浇注粗晶粒硅化碳化硅制品的方法及用来浇注该制品的预浇注混合物技术

浇注硅化碳化硅制品的制造方法，包括：　　　　提供由下列组分组成的预浇注混合物：　　　　最大粒度在１０００至２０００微米之间的碳化硅粉末，　　　　水，水在混合物中的重量百分含量不超过９．５×；　　　　由混合物形成浆料；　　　　将浆料倒入模具中；　　　　在预定时间内从模具中除去水，形成固体多孔生坯；　　　　用金属硅包围生坯；　　　　加热生坯机金属硅至金属硅熔点以上的预定温度；　　　　硅化生坯形成硅化碳化硅制品。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

Method for pouring coarse crystalline silicon carbide products and pre pouring mixture for pouring said product

The manufacturing method includes: providing a silicon silicon carbide casting products pre casting mixture which is composed of the following components: silicon carbide powder, from 1000 to 2000 microns between the maximum size of the water, the water in the mixture percentage by weight of no more than 9.5 *; the formation of slurry mixture; the slurry is poured into a mold; water is removed from the mold in a predetermined period of time, the formation of a solid porous green body; surrounded by green with silicon metal; heating above a predetermined temperature green machine silicon metal to the melting point of the silicon metal silicide formation of silicide silicon carbide; green products.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及浇注碳化硅制品。更具体的，本专利技术涉及浇注粗粒度硅化碳化硅制品的方法及设备。碳化硅材料常用于铸件中用来设计复杂造型制品，这些制品能经受极端条件，例如在半导体、矿物加工、陶瓷加工或油类工业中常遇到的条件。而且，一般优选在烧制过程中使碳化硅制品硅化，以便进一步提高成品中材料的结合强度。硅化碳化硅制品由于具有较好的抗磨或经受严酷化学环境的能力而优于碳化硅制品。硅化碳化硅制品的一个示例性浇注过程从预浇注混合物开始，该混合物一般由细颗粒碳化硅粉末、蒸馏水及分散助剂或其它化学品组成。将预浇注混合物放入磨机中研磨并彻底混合得到含水浆料。接着将浆料倒入石膏模具中，模具除去大部分水留下近似网状结构的生坯。干燥生坯，再在高温下硅化并增密和强化制品。接着将制品冷却并进行修整，例如机加工或抛光从而得到最终产品。然而，早期的生产方法中，碳化硅粉末非常细小，碳化硅的总表面积能吸收很多水。也就是说，早期工艺中，碳化硅混合物的颗粒最大粒度一般为250-300微米，颗粒粒度随分布不同而降至亚微米级。全部颗粒具有能吸多量水的大表面积，因此要求约11％至15％的水含量来形成浆料。问题是，形成浆料所需的水越多，为了形成固体生坯就必须除去更多的水。对于具有大截面厚度的注件，这种过程耗时耗力，从而严重降低了最终产品的产率。例如，利用早期工艺生产截面厚度大于等于0.75英寸的硅化碳化硅制品要求长达24小时的时间来除去足够水以便形成固体生坯。另外，碳化硅颗粒必须充分填满由水留下的孔隙，否则最终产品中就会形成裂纹及孔隙。因此，目前硅化碳化硅注件的实际截面厚度只能限制在1英寸或更小。然而，对于更大、更复杂浇注硅化碳化硅产品的要求超出了早期工艺的生产能力。越来越需要截面厚度大于1英寸的注件，有些情况下，要求截面厚度为8英寸甚至更大。为了满足具有更大截面厚度的复杂形状制品的要求，早期的工艺试图在预浇注混合物中减少水含量或加大碳化硅的粒度。然而，配制粗粒度预浇注混合物及开发一种浇注混合物的方法十分困难，因为有几个因素会影响最终的产品。这些因素包括但不限于，选择合适的颗粒粒度及其分布的组合，合适的材料纯度，混合物中正确的水含量以及其它使用的化学品。而且，调节一个因素通常会影响其它因素从而进一步使问题复杂化。因此，通过早期工艺生产的截面宽度大于等于1英寸的硅化碳化硅制品还不能避免诸如裂纹或孔隙等无法接受的缺陷。