一种利用蓝宝石研磨废弃料制备碳化硼复相陶瓷的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用蓝宝石研磨废弃料制备碳化硼复相陶瓷的方法，属于碳化硼陶瓷技术领域。本发明专利技术设计了的利用蓝宝石研磨废弃料制备碳化硼复相陶瓷的方法，该方法利用蓝宝石研磨抛光过程产生的废弃料为原料，结合常压烧结方法制备B4C复相陶瓷，本方法成本较低、绿色环保，并且可以规模化生产。将研磨抛光蓝宝石废弃料作为陶瓷产品原料，不仅可以降低生产成本，而且可以降低环境污染，具有显著的社会经济效益。此外，该利用蓝宝石研磨废弃料制备碳化硼复相陶瓷的方法工艺简单，成本较低，可实现工业化大规模生产，适合推广使用。

A method for preparing boron carbide composite ceramics by grinding waste materials with sapphire

The invention relates to a method for preparing boron carbide composite ceramics using sapphire grinding waste materials, which belongs to the field of boron carbide ceramic technology. The method is designed to prepare boron carbide complex ceramics with sapphire lapping waste material. The method makes use of the waste material produced by the sapphire polishing process as raw material and combined with the normal pressure sintering method to prepare B4C complex ceramics. This method is low cost, green and environmental protection, and can be produced in a large scale. Grinding and polishing sapphire waste material as a raw material for ceramic products can not only reduce production cost, but also reduce environmental pollution and have significant social and economic benefits. In addition, the method of preparation of boron carbide complex ceramics with sapphire abrasive waste is simple, low cost, and can realize large-scale industrial production. It is suitable for popularization and use.

【技术实现步骤摘要】
一种利用蓝宝石研磨废弃料制备碳化硼复相陶瓷的方法
本专利技术涉及一种利用蓝宝石研磨废弃料制备碳化硼复相陶瓷的方法，属于碳化硼陶瓷领域。
技术介绍
B4C是仅次于金刚石和立方氮化硼的高硬材料，具有低密度、高模量和优良的高温性能，致密B4C陶瓷则主要应用其优秀机械性能用作机械部件和防护装甲。另外由于B元素具有非常高的中子吸收截面，B4C可以作为核反应堆减速元件或核反应器的防辐射部件。B4C是共价键很强的化合物，共价键接近94%，而且B4C的塑性差，晶界移动阻力很大，固态时表面张力很小，这些固有的特性决定了B4C是一种极难烧结的陶瓷材料，通常条件下烧结温度较高，因此制备成本居高不下，也较严重地影响了B4C陶瓷低成本规模化制备和工程化应用。为了降低B4C陶瓷的烧结温度，并且不影响其烧结致密度和性能，通常采用热压烧结法和液相烧结法。热压烧结法是指在烧结过程中加载一定的压力，促进B4C烧结致密化。但是热压烧结法产量低，成本高，难以获得复杂形状的产品同时无法规模化生产。