[發明專利]干式冷等靜壓成型法制備薄壁碳化硅管材的工藝及模具

有效

• 申請號: 202110277789.5
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN112876256B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 陸有軍;劉洋;林立群;吳瀾爾;陳宇紅
• 申請（專利權）人: 北方民族大學
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B35/622;B28B21/76;B28B21/10
• 代理公司: 銀川瑞海陳知識產權代理事務所(普通合伙) 64104
• 代理人: 贠天娥

本發明公開了一種干式冷等靜壓成型法制備薄壁碳化硅管材的工藝，以碳化硅造粒粉為原料，先經過干式冷等靜壓壓制成型，再經過六步燒結工藝制備所得的碳化硅管材，對碳化硅管材的致密度具有突出的提升，其密度值可達3.14g/cm³。本發明制備出的薄壁碳化硅管材具有以下優點：1.使用性能佳，導熱性好、換熱性能優異、經濟耐用、安全環保；2.化學性能穩定，耐腐蝕性好；3.物理性能優異，致密度高、具有高強度、高硬度、抗沖擊性強，在高溫和高壓情況下仍具有超強的耐磨性，具有優良的機械性能，使用壽命長。本發明還公開了一種干式冷等靜壓成型法制備薄壁碳化硅管材的彈性模具，該模具在制備碳化硅管材時，便于裝料、成型及脫模，操作方便，效率高。

技術領域

本發明涉及碳化硅管材制備技術領域，具體地，涉及一種干式冷等靜壓成型法制備薄壁碳化硅管材的工藝及模具。

背景技術

換熱器作為化工、煉油、動力、食品、輕工、原子能、制藥、機械及其他許多工業部門廣泛使用的熱量交換設備，應用十分廣泛。在化工生產中，被作為加熱器、冷卻器、蒸發器、冷凝器和再沸器等，主要功能是實現生產過程中熱量的交換和傳遞，保證工藝過程對介質要求的特定溫度。在化工廠中，換熱設備的投資約占總投資的10％～20％；在煉油廠中，約占總投資的35％～40％。然而如果發生失效事故將會出現人員傷亡、直接經濟損失、間接損失、環境污染等一系列嚴重后果。特別是傳熱元件～換熱管是換熱器中直接與物料接觸的關鍵部件，長期暴露在惡劣工作環境中非常容易由于腐蝕泄露引發失效。研究開發新型材質傳熱元件在工程實際中對促進經濟發展，保障人民生命財產安全具有重要意義。

碳化硅陶瓷作為現代工程陶瓷之一，其硬度僅次于金剛石，具有熱膨脹系數小、熱導率高、化學穩定性好、耐磨性能高、在高溫下仍具有良好力學性能和抗氧化性能等突出的物理化學性質，成為最具發展前景的結構陶瓷，可以廣泛應用于石油化工、冶金機械、微電子器件和航空航天等領域。碳化硅換熱器是以無壓燒結碳化硅材料制成的元件為主體，與其它材料制成的元件組合而成的設備。碳化硅材料具有非常優良的導熱性、耐腐蝕性及耐高溫性能，尤其是在強腐蝕介質的換熱工況下，具有其它材料無可比擬的優勢。碳化硅管材在生產時致密度是影響管材使用性能的最關鍵的指標，尤其對于薄壁碳化硅，則嚴重影響使用壽命，為了保證使用性能，則需要加厚管壁，然而，管壁較厚會影響換熱效率，同時也會限制碳化硅管材在小型換熱器上的應用。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，提供了一種干式冷等靜壓成型法制備薄壁碳化硅管材的工藝及模具，制備出致密度高、經濟耐用的薄壁碳化硅管材，提升換熱性能，提高使用壽命。

本發明提供了一種干式冷等靜壓成型法制備薄壁碳化硅管材的工藝，包括以下步驟：

(1)壓坯：將鋼芯置入管式聚氨酯模具內，并將管式聚氨酯模具的一端通過封頭密封，使鋼芯卡入封頭內側的卡槽內，稱量造粒粉由管式聚氨酯模具的另一端加入，然后將管式聚氨酯模具的上端通過封頭密封，將模具推入冷壓機的高壓油箱中，緩慢加壓至100～200MPa，保壓1～5min后開始緩慢退壓，將模具整體拉出后，將管坯抽出模具同時抽出鋼芯，得到碳化硅管坯；

(2)燒結：將碳化硅管坯置于臥式燒結爐中進行燒結，得到碳化硅管材，燒結過程分為六個階段：

第一階段：室溫～(65±5)℃，升溫速率為5℃/min，在(65±5)℃下保溫10min；

第二階段：(65±5)℃～(380±40)℃，升溫速率5℃/min，在(380±40)℃下保溫10min；

第三階段：(380±40)℃～800℃，升溫速率5℃/min，在800℃下保溫15min；

第四階段：800℃～1800℃，升溫速率10℃/min；

第五階段：1800℃～2150℃，升溫速率為5℃/min，在2150℃下保溫30min；

第六階段：停止加熱，隨爐自然冷卻至室溫。