一种陶瓷复合材料及其烧制方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种陶瓷复合材料，所述陶瓷复合材料主要由以下原料制成：氮化硅5‑30份，碳化硅70‑95份，Al

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷复合材料及其烧制方法和应用
本专利技术涉及陶瓷材料领域，具体而言，涉及一种陶瓷复合材料及其烧制方法和应用
技术介绍
随着科学技术的发展，绿色环保型的产品越来越受到各行业的关注。目前国内外高端磁力泵、屏蔽泵、齿轮泵、凸轮转子泵、计量泵等化工泵大量采用无压烧结碳化硅制造陶瓷滑动轴承组件和泵轴等部件，泵的其它部件还是采用不锈钢，哈锡合金、钛合金，碳钢、铸铁等材料制造。面对卫生、食品、医药和精细化工的行业提出的耐磨损、耐腐蚀、耐高温等对环境要求苛刻的条件下使用的泵，金属材料无法满足其要求。而目前国内外大量采用的无压烧结碳化硅虽然耐磨损、耐腐蚀、性能优良，价格较低，但是由于碳化硅的强度较低，其容易出现突然断裂，造成整体设备损坏。目前只局限在各种泵用的滑动轴承和泵轴上采用无压烧结碳化硅，而且大尺寸的结构件烧结困难。本专利技术为满足各种泵体、叶轮、凸轮转子、齿轮、罗杆、柱塞等泵的部件的需要，提高泵的部件的强度、硬度、改善韧性、提高泵零部件的耐磨性及使用寿命等问题。提供一种用来制造各种泵用零部件的陶瓷复合材料。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种陶瓷复合材料，陶瓷复合材料抗弯强度高、断裂韧性好、显微硬度高、耐腐蚀性好，其可以用于腐蚀性强或者高温的环境下，满足各种泵体、叶轮、凸轮转子、齿轮、罗杆、柱塞等泵的部件的需要。本专利技术的第二目的在于提供所述陶瓷复合材料的烧制方法，该方法选用高压烧结，能够提高烧制品的成品的密度，工艺中所选择的参数特别适于制备本专利技术提供的陶瓷复合材料的烧制。本专利技术的第三目的在于提供所述陶瓷复合材料在制备泵中的应用，本专利技术的材料由于其多种性能良好，适宜于制备各种泵。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：本专利技术的一个方面涉及一种陶瓷复合材料，所述陶瓷复合材料主要由以下原料制成：氮化硅5-30份，碳化硅70-95份，Al2O30.5-10份，Y2O30.5-10份，以及Er2O3和/或Yb2O30.5-8份。本专利技术的陶瓷复合材料，以碳化硅为主要基材，碳化硅基陶瓷具有耐腐蚀、耐高温、抗热震、耐磨损、热传导性良好以及质量轻等特点，同时添加少量的氮化硅，能够赋予陶瓷材料良好的力学性能、热学性能以及化学稳定性。碳化硅-氮化硅复合陶瓷材料为高温结构陶瓷，通常较难实现烧结致密化，本专利技术针对碳化硅-氮化硅基材的特点，添加Al2O3和Y2O3烧结助剂，在烧结的过程中形成钇铝石榴石，渗透到周围的基体中，能够在较低温度下实现致密化烧结，改善陶瓷的微观组织结构，赋予陶瓷更好的力学性能，并且不会影响陶瓷的其它方面的性能特别是耐腐蚀性和力学性能，另外，本专利技术进一步通过添加Er2O3或者Yb2O3，或者这二者的混合物，能够进一步提高陶瓷材料的力学性能，特别是抗弯强度和断裂韧性。优选地，所述陶瓷复合材料包括按重量份计的以下组分：氮化硅15-25份；碳化硅75-85份；Al2O35-10份，Y2O35-10份，以及Er2O3和/或Yb2O34-6份。优选地，Al2O3和Y2O3的重量比为1:1。优选地，所述氮化硅为α-Si3N4和/或β-Si3N4，优选地，所述氮化硅的纯度大于98％，原始粒度小于3微米。优选地，所述碳化硅为α-SiC,纯度大于98％、粒度为0.5-1.5微米。优选地，所述Er2O3、Yb2O3、Al2O3和Y2O3的纯度分别大于99.99％、粒度分别为0.5-1.5微米。本专利技术选定特定纯度和粒径范围的碳化硅、氮化硅、Er2O3、Yb2O3、Al2O3和Y2O3，这些原料在混合均匀后，其不同粒径的颗粒能够实现较好较致密地堆积，进而在成型以后，能够提高素坯的成型率，并形成较高密度的素坯，最终提高陶瓷材料的密度。本专利技术的另一方面设计所述的陶瓷复合材料的烧制方法，所述方法包括以下步骤：1)将制备陶瓷复合材料的原料混合，加入无水乙醇进行研磨；2)向研磨后的混合物内添加粘结剂和分散剂，混合均匀并进行喷雾干燥，造粒；3)将造粒后得到的粉料压制成型，制成素坯；4)在高纯惰性气体环境下高压烧结所述素坯。本专利技术采用的烧制方法，加入的无水乙醇一般为工业级的99.99％的无水乙醇，加入适量进行研磨，其用量为本领域的常规用量，本领域技术人员可根据需要进行添加，之后进行搅拌研磨，再泵入喷雾造粒塔中进行喷雾干燥，造粒，再经过振动过80--120目过筛。在造粒之后进行成型，造粒后的颗粒流动性好，大小较为均一，容易填充均匀。这种方法首先易于在成型过程中降低孔隙率，提高素坯的密度，并使素坯具有一定的强度，其次是易于使坯体密度均匀，提高成型率，再次是有利于提高成品在各方面的理化性能。产品成型可以根据所制备的产品的结构和尺寸大小，选择模压成型或冷等静压成型，或其它的成型方式。成型后的素坯可以根据尺寸形状大小进行车加工或预加工。尺寸较大的产品还需进行预烧结脱粘，所述预烧结为本领域常规的预烧结，预烧结的条件本领域技术人员可根据需要进行选择，然后将预烧结的素坯放入气压烧结炉中，在高纯度惰性气体环境下进行烧结。优选地，所述步骤1)中，所述研磨的时间为10-20h。优选地，所述步骤4)中所述烧结过程为，以10-20℃/min的速度升温至1000C-1200℃后向烧结炉内充入高纯惰性气体，保温，再以10-25℃/min的速度升温到1800-2000℃，保温。本专利技术采用的烧结过程为两次升温过程，一是有利于提高成品率，二是能够提高最终烧制的产品的理化性能，特别是抗弯强度和断裂韧性，两次保温时间均可以根据工件的大小和尺寸来决定。烧结过程中的保温时间可以根据工件的大小而决定，通常情况下，首次保温的时间为60-120min，升温后的保温时间为400-600min。优选地，充入高纯氩气后，烧结炉内的气压为7.5-9Mpa。充入纯度的惰性气体有助于烧制成品陶瓷具有更高的密度，应用性更好。本专利技术的另一方面涉及所述陶瓷复合材料在耐腐蚀或耐高温的设备或零部件方面的应用；优选地，所述陶瓷复合材料用于制成泵体、泵用零部件、隔离罩、以及磁力驱动器；更优选的，所述泵包括全陶瓷屏蔽泵、磁力泵、叶片泵、齿轮泵、凸轮转子泵、螺杆泵和铝液输送泵。本专利技术所述的陶瓷复合材料具有非常优异的耐化学药品的腐蚀性、耐高温、耐磨损及优秀的力学性能，可以用于具有腐蚀性的环境中或者高温的环境中，主要针对某些特种行业，采用不锈钢和钛合金等特殊材料无法满足的环境下的设备或零部件，特别适合于化工领域和制药、食品、精细化工等行业的一些设备或零部件，例如可以用来制造各种泵的泵体及泵用各种零部件，如叶轮、泵轴、凸轮转子泵、齿轮和齿轮轴、螺杆等，还可以制成陶瓷复合材料的隔离罩、陶瓷复合材料磁力驱动器等多种部件。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1.本专利技术的陶瓷复合材料中，在碳化硅材料中加入了氮化硅组分和Al2O3-Y2O3-Er2O3-Yb2O3多元烧结助剂，使得陶瓷材料在具有一般碳化硅陶瓷材料的抗腐蚀性、耐高温、耐磨损性的同时，具有良好的力学性能；2.本专利技术的陶瓷复合材料，可以在较低的温度下实现致密性烧结；3.本专利技术的工艺采用二次烧结的方式，通过特定的升温曲线使得陶瓷材料组分能够充分烧结，并且通过气相高压烧结的方式，使得制成的陶瓷制品具有更高的烧结密度；4.本专利技术的陶瓷因具有良好的抗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷复合材料，其特征在于，所述陶瓷复合材料主要由以下原料制成：氮化硅 5‑30份，碳化硅 70‑95份，Al

