CN1405120A - 一种碳化硅陶瓷材料的压注成型工艺 - Google Patents

一种碳化硅陶瓷材料的压注成型工艺 Download PDF

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Abstract

一种碳化硅陶瓷材料的压注成型工艺，按重量百分比取细度为W10的碳化硅微粉80～90％、碳墨10～20％作为配料；经球磨、过筛、和蜡搅拌后在热压注机中一次成型为蜡坯，然后坯装入匣钵内，以生氧化铝粉作吸附剂，放入低温排蜡炉内缓慢升温进行排蜡，当坯体中的石蜡排出70％～85％时，将匣钵卸下冷却至室温，把坯体取出；接着，将排蜡后的碳化硅毛坯与硅片均匀地放置在坩埚内，装入真空烧结炉进行烧结，开始以每小时300℃的升温速度均匀升温，升至1200℃时，升温速度改为每小时200℃，当温度升至1600℃时，保温3～4小时。与现有技术相比，本发明配方简单而成品的理化性能好，由于采用金属模具，效率极高，且模具磨损小，使用寿命长，与干压工艺相比能使产量增加10倍左右，成型合格率提高5％左右，同类产品的价格与干压产品相比，可降低20％左右。

Description

一种碳化硅陶瓷材料的压注成型工艺
技术领域
本发明涉及一种陶瓷材料的制备工艺，特别是碳化硅陶瓷材料的压注成型工艺。
背景技术
现的碳化硅陶瓷材料的压注成型工艺一般为干式工艺，如公开号为CN1044644的中国发明专利申请《高强度碳化硅基陶瓷材料及其制备工艺》中所公开的工艺就是如此：用铝和碳作为添加剂，加入5～30％的碳化钨，用YG类硬质合金球强化球磨，获得小于0.5μ的混合粉末，在钢模中冷压成型后将素坯放在热压炉中烧结，其热压温度1800～1950℃，升温速度30～60℃/分，压力25～30MN/m2，保温15～90分钟。其缺点在于效率较低，产量不高，且模具磨损较大，制造成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种效率较高、模具磨损较小且制造成本较低的碳化硅陶瓷材料的压注成型工艺。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：碳化硅陶瓷材料的压注成型工艺包括以下步骤：
①配料：按重量百分比取细度为W10的碳化硅微粉80～90％、碳墨10～20％作为配料；
②球磨：按原料与铁球蛋的重量比为1∶1.5～2.5，将适量的铁球蛋放入铁球磨筒内，外加重量为原料的0.5～1.5％的油酸，球磨15～20小时；
③过筛：球磨结束后，过筛，除去粗颗粒；
④和蜡搅拌：以原料重量的25～30％为总蜡比，其中蜂蜡2～4％，石蜡23～26％，将过筛后的配料和蜡在搅拌机内进行加热混合搅拌，搅拌时间为2～4小时；
⑤成型：采用金属模具，将和蜡后的配料置入热压注机中一次成型为蜡坯，浆料温度控制在50～100℃；
⑥排蜡：将热压注成型的蜡坯装入匣钵内，以生氧化铝粉作吸附剂，放入低温排蜡炉内缓慢升温进行排蜡，温度控制在80～300℃之间，当坯体中的石蜡排出70％～85％时，将匣钵卸下冷却至室温，把坯体取出。
⑦烧结：将排蜡后的碳化硅毛坯称重，按毛坯重量的1.1～1.2倍配置硅片，然后将毛坯与硅片均匀地放置在坩锅内，装入真空烧结炉进行烧结，开始以每小时300℃的升温速度均匀升温，升至1200℃时，升温速度改为每小时200℃，当温度升至1600℃时，保温3～4小时，烧结结束。
上述原料中的碳化硅微粉以采用绿碳化硅微粉为佳；
在过筛时，以采用160目筛为佳；
烧结时所用的硅片其成分以下述为宜：按重量百分比，金属硅粉85～86％、氮化硼6.6～7％，2123树脂6.6～7％，硬脂酸锌0.8～1.1％，外加甲醇2～2.5％。
与现有技术相比，本发明配方简单而成品的理化性能好，由于采用金属模具，效率极高，且模具磨损小，使用寿命长，与干压工艺相比能使产量增加10倍左右，成型合格率提高5％左右，同类产品的价格与干压产品相比，可降低20％左右。以碳化硅陶瓷密封环产品为例，不仅可以压注一般形状的密封环，还能够成型异形产品、轴套等，可广泛应用于潜水泵、家用泵、汽车冷却水泵等密封领域，具有广泛的应用前景。
附图说明
(无)
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一：
按W10绿碳化硅微粉80％、碳黑20％的重量比配10Kg原料，外加油酸150ml(相当于原料重量的1.2％)及20kg的铁球蛋(原料与铁球蛋的重量比为1∶2)，放入铁球磨筒内进行球磨15小时；然后过筛；称取石蜡2100g(原料重量的21％)、蜂蜡400g(相当于原料重量的4％)，将该总量为2500g(相当于原料重量的25％)的蜡与配料在搅拌机内进行加热混合搅拌4小时；当浆料温度冷却至70～80℃时，倒入热压注机中成型；将热压注成型的蜡坯装入匣钵内，以生氧化铝粉作吸附剂，放入低温排蜡炉内缓慢升温进行排蜡，缓慢升温至170℃；将排蜡后的毛坯称重，按毛坯重量的1.1倍配置硅片，然后将毛坯与硅片均匀地放置在坩锅内，装入真空烧结炉进行烧结，开始以每小时300℃的升温速度均匀升温，升至1200℃时，升温速度改为每小时200℃，1400℃以上麦氏真空度在0～100Pa之间，当温度升至1600℃时保温3～4小时，烧结结束。本实施例的成品体积密度、硬度均为标准范围内的偏低值。
实例二：
按W10绿碳化硅微粉85％、碳黑15％的重量比配10Kg原料，外加油酸100ml(相当于原料重量的0.8％)及20kg的铁球蛋(原料与铁球蛋的重量比为1∶2)，放入铁球磨筒内进行球磨达18小时；然后过筛；称取石蜡2520g(相当原料重量的25.2％)、蜂蜡200g(相当于原料重量的2％)，将该总量为2720g(相当于原料重量的27.2％)的蜡与配料在搅拌机内进行加热混合搅拌3小时；接着进行成型、排蜡、烧结工艺，同实例一。本实施例所得成品的体积密度、硬度均为标准范围内的中间值。
实例三：
按W10绿碳化硅微粉90％、碳黑10％的重量比配10Kg原料，外加油酸70ml(相当于原料重量的0.56％)及20kg的铁球蛋(原料与铁球蛋的重量比为1∶2)，放入铁球磨筒内进行球磨达18小时；然后过筛；称取石蜡2700g(相当于原料重量的27％)、蜂蜡300g(相当于原料重量的3％)，将该总量为3000g(相当于原料重量的30%)的蜡与配料在搅拌机内进行加热混合搅拌2小时；接着进行成型、排蜡、烧结工艺，同实例一。实施例所得成品的体积密度、硬度均为标准范围内的较高值。
本发明目前主要用于制造碳化硅陶瓷密封环，但也可用于其他碳化硅陶瓷产品。