液相烧结法是指在B4C中添加适量Y2O3、Al2O3、La2O3等低熔点稀土混合物，形成低共晶点，在烧结过程中，利用低熔点物质产生部分液相来促进烧结。液相烧结法一般在常压条件下，可以制备复杂形状的陶瓷产品并且可以大规模化生产。在蓝宝石（主要成分Al2O3）的研磨抛光中，需要采用大量的研磨介质粉体，其主要成分为B4C。在蓝宝石研磨抛光后，这类粉体势必会引入大量Al2O3杂质，因此成为研磨废弃料，但是这些废弃料可以作为陶瓷原料使用，并且Al2O3可以作为B4C陶瓷烧结助剂之一，不需要额外加入此类烧结助剂。将研磨抛光废弃料作为陶瓷产品原料，不仅可以降低生产成本，而且可以降低环境污染成本，可产生显著的社会经济效益。
技术实现思路
本专利技术利用蓝宝石研磨抛光过程产生的废弃料为原料，结合常压烧结方法制备B4C复相陶瓷，本方法成本较低、绿色环保，并且可以规模化生产。本专利技术所采用的技术方案是：一种利用蓝宝石研磨废弃料制备碳化硼复相陶瓷的方法，其中蓝宝石研磨废弃料成分中包括碳化硼，蓝宝石研磨废弃料成分中还包括氧化铝、碳化硅和石墨中的一种或多种，利用蓝宝石研磨废弃料制备碳化硼复相陶瓷的方法包括以下步骤：（1）原料清洗，将蓝宝石研磨废弃料粉体用稀盐酸溶液浸泡10小时以上除去含铁杂质；接着用清水冲洗5分钟以上，过滤并晾干或者在105℃的烘箱中烘干1小时得到原料粉体备用；（2）原料称量，用步骤（1）制备的原料粉体和酚醛树脂按重量比100:5～30的比例称量好；（3）配制浆料，以水或酒精为溶剂，将步骤2中称量好的原料粉体和酚醛树脂的混合物配成固含量为40～60wt%（重量百分比）的浆料，以B4C球作为研磨球，将浆料混合均匀；（4）粉体制备，将步骤（3）中配制好的浆料经烘干、粉碎、过筛，或经喷雾造粒制得的粉体，其中控制喷雾造粒的平均粒径小于100微米；（5）脱粘烧结，将步骤（4）中制得的粉体经干压和/或等静压成型后，经脱粘，然后在氩气气氛保护下烧结，即制备出碳化硼复相陶瓷。优选的所述步骤（1）中原料粉体的粒径为0.1～5微米。优选的所述步骤（2）中酚醛树脂的残碳率为10～60wt%（重量百分比）。优选的所述步骤（3）中的研磨球B4C球用量为原料粉体重量的1～5倍，浆料的混合时间为24小时。优选的所述步骤（4）中烘干温度为60～80℃，过筛过程选用100目的筛网。优选的所述步骤（4）中喷雾造粒的出口温度为60～80℃。优选的所述步骤（5）中干压压力为20~100兆帕，等静压压力为150~300兆帕。优选的所述步骤（5）中烧结温度为2200-2300℃，所述烧结保温时间为30-90分钟。本专利技术设计了一种利用蓝宝石研磨废弃料制备碳化硼复相陶瓷的方法，该方法利用蓝宝石研磨抛光过程产生的废弃料为原料，结合常压烧结方法制备B4C复相陶瓷，本方法成本较低、绿色环保，并且可以规模化生产。将研磨抛光蓝宝石废弃料作为陶瓷产品原料，不仅可以降低生产成本，而且可以降低环境污染，具有显著的社会经济效益。此外，该利用蓝宝石研磨废弃料制备碳化硼复相陶瓷的方法工艺简单，成本较低，可实现工业化大规模生产，适合推广使用。具体实施方式具体实施例一，一种利用蓝宝石研磨废弃料制备碳化硼复相陶瓷的方法，其中蓝宝石研磨废弃料成分中包括碳化硼88%（重量百分比）和氧化铝12%（重量百分比），利用蓝宝石研磨废弃料制备碳化硼复相陶瓷的方法包括以下步骤：（1）原料清洗，将蓝宝石研磨废弃料粉体用稀盐酸溶液浸泡11小时，除去含铁杂质；接着用清水冲洗6分钟，过滤并晾干得到原料粉体备用；（2）原料称量，称取步骤（1）制备的原料粉体100克，称取酚醛树脂5克；（3）配制浆料，以水为溶剂，将步骤2中称量好的原料粉体和酚醛树脂的混合物配成固含量为45wt%（重量百分比）的浆料，以B4C球作为研磨球，将浆料混合均匀；（4）粉体制备，将步骤（3）中配制好的浆料经烘干、粉碎、过筛；（5）脱粘烧结，将步骤（4）中制得的粉体经干压成型后，经脱粘，然后在氩气气氛保护下烧结，即制备出碳化硼复相陶瓷，得到的碳化硼复相陶瓷密度为2.49gcm-3，抗弯强度为320MPa，硬度26.7GPa。所述步骤（1）中原料粉体的粒径为0.1～5微米，所述步骤（2）中酚醛树脂的残碳率为10～30wt%（重量百分比），所述步骤（3）中的研磨球B4C球用量为450克，浆料的混合时间为24小时，所述步骤（4）中烘干温度为70℃，过筛过程选用100目的筛网，所述步骤（5）中干压压力为25兆帕，等静压压力为150兆帕，所述步骤（5）中烧结温度为2200℃，所述烧结保温时间为90分钟。