專利名稱：反應(yīng)燒結(jié)碳化硅的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于反應(yīng)燒結(jié)碳化硅技術(shù)，特別涉及一種反應(yīng)燒結(jié)碳化硅窯具的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
反應(yīng)燒結(jié)碳化硅是一種新型的高技術(shù)陶瓷，它具有高強(qiáng)度、高硬度、良好的耐磨性和耐腐蝕性，廣泛的用于冶金、石油化工、電子、航天航空等領(lǐng)域。這種產(chǎn)品是以碳化硅磨料輔以碳黑、石墨及各種添加劑，經(jīng)干壓、擠壓或注漿等方法制成多孔坯體，在高溫下與液態(tài)硅接觸，坯體中的碳與滲入的硅反應(yīng)，生成β-sic，并與α-sic相結(jié)合，過量的硅填充氣孔，從而得到無孔致密的反應(yīng)燒結(jié)體。為保證滲硅的完全，要求素坯具有足夠的空隙度，這需要嚴(yán)格調(diào)整和選擇最初混合料中α-sic及各種輔料的含量、添加劑的種類和比例、α-sic的粒度級(jí)配；選擇合適的燒結(jié)工藝，主要是燒結(jié)溫度、升溫速度、保溫時(shí)間對(duì)制品的材料密度和抗折強(qiáng)度尤為重要。關(guān)于反應(yīng)燒結(jié)碳化硅的原材料組成比例以及生產(chǎn)工藝在國內(nèi)外公開刊物上未見報(bào)道。在中文科技期刊數(shù)據(jù)庫(1989-2004)，標(biāo)示為159359的文獻(xiàn)介紹了一種反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷，該產(chǎn)品體積密度2.95-3.10g/cm3；硬度(HRA)88-92；彎曲強(qiáng)度300-400Mpa；顯氣孔率0-0.3％。工藝條件及參數(shù)沒有記載。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是發(fā)明人多年對(duì)原料配方、生產(chǎn)工藝，特別是獨(dú)特的連續(xù)推進(jìn)燒結(jié)工藝的研究，歷經(jīng)千次試驗(yàn)，而形成的較成熟的技術(shù)方案。
本發(fā)明技術(shù)方案1、按重量份數(shù)配料取碳化硅微粉5-8份、碳黑0.5-1.5份、石墨1-1.5份、0.1-0.5份粘結(jié)劑；其中碳化硅粒度級(jí)配為sic(90-30μm)3-5份、sic(30-0.8μm)2-3份。羚甲基纖維素和聚乙烯醇粉末分別按0.1-0.5份加入適量的水中，加熱，得透明溶液；將按配比稱好的各種粉料、粘結(jié)劑及溶液混合，攪拌均勻。
2、注漿模子清理抽真空達(dá)到0.1Mpa后，壓力將制得的混合漿料注入。一定時(shí)間后，放出漿液，取出坯體。30-70℃保持18-20小時(shí)烘干。
3、修坯按照?qǐng)D紙要求修坯。
4、反應(yīng)燒結(jié)坯體入爐，加入重量份數(shù)為1-3份的金屬硅，真空燒結(jié)。過程分為低溫0-700℃，保持3-5小時(shí)；中溫700-1400℃，保持4-6小時(shí)；高溫1400-2200℃，保持5-7小時(shí)。降溫到150℃以下停爐，開爐。
5、噴沙處理將產(chǎn)品表面硅渣打磨清理，噴砂拋光。
6、氧化處理產(chǎn)品放入氧化爐內(nèi)，24小時(shí)升溫達(dá)到1350℃，自然降溫。取出，檢驗(yàn)合格后入庫。
本發(fā)明方法采用的原料及配比，科學(xué)合理，使坯體具有足夠的空隙度，素坯具有最佳的密度；最優(yōu)的燒結(jié)升溫速度、溫度及保溫時(shí)間，保證了制品較高的抗折強(qiáng)度。本辦法生產(chǎn)的主要性能、質(zhì)量達(dá)到國際先進(jìn)水平。其主要指標(biāo)對(duì)比如下


具體實(shí)施方式