Claims (4)

1、一种碳化硅陶瓷材料的压注成型工艺，其特征在于包括以下步骤：
①配料：按重量百分比取细度为W10的碳化硅微粉80～90％、碳墨10～20％作为配料；
②球磨：按原料与铁球蛋的重量比为1∶1.5～2.5，将适量的铁球蛋放入铁球磨筒内，外加重量为原料的0.5～1.5％的油酸，球磨15～20小时；
③过筛：球磨结束后，过筛，除去粗颗粒；
④和蜡搅拌：以原料重量的25～30％为总蜡比，其中蜂蜡2～4％，石蜡23～26％，将过筛后的配料和蜡在搅拌机内进行加热混合搅拌，搅拌时间为2～4小时；
⑤成型：采用金属模具，将和蜡后的配料置入热压注机中一次成型为蜡坯，浆料温度控制在50～100℃；
⑥排蜡：将热压注成型的蜡坯装入匣钵内，以生氧化铝粉作吸附剂，放入低温排蜡炉内缓慢升温进行排蜡，温度控制在80～300℃之间，当坯体中的石蜡排出70％～85％时，将匣钵卸下冷却至室温，把坯体取出。
⑦烧结：将排蜡后的碳化硅毛坯称重，按毛坯重量的1.1～1.2倍配置硅片，然后将毛坯与硅片均匀地放置在坩锅内，装入真空烧结炉进行烧结，开始以每小时300℃的升温速度均匀升温，升至1200℃时，升温速度改为每小时200℃，当温度升至1600℃时，保温3～4小时，烧结结束。
2、根据权利要求1所述的碳化硅陶瓷材料的压注成型工艺，其特征在于所述原料中的碳化硅微粉为绿碳化硅微粉。
3、根据权利要求1所述的碳化硅陶瓷材料的压注成型工艺，其特征在于在过筛时，采用160目筛。
4、根据权利要求1或2或3所述的碳化硅陶瓷材料的压注成型工艺，其特征在于烧结时所用的硅片成分为：按重量百分比，金属硅粉85～86％、氮化硼6.6～7％，2123树脂6.6～7％，硬脂酸锌0.8～1.1％，外加甲醇2～2.5％。
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