[發明專利]一種碳化硅材料的制備方法、碳化硅及其應用

有效

• 申請號: 202110046184.5
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112745125B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 王龍山;劉洋洋;李云釗;鮑恩成;李文廷;張宏科
• 申請（專利權）人: 萬華化學集團股份有限公司
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B35/622;C04B35/626;C04B35/63
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本發明公開了一種碳化硅材料的制備方法、碳化硅及其應用。采用預形核工藝，通過預先燒結CoO、Ni₂O使其部分轉變形成NiCo₂O₄形核劑，并將NiCo₂O₄形核劑通過攪拌、混合等步驟均勻分散在未燒結的碳化硅基體中經熱壓燒結成型制備得到碳化硅材料。本發明制備的碳化硅材料有開裂傾向性低、致密度高、強度、韌性等均較高的優點，且燒結期間高溫運行時間相對較短，安全生產系數得到提高，能耗降低。采用本發明方法制備的碳化硅材料可用于管道、設備等的測溫結構。

技術領域

本發明涉及陶瓷加工技術領域，具體涉及一種碳化硅材料的制備方法、碳化硅及其應用，可滿足強腐蝕尤其是帶有露點腐蝕的管道、設備的溫度測量需要。

背景技術

在設備、管道正常運轉過程中，為了對介質的溫度進行有效監控，需要使用溫度計對介質溫度進行測量。但是目前常用溫度計的材料主要為金屬材料，不能夠承受強酸等強腐蝕性環境。碳化硅陶瓷作為一種高溫結構陶瓷，不僅具有優秀的耐磨性、高導熱性、耐熱性能，而且具有良好的耐腐蝕性和高溫穩定性，廣泛的應用在機械、電子、石油化工、冶金等工業領域。碳化硅陶瓷目前的成型方法主要包括熱壓燒結、超高壓燒結、高真空燒結、微波燒結等。上述方法仍然存在一定的問題。例如，熱壓燒結工藝燒結溫度高、保溫時間長、制備的樣品晶粒尺寸較大，力學性能較低；采用超高壓燒結、高真空燒結工藝制備的碳化硅材料雖然具有較高的致密度，但是因為壓力或真空度高，設備成本昂貴，材料成本偏高；微波燒結工藝具有加熱快，保溫時間短的優點，但是因為其加熱及保溫時間均較短，材料在短時間內經歷室溫、高溫、低溫的循環內部殘余應力值較高，開裂風險性高。

因此，需要開發一種碳化硅材料的制備方法，簡化制備工藝，提高碳化硅材料的力學性能，拓寬其在石油化工領域尤其是露點腐蝕、酸腐蝕等強腐蝕性環境的應用范圍。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術的不足，提供一種碳化硅材料的制備方法，所述方法能夠縮短熱壓燒結工藝的保溫時長，制備的碳化硅材料，具有較高的強度、良好的韌性。

本發明的另一目的在于提供這種制備方法得到的碳化硅材料產品。

本發明的再一目的在于提供這種碳化硅材料在管道、設備的測溫結構中的應用，在強酸性腐蝕環境、沖刷性環境中也具有較好的適用性。

為實現上述發明目的，本發明采用如下的技術方案：

一種碳化硅材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將粘結劑CoO、Co₂O₃與Ni₂O預燒結，使部分轉變形成NiCo₂O₄形核劑，燒結后冷卻至室溫，得到預形核物料；

2)將所述預形核物料與含有碳化硅的基體物料混合均勻，采用熱壓燒結成型工藝制備得到碳化硅材料。

在一個具體的實施方案中，所述步驟1)制備的預形核物料還包括采用球磨機進行充分研磨，得到預形核粉末的步驟；優選地，所述研磨后的預形核粉末粒徑為50-100nm，所述預形核粉末與含有碳化硅的基體物料的混合攪拌時間為2～6h。

在一個具體的實施方案中，所述步驟1)中的預燒結溫度為260～460℃，燒結時間1～1.5h。

在一個具體的實施方案中，所述粘結劑CoO、Co₂O₃與Ni₂O中Co與Ni的原子摩爾比為1:1。

在一個具體的實施方案中，所述熱壓燒結成型工藝的燒結溫度為1800～1900℃，燒結時間為0.5～2h。