實(shí)例1反應(yīng)燒結(jié)碳化硅橫梁的生產(chǎn)方法1、配料取粘結(jié)劑重量份數(shù)0.3份加入一定量水?dāng)嚢杈鶆蚺c重量份數(shù)分別為6.8份的碳化硅微粉(粒度為90-30μm的3.8份，30-0.8μm的3份)、1份碳黑、1.5份石墨，3小時(shí)后再加入聚乙烯醇0.25份和羚甲基纖維素0.15份放到攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌15小時(shí)后，進(jìn)行流速比重試驗(yàn)，合格后，停機(jī)，取出漿料。
2、注漿，首先對(duì)使用的模子進(jìn)行清理，合好，用卡子卡緊，再用壓力把漿料抽入罐中，罐內(nèi)充滿0.1Mpa壓力的氮?dú)猓M(jìn)行壓力注漿，把料漿壓到模內(nèi)。達(dá)到1小時(shí)后，把漿液放出，6小時(shí)后把模子拆開取出毛坯放入烘干室烘干。經(jīng)30-70℃，18-20小時(shí)內(nèi)取出。
3、修坯，首先檢查毛坯是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，達(dá)到要求，即按圖紙進(jìn)行修坯。檢驗(yàn)合格后，送高溫烘干室。
4、反應(yīng)燒結(jié)坯體水分達(dá)到1％時(shí)取出，用氣吹干凈坯體稱重。加入重量份數(shù)2.9份的金屬硅。即可沖氮?dú)?、抽真空燒結(jié)。燒結(jié)過程采用700℃低溫4小時(shí)；中溫1400℃，5小時(shí)；高溫2200℃，6小時(shí)。降溫12小時(shí)到150℃時(shí)停爐，開爐。
5、噴沙處理產(chǎn)品出爐后將其表面硅渣打磨清理，噴砂拋光。
6、對(duì)制品進(jìn)行氧化處理其目的是去掉燒結(jié)過程中反應(yīng)生成的氧化物。產(chǎn)品在氧化爐內(nèi)，經(jīng)24小時(shí)升溫達(dá)到1350℃，然后自然降溫。取出后，檢驗(yàn)合格入庫。
用本方法生產(chǎn)的反應(yīng)燒結(jié)碳化硅窯具與現(xiàn)有技術(shù)相比，自重減輕20％，增加裝窯量15-25％，節(jié)約能耗20％以上，且抗熱震性能強(qiáng)。具體技術(shù)指標(biāo)如下Sic含量(％) ≥81Si含量(％) ≤19使用溫度1380℃體積密度≥3.04g/cm3顯氣孔率＜0.1％抗彎強(qiáng)度常溫彎曲強(qiáng)度250(20℃)MPa高溫彎曲強(qiáng)度280(1200℃)Mpa彈性模量330(20℃)Gpa300(1200℃)Gpa導(dǎo)熱系數(shù)45(1200℃)w/m.k熱膨脹系數(shù) 4.5K-1×10-6莫氏硬度＞9實(shí)例2反應(yīng)燒結(jié)碳化硅噴嘴的生產(chǎn)方法工藝過程同實(shí)例1。
分別取粘結(jié)劑、碳化硅微粉(粒度為90-30μm的3.8份，30-0.8μm的3.2份)、碳黑、石墨重量份數(shù)分別為0.5份、7份、1份、1.2份。攪拌后再加入0.15份聚乙烯醇和0.15份羚甲基纖維素。
加入的金屬硅份數(shù)2.5份。低溫700℃，4小時(shí)，中溫1200℃，5小時(shí)，高溫2200℃，6小時(shí)。
本方法生產(chǎn)的碳化硅噴嘴碳化硅含量(純度)98.75％，密度3.04g/cm3，抗彎強(qiáng)度280Mpa，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)于國內(nèi)外同類產(chǎn)品。且噴嘴噴霧液滴分布均勻，流道暢通，無阻塞現(xiàn)象。在高磨損、腐蝕嚴(yán)重的惡劣環(huán)境中能運(yùn)行60000小時(shí)，其使用壽命是不銹鋼和鑄鐵的90倍。
實(shí)例3反應(yīng)燒結(jié)碳化硅輥棒的生產(chǎn)方法工藝過程同實(shí)例1。
分別取粘結(jié)劑、碳化硅微粉(粒度為90-30μm的4.3份，30-0.8μm的2.7份)、碳黑、石墨重量份數(shù)分別為0.4份、7份、0.8份、1.3份。攪拌后再加入0.5份聚乙烯醇和0.2份羚甲基纖維素。
加入的金屬硅份數(shù)3份。低溫700℃，4小時(shí)，中溫1400℃，5小時(shí)，高溫2200℃，6小時(shí)。
利用本技術(shù)生產(chǎn)的反應(yīng)燒結(jié)碳化硅輥棒承載力指標(biāo)如下

其主要技術(shù)指標(biāo)如下


