除气泡，并使石膏浆流入各细小棱角处，要保证石膏浆一次性的注满模具模腔，待石膏浆固化后，去除外底模，即得到生产外模。

由石膏制作的生产外模制成后在温度为40℃的干燥室内烘干3.5天，使用电子秤称重，测算出模具水分含量低于10%时从干燥室内取出，并进一步用量具测量模具尺寸，模具公差小于2mm情况下，即可投入使用。

S3、制作型芯：

用内底模制造生产内模，再由生产内模制造型芯；根据异型反应烧结碳化硅风口的内部结构，制造出与相匹配的型芯。

型芯材料选用石膏；采用内底模制造生产内模，再由生产内模制造型芯，得到型芯后，将型芯放置在温度为40℃的干燥室内烘干3.5天，用电子秤称重，测算出型芯的水分低于10%时从干燥室内取出，并用量具测量型芯的尺寸，当型芯的公差小于2mm时，即可投入使用。

S4、调浆和注浆成型：

开机前，检查配料用搅拌机的离合器、制动器等是否良好，搅拌机筒内一定清理干净不得有异物，检查电气设备的绝缘和接地保持完好。

开进行调浆时，应先启动搅拌机进行空载试运转，待机械运转正常后再加原料搅拌制作浆料，该浆料按重量份包括以下组份： 碳化硅微粉82.25份、软化水60.5份、氮化硅微粉3.1份、金属钨微粉2.8份、二氧化锰粉2.8份、氧化钛粉2.75份、炭黑3.8份、分散剂3.9份、粘结剂6.9份。

其中：原料中的软化水在脱模和烘干时大部分挥发，分散剂和粘结剂在烧结至1000±20℃左右时挥发彻底，金属硅在高温反应中渗入到坯体内反应并填补所有气孔。

所述原料在加入搅拌机中需要在转速为850r/min的工况下高速搅拌，搅拌时间需30小时以上，使所有原料充分混合制得浆料，待浆料配置好后，将浆料盛取出，过滤备用。

将干燥好的模具，放置到注浆区，采用实心注浆法，将过滤好的浆料注入模具中，注浆操作时，必须根据异型反应烧结碳化硅风口结构在生产模上确定注浆孔的位置、数量及大小，然后将型芯固定于生产外模中，一定要保持型芯与外模的中心线重合，再合模注浆，注浆过程中要合理掌握注浆速度，注浆速度大约为35s/L,确保浆液注入时不会产生气泡、激溅等现象，并不时振动生产模，使浆料流动均匀。

S5、干燥：

将注浆后的模具静置55小时，将模具打开，取出碳化硅坯体，脱模后得到异型反应烧结碳化硅风口毛坯，将毛坯放置在温度为15℃以上，空气湿度小于70％RH的环境中进行自然干燥，自然干燥时间为21小时，干燥后再将型芯与坯体（毛坯）轻轻的脱离。

脱离后的毛坯用电子秤称重，并计算出水分含量范围，然后送入电加热烘干室低温烘干，电加热烘干室设置温度在33℃，干燥65小时后，再将毛坯用电子秤称重，计算水分含量，待水分含量少于5%时取出，制得产品素坯。

S6、素坯修理和机加工：

根据产品图纸，使用机床加工出产品的具体尺寸，用人工修理的方法将干燥的毛坯进行粗加工，去除产品表面合模线和毛边，修理过程中不断用量具测量产品外径和长度，保证产品的公差范围。

异型反应烧结碳化硅风口毛坯整体经过机加工和人工修理完成后即为成型坯体，然后再对表面成型干燥坯（素坯）进行检查，确保产品表面没有气孔、暗纹、破损等。

S7、烧结：

将修整好的成型坯体送入高温烘干室，高温烘干室的温度为70℃，干燥时间为20小时，通过坯体重量变化，测算出坯体水分含量要小于2%，完成后即可装入真空烧结炉中，将金属硅倒入产品间隙和底部，分散放置金属硅，所述金属硅的纯度为99.5%以上，重量大约为产品毛坯重量的1倍，重量差异上下浮动不超过30%。

真空烧结炉烧结开机前，先接通冷却水，冷却水水压应保持0.15 Mpa之间，出水温度≤40℃，把真空烧结炉上的各个水阀流量调到合适位置，然后向真空烧结炉内充压缩空气，使真空烧结炉内压力达到0.4MPa，然后通过真空烧结炉上的温度控制器(FP23)设定好加热工艺曲线，然后真空烧结炉吸真空，使炉内真空度下降到32.5pa之间。