具体实施例二，一种利用蓝宝石研磨废弃料制备碳化硼复相陶瓷的方法，其中蓝宝石研磨废弃料成分中包括碳化硼76.8%（重量百分比）、氧化铝21.2%（重量百分比）和石墨2%（重量百分比），利用蓝宝石研磨废弃料制备碳化硼复相陶瓷的方法包括以下步骤：（1）原料清洗，将蓝宝石研磨废弃料粉体用稀盐酸溶液浸泡12小时除去含铁杂质；接着用清水冲洗10分钟，在105℃的烘箱中烘干1小时得到原料粉体备用；（2）原料称量，称取步骤（1）制备的原料粉体100克，称取酚醛树脂10克；（3）配制浆料，以酒精为溶剂，将步骤2中称量好的原料粉体和酚醛树脂的混合物配成固含量为60wt%（重量百分比）的浆料，以B4C球作为研磨球，将浆料混合均匀；（4）粉体制备，将步骤（3）中配制好的浆料经喷雾造粒制得的粉体，其中控制喷雾造粒的平均粒径小于100微米；（5）脱粘烧结，将步骤（4）中制得的粉体经干压和等静压成型后，经脱粘，然后在氩气气氛保护下烧结，即制备出碳化硼复相陶瓷，得到的碳化硼复相陶瓷密度为2.62gcm-3，抗弯强度为330MPa，硬度24.6GPa。所述步骤（1）中原料粉体的粒径为1～5微米，所述步骤（2）中酚醛树脂的残碳率为10～60wt%（重量百分比），所述步骤（3）中的研磨球B4C球用量为350克，浆料的混合时间为24小时，所述步骤（4）中喷雾造粒的出口温度为65℃，所述步骤（5）中干压压力为50兆帕，等静压压力为200兆帕，所述步骤（5）中烧结温度为2250℃，所述烧结保温时间为60分钟。具体实施例三，一种利用蓝宝石研磨废弃料制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用蓝宝石研磨废弃料制备碳化硼复相陶瓷的方法，其中蓝宝石研磨废弃料成分中包括碳化硼，蓝宝石研磨废弃料成分中还包括氧化铝、碳化硅和石墨中的一种或多种，利用蓝宝石研磨废弃料制备碳化硼复相陶瓷的方法包括以下步骤：（1）原料清洗，将蓝宝石研磨废弃料粉体用稀盐酸溶液浸泡10小时以上除去含铁杂质；接着用清水冲洗5分钟以上，过滤并晾干或者在105℃的烘箱中烘干1小时得到原料粉体备用；（2）原料称量，用步骤（1）制备的原料粉体和酚醛树脂按重量比100:5～30的比例称量好；（3）配制浆料，以水或酒精为溶剂，将步骤2中称量好的原料粉体和酚醛树脂的混合物配成固含量为40～60wt%（重量百分比）的浆料，以B4C球作为研磨球，将浆料混合均匀；（4）粉体制备，将步骤（3）中配制好的浆料经烘干、粉碎、过筛，或经喷雾造粒制得的粉体，其中控制喷雾造粒的平均粒径小于100微米；（5）脱粘烧结，将步骤（4）中制得的粉体经干压和/或等静压成型后，经脱粘，然后在氩气气氛保护下烧结，即制备出碳化硼复相陶瓷。

【技术特征摘要】
1.一种利用蓝宝石研磨废弃料制备碳化硼复相陶瓷的方法，其中蓝宝石研磨废弃料成分中包括碳化硼，蓝宝石研磨废弃料成分中还包括氧化铝、碳化硅和石墨中的一种或多种，利用蓝宝石研磨废弃料制备碳化硼复相陶瓷的方法包括以下步骤：（1）原料清洗，将蓝宝石研磨废弃料粉体用稀盐酸溶液浸泡10小时以上除去含铁杂质；接着用清水冲洗5分钟以上，过滤并晾干或者在105℃的烘箱中烘干1小时得到原料粉体备用；（2）原料称量，用步骤（1）制备的原料粉体和酚醛树脂按重量比100:5～30的比例称量好；（3）配制浆料，以水或酒精为溶剂，将步骤2中称量好的原料粉体和酚醛树脂的混合物配成固含量为40～60wt%（重量百分比）的浆料，以B4C球作为研磨球，将浆料混合均匀；（4）粉体制备，将步骤（3）中配制好的浆料经烘干、粉碎、过筛，或经喷雾造粒制得的粉体，其中控制喷雾造粒的平均粒径小于100微米；（5）脱粘烧结，将步骤（4）中制得的粉体经干压和/或等静压成型后，经脱粘，然后在氩气气氛保护下烧结，即制备出碳化硼复相陶瓷。2.根据权利要求1所述的一种利用蓝宝石研磨废弃料制备碳化硼复相陶瓷的方法，其特征在于，所述步骤（...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈健，徐常明，
申请(专利权)人：苏州纳朴材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32