[發明專利]酚醛樹脂為碳源固相燒結制備復雜形狀碳化硅陶瓷工藝

有效

• 申請號: 201410542297.4
• 申請日: 2014-10-14
• 公開（公告）號: CN104291827A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 賀智勇;張啟富;千粉玲;王曉波
• 申請（專利權）人: 中國鋼研科技集團有限公司;新冶高科技集團有限公司;北京鋼研新冶精特科技有限公司
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B35/634
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

技術領域

本發明屬于碳化硅陶瓷的制備技術領域，具體涉及一種以酚醛樹脂為碳源固相燒結制備復雜形狀碳化硅陶瓷工藝，包括成型和燒結等方面。

背景技術

碳化硅陶瓷由于具有良好的高溫穩定性、導熱性等優良性能而廣泛應用于工業生產中。與反應燒結碳化硅陶瓷相比，固相燒結碳化硅陶瓷由于不含游離硅而具有更好的高溫穩定性、耐腐蝕性和更優的力學性能，因此應用前景更優。而目前固相燒結制備碳化硅陶瓷多以石墨或炭黑作為碳源，而本發明全部采用酚醛樹脂為碳源，一方面酚醛樹脂溶于水在混料中分布更為均勻，且燒結過程中酚醛樹脂裂解后生成的碳粒度更小，燒結活性更高，這有助于碳化硅陶瓷致密化過程的進行，因此以酚醛樹脂為碳源制備的碳化硅陶瓷性能更為優異。另一方面，以酚醛樹脂為碳源，干燥過程中會發生酚醛樹脂的固化反應，有助于提高成型后碳化硅陶瓷素坯的強度，使其滿足機械加工的要求，從而實現復雜形狀的以酚醛樹脂為碳源的碳化硅陶瓷素坯的成型。

與其他凝膠注模成型工藝+固相燒結工藝制備碳化硅陶瓷的工藝相比，由于凝膠注模工藝對環境因素如溫度、濕度等要求很高，干燥脫模不宜控制，產品合格率低；且碳化硅素坯還需置于不同的爐中分別進行排膠和燒結，工藝復雜，制備成本較高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種以酚醛樹脂為碳源固相燒結制備復雜形狀碳化硅陶瓷工藝，解決了產品合格率低；且碳化硅素坯還需置于不同的爐中分別進行排膠和燒結，工藝復雜，制備成本較高等問題。通過干壓/冷等靜壓成型工藝制備碳化硅陶瓷素坯，工藝簡單易控，形狀精確度也更高；此外，本發明中固相燒結的脫粘和燒結是在無壓爐中連續進行，可簡化脫粘和燒結工藝，節約生產成本，提高生產效率。

本發明所采用的技術方案包括如下步驟：

(1)球磨混料：以SiC粉體，B₄C粉體和酚醛樹脂為原料，以去離子水為溶劑，球磨混合一段時間；

(2)造粒：將得到的漿料烘干、破碎、過篩或噴霧造粒獲得混合均勻的粉體；

(3)成型：將粉體干壓成型后獲得碳化硅陶瓷素坯，然后將素坯冷等靜壓，或直接將粉體裝入橡膠套中冷等靜壓；

(4)干燥：將獲得的碳化硅陶瓷素坯置于均勻加熱的烘箱中干燥；

(5)機械加工：繪制圖紙，對干燥后的碳化硅素坯進行機械加工；

(6)脫粘和燒結：將加工好的素坯放入燒結爐中，使脫粘和燒結一體化進行。

優選的是，所述步驟(1)中所述的SiC粉體的粒徑為D50＝0.5～4μm，純度＞98％；B₄C粉體粒徑為D50＝1～4μm，B₄C粉體加入量為SiC粉體的0.5～3％；酚醛樹脂裂解殘C率為38～55％，加入量為SiC粉體的3～10％；采用SiC球為研磨球，全部原料︰SiC球＝(0.5～5)︰1，球磨時間為3～12h。

優選的是，所述步驟(3)的干壓成型工藝所用的模具大小需根據燒結后碳化硅陶瓷的收縮率15～22％及干壓坯體再經冷等靜壓成型后坯體的收縮率2～20％來共同確定；干壓工藝為30～80MPa，保壓時間為5～30s。

優選的是，所述步驟(3)的冷等靜壓工藝為120～240MPa，保壓5～15min。

優選的是，所述步驟(4)的干燥工藝為120～200℃，保溫2～10h。

優選的是，所述步驟(4)的碳化硅陶瓷素坯的尺寸需按照燒結后線收縮率15～22％來將SiC陶瓷制品的尺寸放大后獲得。

優選的是，所述的步驟(5)中脫粘和燒結在同一爐中連續進行：脫粘在700～850℃的真空條件下進行，脫粘制度為600-850℃保溫2-8h；升溫速率為2～5℃/min，因為脫粘過程中會有大量有機物排出；燒結在流動的氬氣氣氛中進行，當≤1750℃時，升溫速率為5℃/min，當＞1750℃時升溫速率為，0.5～3℃/min，最高溫度為1900～2250℃，降溫速率為5-10℃/min。

本發明的有益效果