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷复合材料，其特征在于，所述陶瓷复合材料主要由以下原料制成：氮化硅5-30份，碳化硅70-95份，Al2O30.5-10份，Y2O30.5-10份，以及Er2O3和/或Yb2O30.5-8份。2.根据权利要求1所述的陶瓷复合材料，其特征在于，所述陶瓷复合材料包括按重量份计的以下组分：氮化硅15-25份；碳化硅75-85份；Al2O35-10份，Y2O35-10份，以及Er2O3和/或Yb2O34-6份；优选地，Al2O3和Y2O3的重量比为1:1。3.根据权利要求1所述的陶瓷复合材料，其特征在于，所述氮化硅为α-Si3N4和/或β-Si3N4，优选地，所述氮化硅的纯度大于98％，原始粒度小于3微米。4.根据权利要求1所述的陶瓷复合材料，其特征在于，所述碳化硅为α-SiC,纯度大于98％，粒度为0.5-1.5微米。5.根据权利要求1所述的陶瓷复合材料，其特征在于，所述Er2O3、Yb2O3、Al2O3和Y2O3的纯度分别大于99.99％、粒度分别为0.5-1.5微米。6.权利要求1-5中任意一项所述的陶瓷复...

【专利技术属性】
技术研发人员：王征，王涛，王勇，王宇时，王雪莹，
申请(专利权)人：北京中兴实强陶瓷轴承有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11