[發(fā)明專利]原位合成納米SiC顆粒增強(qiáng)反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410363439.0
• 申請(qǐng)日: 2014-07-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104671788A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳海奕;藍(lán)振華;柯美亞;李建峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海柯瑞冶金爐料有限公司;上海海事大學(xué);上海彭浦特種耐火材料廠有限公司
• 主分類號(hào): C04B35/565
• 分類號(hào): C04B35/565;C04B35/622
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 潘振甦

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種原位合成納米顆粒增強(qiáng)(或補(bǔ)強(qiáng))反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷的生產(chǎn)方法，屬于先進(jìn)陶瓷生產(chǎn)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

為了較好地適應(yīng)鋼板的不同熱處理制度要求，尤其在產(chǎn)量波動(dòng)較大，溫度調(diào)節(jié)范圍較寬的情況下，能夠最大程度地保證在不同熱處理制度下的溫度均勻性，越來(lái)越多的中厚板廠采用輻射管加熱無(wú)氧化輥底式爐，該爐型為連續(xù)輥底式，這種爐子溫度均勻，爐溫波動(dòng)可以小于5℃，鋼板性能穩(wěn)定均勻，表面質(zhì)量良好，自動(dòng)化程度高。從趨勢(shì)上看,除了用于不銹鋼固溶的高溫?zé)崽幚頎t采用明火加熱以外，隨著厚板行業(yè)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來(lái)越高，越來(lái)越多的輻射管加熱的熱處理爐被厚板行業(yè)采用。該熱處理爐不僅提高產(chǎn)品質(zhì)量，而且在節(jié)能減排上效果突出，其核心技術(shù)是采用了碳化硅燒嘴，突出優(yōu)點(diǎn)為：燒嘴采用碳化硅耐火材料，碳化硅陶瓷材料熱導(dǎo)率高，熱震穩(wěn)定性好，有助于提高熱轉(zhuǎn)換效率。

然而，傳統(tǒng)的SiC陶瓷燒結(jié)通常采用熱壓、熱等靜壓、常壓燒結(jié)和重結(jié)晶工藝。其特點(diǎn)是，燒結(jié)溫度高(一般在2000℃以上)，對(duì)設(shè)備要求高，能耗大，燒結(jié)過(guò)程中樣品收縮較大，難以實(shí)現(xiàn)大尺寸、復(fù)雜形狀樣品的制備。反應(yīng)燒結(jié)SiC是一種近乎完全致密的工程陶瓷，與傳統(tǒng)燒結(jié)方法相比，該方法燒結(jié)溫度低，能耗小，設(shè)備簡(jiǎn)單、燒結(jié)時(shí)變形收縮小，可制備大尺寸、形狀復(fù)雜的碳化硅結(jié)構(gòu)件。雖然反應(yīng)燒結(jié)SiC具有很多優(yōu)點(diǎn)，但本質(zhì)上還是一種脆性材料，使其工程應(yīng)用受到了很大限制。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，公開(kāi)號(hào)為CN101508570A的中國(guó)專利公開(kāi)了一種反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷及其生產(chǎn)工藝，原料包括：5～8重量份粒度為10～90μm的SiC粉、2～3重量份粒度為0.1～10μm的SiC粉、0.5～1重量份碳黑粉、0.3～0.8重量份石墨粉和0.1～0.3重量份聚乙烯醇或羧甲基纖維素液體。但該體系的不足之處是：反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷的強(qiáng)度還需進(jìn)一步提高，才能適應(yīng)更為苛刻環(huán)境條件下的陶瓷結(jié)構(gòu)件。檢索中還發(fā)現(xiàn)，公開(kāi)號(hào)為CN101104559的中國(guó)專利公開(kāi)了一種碳纖維增強(qiáng)反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷的制備方法，配料組分為碳化硅100重量份，炭黑7～18重量份，碳纖維2～8體積份，制備方法是將配料碳化硅和炭黑的復(fù)合粉體及碳纖維分散于有機(jī)單體和交聯(lián)劑的溶液中，碳纖維的加入提高了碳化硅陶瓷的強(qiáng)度。但該體系的不足之處是：碳纖維難以分散，且價(jià)格昂貴。檢索中進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，公開(kāi)號(hào)為CN101747044A的中國(guó)專利公開(kāi)了一種以中間相炭微球?yàn)樘吭吹姆磻?yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷制備方法，首次采用中間相炭微球?yàn)樘吭春?0～40wt％碳化硅粉為原料，制備的反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷具有密度相對(duì)較低，強(qiáng)度高，殘硅量小的特點(diǎn)。但仍然存在中間相炭微球成本較高的不足。

碳化硅燒嘴使用過(guò)程中存在的問(wèn)題也是比較突出的，使用壽命盡管遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于耐熱鋼，但是平均每年仍然需要更換兩次，以上海寶山鋼鐵公司的厚板廠為例，1號(hào)爐使用268只燒嘴，包括輻射管總共10節(jié)，每節(jié)包含一個(gè)碳化硅磚，合計(jì)2680只；2號(hào)爐使用314只燒嘴，包括輻射管總共9節(jié)，每節(jié)中也包含一個(gè)碳化硅磚，合計(jì)2826只。以此推算，每年需要消耗大量的碳化硅磚，提高使用壽命的有效途徑是改進(jìn)碳化硅陶瓷的致密度，提高力學(xué)性能，現(xiàn)有碳化硅陶瓷的體積密度在3.0g/cm³左右，抗彎強(qiáng)度通常低于300MPa。為此，本發(fā)明擬通過(guò)原位合成納米顆粒增強(qiáng)(或補(bǔ)強(qiáng))反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷，有望使制備得到的碳化硅陶瓷致密程度高(體積密度大于3.0g/cm³)，力學(xué)性能好(抗彎強(qiáng)度大于300MPa)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供原位合成納米SiC顆粒增強(qiáng)反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷的方法，本發(fā)明是通過(guò)原位合成納米碳化硅增強(qiáng)(或補(bǔ)強(qiáng))反應(yīng)燒結(jié)碳化硅材料，提高了材料的強(qiáng)度，進(jìn)而拓寬反應(yīng)燒結(jié)碳化硅材料的應(yīng)用領(lǐng)域。

本發(fā)明的目的是通過(guò)用于連續(xù)式輥底爐輻射管的原位合成納米碳化硅增強(qiáng)(或補(bǔ)強(qiáng))反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷，其特征在于：所述碳化硅陶瓷原材料各質(zhì)量百分比含量為：粒度為45～75微米的碳化硅粉60～65％，粒度為3～5微米的碳化硅粉15～20％，粒度為3～5微米的金屬硅粉4～6％，淀粉3～5％，炭黑5～9％，石墨粉3～6％。外加上述干粉質(zhì)量1～1.5％的羧甲基纖維素作結(jié)合劑。碳化硅粉純度大于98.5％，金屬硅粉純度大于99.3％，炭黑純度大于99.7％，石墨粉純度大于98.5％。上述原料通過(guò)包括與水混合配料，注漿成型，燒成，清理等工序，最終制得碳化硅陶瓷。

上述的碳化硅陶瓷的具體制備步驟為：