然后进行加热，并运行加热程序，加热开始之后向真空烧结炉内冲入工业用氮气（纯度99.5%以上），充气到设定上限（1±0.05Kpa）时，打开真空烧结炉上的排风机和微冲阀，调节微冲阀上转子流量计的进气量为370L/h，当温度升高到800℃时报警器发出报警，同时微冲阀和排风阀自动关闭，在报警界面解除报警并在监控界面关闭排风机，并继续升温到1710℃，同时抽真空到129.5pa，操作人员通过炉体上的观察窗，随时观测热区内红外测温仪显示的温度变化情况；

其中，在真空烧结炉内温度升至1410℃左右时，金属硅开始融化并产生硅金属蒸汽，不断渗入碳化硅毛坯体中，坯体中的碳与渗入的Si反应，生成β-SiC，并与α-SiC（碳化硅微粉）相结合，游离Si填充了坯体的气孔，成为高致密性的陶瓷材料；

在温度到1750℃时，加热程序运行结束，真空烧结炉加热系统自动关闭停止，恒温等待1.5小时后，充氮气（纯度99.5%以上）至1±0.1Kpa并冷却，当温度低于660℃之后，可打开真空烧结炉上的风冷系统协助冷却，达到出炉温度（约100℃以下）后，关闭风冷系统，准备出炉。

S8、表面处理：

出炉烧结好的产品降至常温（约30℃）后，将其从硅砂中分离取出，先用手持电砂轮去除较大尺寸的残留硅金属块，然后使用喷砂机大范围去除产品表面硅渣，通过喷砂机中空压机产生的气体吹动金刚砂运动，金刚砂与产品表面接触摩擦，即可去除产品表面粘连的硅金属，使产品表面无硅渣残留，获得异型反应烧结碳化硅风口，并进行分类包装、存放。

实施例4：一种异型反应烧结碳化硅风口的生产方法，该生产方法，包括以下步骤：

S1、制作内、外底模:

根据异型反应烧结碳化硅风口的结构和参数，核算出异型反应烧结碳化硅风口的内、外底模的尺寸后，完成内、外底模的整体制作；外底模材料选用石膏、环氧树脂、木块中的一种，所述内底模材料选用石膏、环氧树脂等。

S2、用外底模制作生产外模：

生产外模采用石膏模，先将外底模的表面均匀的擦上软皂水，将外底模置于石膏模外型模具内并固定好，按照石膏粉与水3:2的比例配比制成石膏浆，石膏粉与水充分混合后进行真空搅拌3分钟，搅拌均匀后筛除杂质，将石膏浆注入模型内，轻微振荡排除气泡，并使石膏浆流入各细小棱角处，要保证石膏浆一次性的注满模具模腔，待石膏浆固化后，去除外底模，即得到生产外模。

由石膏制作的生产外模制成后在温度为50℃的干燥室内烘干4天，使用电子秤称重，测算出模具水分含量低于10%时从干燥室内取出，并进一步用量具测量模具尺寸，模具公差小于2mm情况下，即可投入使用。

S3、制作型芯：

用内底模制造生产内模，再由生产内模制造型芯；根据异型反应烧结碳化硅风口的内部结构，制造出与相匹配的型芯。

型芯材料选用石膏；采用内底模制造生产内模，再由生产内模制造型芯，得到型芯后，将型芯放置在温度为50℃的干燥室内烘干4天，用电子秤称重，测算出型芯的水分低于10%时从干燥室内取出，并用量具测量型芯的尺寸，当型芯的公差小于2mm时，即可投入使用。

S4、调浆和注浆成型：

开机前，检查配料用搅拌机的离合器、制动器等是否良好，搅拌机筒内一定清理干净不得有异物，检查电气设备的绝缘和接地保持完好。

开进行调浆时，应先启动搅拌机进行空载试运转，待机械运转正常后再加原料搅拌制作浆料，该浆料按重量份包括以下组份： 碳化硅微粉85.5份、软化水62份、氮化硅微粉3.6份、金属钨微粉3.5份、二氧化锰粉3.4份、氧化钛粉3.3份、炭黑4.5份、分散剂4.6份、粘结剂7.5份。

其中：原料中的软化水在脱模和烘干时大部分挥发，分散剂和粘结剂在烧结至1000±20℃左右时挥发彻底，金属硅在高温反应中渗入到坯体内反应并填补所有气孔。

所述原料在加入搅拌机中需要在转速为900r/min的工况下高速搅拌，搅拌时间需30小时以上，使所有原料充分混合制得浆料，待浆料配置好后，将浆料盛取出，过滤备用。

将干燥好的模具，放置到注浆区，采用实心注浆法，将过滤好的浆料注入模具中，注浆操作时，必须根据异型反应烧结碳化硅风口结构在生产模上确定注浆孔的位置、数量及大小，然后将型芯固定于生产外模中，一定要保持型芯与外模的中心线重合，再合模注浆，注浆过程中要合理掌握注浆速度，注浆速度大约为40s/L,确保浆液注入时不会产生气泡、激溅等现象，并不时振动生产模，使浆料流动均匀。