本方法生產(chǎn)的產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)通過與德國順克窯具公司等國外同類產(chǎn)品相比較，以及國外用戶使用情況反饋，產(chǎn)品主要性能、質(zhì)量達(dá)到國際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。對(duì)比如下

采用本發(fā)明反應(yīng)燒結(jié)碳化硅輥棒替代傳統(tǒng)窯具，節(jié)約能耗10％以上，節(jié)能效果顯著。該產(chǎn)品抗熱震性能強(qiáng)，大大延長了使用次數(shù)，平均壽命是傳統(tǒng)窯具的5倍以上。
權(quán)利要求
1.一種反應(yīng)燒結(jié)碳化硅的生產(chǎn)方法，包括注漿模子清理抽真空達(dá)到0.1Mpa后，壓力將制得的混合漿料注入，一定時(shí)間后，放出漿液，取出坯體，30-70℃保持 8-20小時(shí)烘干；修坯；噴沙處理將產(chǎn)品表面硅渣打磨清理，噴砂拋光；氧化處理產(chǎn)品放入氧化爐內(nèi)，24小時(shí)升溫達(dá)到1350℃，自然降溫，取出，檢驗(yàn)合格后入庫等工藝過程，其特征在于按重量份數(shù)配料取碳化硅微粉5-8份、碳黑0.5-1.5份、石墨1-1.5份、0.1-0.5份粘結(jié)劑；其中碳化硅粒度級(jí)配為sic(90-30μm)3-5份、sic(30-0.8μm)2-3份；羚甲基纖維素和聚乙烯醇粉末分別按0.1-0.5份加入適量的水中，加熱，得透明溶液；將按配比稱好的各種粉料、粘結(jié)劑及溶液混合，攪拌均勻；反應(yīng)燒結(jié)坯體入爐，加入重量份數(shù)為1-3份的金屬硅，真空燒結(jié)過程分為低溫0-700℃，保持3-5小時(shí)；中溫700-1400℃，保持4-6小時(shí)；高溫1400-2200℃，保持5-7小時(shí)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)燒結(jié)碳化硅的生產(chǎn)方法，其特征在于組成坯體的各物料重量份數(shù)分別為，粘結(jié)劑、碳化硅微粉(粒度為90-30μm的3.8份，30-0.8μm的3.2份)、碳黑、石墨重量份數(shù)分別為0.3份、7份、1份、1.2份，0.15份聚乙烯醇和0.15份羚甲基纖維素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)燒結(jié)碳化硅的生產(chǎn)方法，其特征在于連續(xù)推進(jìn)燒結(jié)工藝的溫度和時(shí)間為，低溫700℃，4小時(shí)，中溫1200℃，5小時(shí)，高溫2200℃，6小時(shí)，加入的金屬硅份數(shù)2.5份。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種反應(yīng)燒結(jié)碳化的生產(chǎn)方法。本發(fā)明方法的主要特征是取重量份數(shù)的碳化硅微粉5－8份、碳黑0.5－1.5份、石墨1－1.5份、0.1－0.5份粘結(jié)劑；其中碳化硅粒度級(jí)配為sic(90－30μm)3－5份、sic(30－0.8μm)2－3份；羚甲基纖維素和聚乙烯醇粉末分別為0.1－0.5份；真空燒結(jié)過程分為低溫0－700℃，保持3－5小時(shí)；中溫700－1400℃，保持4－6小時(shí)；高溫1400－2200℃，保持5－7小時(shí)，加入重量份數(shù)為1－3份的金屬硅。本發(fā)明方法采用的原料及配比，科學(xué)合理，使坯體具有足夠的空隙度，素坯具有最佳的密度；最優(yōu)的燒結(jié)升溫速度、溫度及保溫時(shí)間，保證了制品較高的抗折強(qiáng)度。本辦法生產(chǎn)的產(chǎn)品的主要性能、質(zhì)量達(dá)到國際先進(jìn)水平。
文檔編號(hào)C04B35/565GK101081740SQ200710014368
公開日2007年12月5日 申請(qǐng)日期2007年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月24日
發(fā)明者王汝江, 張懷順 申請(qǐng)人:山東金鴻集團(tuán)有限公司