基于前述说明，本专利技术的总体目标是提供一种配制预浇注混合物以及一种能克服早期工艺中存在的问题及缺陷的生产方法。本专利技术提供预浇注混合物并提供一种由预浇注混合物有效浇注硅化碳化硅制品的方法，从而能使注件的截面厚度大于1英寸，因此本专利技术优于早期工艺并提供了另一种可选途径。最终的注件能制成具有复杂形状，并具有8英寸以上厚度而不会出现无法接受的缺陷。另外，对大多数截面厚度在3/4英寸至2英寸的制品，从模具中除去水形成固体生坯的时间不超过4小时，而利用早期工艺则需要24小时甚至更长时间。本专利技术的一个实例由于提供浇注硅化碳化硅制品的方法，实现了本专利技术的优点。该方法包括提供由碳化硅粉末及水组成的预浇注混合物，碳化硅粉末的颗粒最大粒度在1000至2000微米之间，水的重量百分含量不超过混合物的9.5％。由混合物形成浆料，然后倒入模具中。在规定时间内从模具中除去水形成多孔生坯。用金属硅包围生坯，加热生坯至金属硅熔点以上的预定温度。金属硅对生坯形成硅化硅化碳化硅制品。本专利技术的一个可选实例中，浇注的方法还包括用碳包围生坯。接着将生坯、金属硅及碳加热至金属硅熔点以上的预定温度。在高温下，生坯、金属硅以及碳通过反应粘合在一起，形成反应粘合碳化硅制品。另外，预浇注混合物还可以含有碳粉。接着生坯(内部含有碳粉)以及金属硅通过反应粘合在一起形成反应粘合碳化硅制品。附图说明图1是根据本专利技术制备硅化碳化硅制品的流程图示例；图2是根据本专利技术制备反应粘合碳化硅制品的流程图示例；图3是制备反应粘合碳化硅制品的可选流程图示例；图4是根据本专利技术优选的预浇注混合物示例。图1中，10所示是制备硅化碳化硅制品的常用流程图。将碳化硅(SiC)粗粉末和细粉末与去离子水混合形成预浇注混合物20。粗碳化硅粉末最大粒度约在1000微米至2000微米之间，优选不超过1500微米。粉末一般是将碳化硅原料通过具有预定最大筛目即孔眼尺寸的筛网设备，从粗颗粒中分离出较细颗粒而得到的。这样，粉末中粒度一般从最大粒度连续分布至亚微米级大小。另外，下面将详细讨论的是，混合物中可以掺入具有多个最大粒度及粒度分布的多种粉末。与早期工艺中最大粒度在250至300微米的细粉末相比，预浇注混合物中的上述粗粉末具有更大的最大粒度及平均粒度。相应的，对于给定体积，粗粉末颗粒的总表面积要比细粉末总表面积小得多，因此能吸收更少的水。粗颗粒混合物所需水的重量百分含量一般不超过9.5％，优选在4.5％至8.5％之间。一旦预浇注混合物20形成后，将混合物放入磨机22中通过其翻动彻底混合形成浆料24。浆料24是不可溶物质，例如硅粉在水中的悬浮液，其稠度相当于泥浆或粘土。浆料24形成后，将材料从磨机中取出倒入石膏模具中。从模具26中移除大部分水28形成近似网状结构的生坯39。在浇注过程结束时，近似网状结构的生坯30密度一般为理论密度的60％至90％，生坯相当多孔。有利的是，主要由于预浇注混合物具有合适的粒度分布以及含水量，模具中所有被水占据的空间基本上都被固体材料取代，因此生坯中不会形成无法接受的缺陷。接着干燥生坯32，用金属硅粉34覆盖生坯。尽管该步骤披露了采用金属硅粉，也可以使用其它物理构型的金属硅来包围生坯，例如可以将生坯包含在金属硅容器中。接着将生坯及包围的硅粉放到炉子36中，例如感应电炉中。将生坯加热38至金属硅熔点以上的温度，一般加热到1500至2200摄氏度左右，硅化并使制品增密40。硅化碳化硅还称作硅渗透碳化硅，因为硅化是一种渗透形式。渗透可以说明成任何通过反应或由液体或蒸汽沉积填充孔隙的工艺。液体反应的情况中，该工艺称作熔体渗透；蒸汽相的情况中，该工艺称作化学蒸汽渗透即CVI。目前的例子中，因为生坯不是完全致密的，即有孔隙，金属硅会熔融渗透到孔隙中形成基质包围生坯的碳化硅晶体。这一过程得到了几乎为零孔隙率的完全致密的结构。硅化完成后，将制品冷却42再经过修整过程44，例如对关键尺寸进行最后机械加工。接着检查制品46，得到最终的粗粒硅化碳化硅浇注制品48。上述浇注方法能有效生产截面厚度大于等于1英寸的碳化硅浇注制品，某些情况下，截面厚度能达到8英寸以上。另外，上述方法还大大减少了从模具中除去水形成固体生坯的时间。例如，对于截面厚度在3/4英寸至2英寸的大部分制品，采用上述方法除去足够水所需时间小于4小时，而用早期的浇注方法则需要24小时或者更长。图2中，60所示是根据本专利技术制备反应粘合碳化硅制品的典型的生产过程流程图。反应粘合碳化硅(RBSC)制品由均匀混合的碳化硅及碳的细粒混合物制备，碳化硅和碳同时硅化并反应粘合在一起。具体是将从该混合物得到的制品在高温下暴露在液体硅或蒸汽硅中，硅与碳反应又形成碳化硅，形成的碳化硅将原来的颗粒粘合在一起。硅还填充任何残余的孔隙，也就是硅化。RBSC制品在致密化过程中尺寸几乎不变，R本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：J·M·穆尔，N·I·小帕勒，
申请(专利权)人：圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：