S5、干燥：

将注浆后的模具静置60小时，将模具打开，取出碳化硅坯体，脱模后得到异型反应烧结碳化硅风口毛坯，将毛坯放置在温度为15℃以上，空气湿度小于70％RH的环境中进行自然干燥，自然干燥时间为24小时，干燥后再将型芯与坯体（毛坯）轻轻的脱离。

脱离后的毛坯用电子秤称重，并计算出水分含量范围，然后送入电加热烘干室低温烘干，电加热烘干室设置温度在40℃，干燥70小时后，再将毛坯用电子秤称重，计算水分含量，待水分含量少于5%时取出，制得产品素坯。

S6、素坯修理和机加工：

根据产品图纸，使用机床加工出产品的具体尺寸，用人工修理的方法将干燥的毛坯进行粗加工，去除产品表面合模线和毛边，修理过程中不断用量具测量产品外径和长度，保证产品的公差范围。

异型反应烧结碳化硅风口毛坯整体经过机加工和人工修理完成后即为成型坯体，然后再对表面成型干燥坯（素坯）进行检查，确保产品表面没有气孔、暗纹、破损等。

S7、烧结：

将修整好的成型坯体送入高温烘干室，高温烘干室的温度为80℃，干燥时间为24小时，通过坯体重量变化，测算出坯体水分含量要小于2%，完成后即可装入真空烧结炉中，将金属硅倒入产品间隙和底部，分散放置金属硅，所述金属硅的纯度为99.5%以上，重量大约为产品毛坯重量的1倍，重量差异上下浮动不超过30%。

真空烧结炉烧结开机前，先接通冷却水，冷却水水压应保持0.2 Mpa之间，出水温度≤40℃，把真空烧结炉上的各个水阀流量调到合适位置，然后向真空烧结炉内充压缩空气，使真空烧结炉内压力达到0.5MPa，然后通过真空烧结炉上的温度控制器(FP23)设定好加热工艺曲线，然后真空烧结炉吸真空，使炉内真空度下降到50pa之间。

然后进行加热，并运行加热程序，加热开始之后向真空烧结炉内冲入工业用氮气（纯度99.5%以上），充气到设定上限（1±0.05Kpa）时，打开真空烧结炉上的排风机和微冲阀，调节微冲阀上转子流量计的进气量为378L/h，当温度升高到800℃时报警器发出报警，同时微冲阀和排风阀自动关闭，在报警界面解除报警并在监控界面关闭排风机，并继续升温到1720℃，同时抽真空到190pa，操作人员通过炉体上的观察窗，随时观测热区内红外测温仪显示的温度变化情况；

其中，在真空烧结炉内温度升至1410℃左右时，金属硅开始融化并产生硅金属蒸汽，不断渗入碳化硅毛坯体中，坯体中的碳与渗入的Si反应，生成β-SiC，并与α-SiC（碳化硅微粉）相结合，游离Si填充了坯体的气孔，成为高致密性的陶瓷材料；

在温度到1760℃时，加热程序运行结束，真空烧结炉加热系统自动关闭停止，恒温等待2小时后，充氮气（纯度99.5%以上）至1±0.1Kpa并冷却，当温度低于660℃之后，可打开真空烧结炉上的风冷系统协助冷却，达到出炉温度（约100℃以下）后，关闭风冷系统，准备出炉。

S8、表面处理：

出炉烧结好的产品降至常温（约50℃）后，将其从硅砂中分离取出，先用手持电砂轮去除较大尺寸的残留硅金属块，然后使用喷砂机大范围去除产品表面硅渣，通过喷砂机中空压机产生的气体吹动金刚砂运动，金刚砂与产品表面接触摩擦，即可去除产品表面粘连的硅金属，使产品表面无硅渣残留，获得异型反应烧结碳化硅风口，并进行分类包装、存放。

本发明采用实施例2-4中的技术方案能够生产出异型反应烧结碳化硅风口，并且对该异型反应烧结碳化硅风口的整体性能进行检测，其具有以下指标：

从材质方面讲：含有氮化硅材质的风口，使用寿命是不如反应烧结碳化硅材质的风口；因为从耐磨角度分析，反应烧结碳化硅材质耐磨性能是氮化硅材质的3-5倍。

对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种异型反应烧结碳化硅风口，其特征在于：该风口采用反应烧结碳化硅材料一体化制成，其具体结构包括入口管（1），所述入口管（1）的下端一体连接有异型出口管（2），所述入口管（1）和异型出口管（2）内分别开设有中心通孔，所述入口管（1）和异型出口管（2）内的中心通孔相互连通。

2.根据权利要求1所述的一种异型反应烧结碳化硅风口，其特征在于：所述异型出口管（2）的内表面尺寸由靠近入口管（1）的一端向另一端逐渐减小，且异型出口管（2）的横截面形状为花瓣形。

3.根据权利要求2所述的一种异型反应烧结碳化硅风口，其特征在于：所述入口管（1）的整体形状为直管状，所述入口管（1）上远离异型出口管（2）的一端部位置处设置有坡口（11）。

4.根据权利要求3所述的一种异型反应烧结碳化硅风口，其特征在于：所述异型出口管（2）的整体结构包括多个弧形部（21），多个弧形部（21）沿入口管（1）的轴线呈环形布设，且两相邻的弧形部（21）相互靠近的一侧为一体连接。

5.根据权利要求4所述的一种异型反应烧结碳化硅风口，其特征在于：所述弧形部（21）的上端分别与入口管（1）为一体连接，弧形部（21）的轴线与入口管（1）的轴线为倾斜设置。

6.根据权利要求5所述的一种异型反应烧结碳化硅风口，其特征在于：所述弧形部（21）的外表面形状为椭圆形面，该椭圆形的尺寸为：长轴L1为216mm；短轴L2为175.6mm。

7.一种异型反应烧结碳化硅风口的生产方法，其特征在于：该生产方法用于生产上述权利要求1-6任一项所述的异型反应烧结碳化硅风口，其具体包括前期制模步骤、调浆和注浆成型步骤，后期烧结步骤，其中调浆和注浆成型步骤包括S4、调浆和注浆成型：浆料按重量份包括以下组份： 碳化硅微粉79-85.5份、软化水59-62份、氮化硅微粉2.6-3.6、金属钨微粉2.1-3.5份、二氧化锰粉2.2-3.4份、氧化钛粉2.2-3.3份、炭黑3.1-4.5份、分散剂3.2-4.6份、粘结剂6.3-7.5份；并且在800-900r/min的工况下高速搅拌30小时以上，将浆料过滤后采用实心注浆法注入模具中，其中注浆速度为30-40s/L。

8.根据权利要求7所述的一种异型反应烧结碳化硅风口，其特征在于：前期制模步骤包括：

S1、制作内、外底模:根据异型反应烧结碳化硅风口的结构和参数，核算出异型反应烧结碳化硅风口的内、外底模的尺寸后，完成内、外底模的整体制作；

S2、用外底模制作生产外模：生产外模采用石膏模，将外底模置于石膏模外型模具内并固定好，将石膏浆注入模型内，待石膏浆固化后，去除外底模，即得到生产外模；

S3、制作型芯：用内底模制造生产内模，再由生产内模制造型芯；根据异型反应烧结碳化硅风口的内部结构，制造出与相匹配的型芯。

9.根据权利要求8所述的一种异型反应烧结碳化硅风口，其特征在于：调浆和注浆成型步骤还包括：

S5、干燥：将注浆后的模具静置50小时，将模具打开，取出碳化硅坯体得到毛坯，将毛坯放置在温度为15℃以上，空气湿度小于70％RH的环境中进行自然干燥18-24小时，干燥后再将型芯与坯体脱离；对毛坯计算出水分含量范围，然后送入电加热烘干室低温烘干，烘干温度在25-40℃，干燥时间为60-70小时，待水分含量少于5%时取出，制得产品素坯；

S6、素坯修理和机加工：根据产品图纸，使用机床或人工修理的方法加工出产品的具体尺寸，然后再对表面成型干燥坯进行检查，确保产品表面没有气孔、暗纹、破损。

10.根据权利要求9所述的一种异型反应烧结碳化硅风口，其特征在于：后期烧结步骤包括：

S7、烧结：将修理好的成型坯体送入60-80℃的高温烘干室干燥16-24小时，当坯体水分含量小于2%时，即可将坯体装入真空烧结炉中，将金属硅倒入产品间隙和底部，其中金属硅纯度在98.5%以上，然后进行真空烧结；

S8、表面处理：出炉烧结好的产品降至常温后，将其从硅砂中分离取出，并去除产品表面粘连的硅金属，获得异型反应烧结碳化硅风口，并进行分类包装、存放。

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