一种反应烧结注浆成型碳化硅陶瓷的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种反应烧结注浆成型碳化硅陶瓷的制备方法，采用气流磨生产且经过颗粒整形的粒型饱和的两种碳化硅微粉，粒径50μm和5μm，相对掺加比例范围为1:1～10:1，采用粒径为20nm～100nm的色素碳黑或冶金碳黑作为碳源，掺加比例为1%～15%，采用新型高效粘结剂，为丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚羧酸、聚乙烯醇缩甲醛、氨基乙醇、四甲基氢氧化铵、顺丁烯二酸酐、聚丙烯酸中的多种或全部，采用体积比为10%～40%的去离子水；本发明专利技术通过控制合适的碳化硅原料粒型和粒度级配、合适的配碳量以及合适的粘结剂，可制备出游离硅残留低且分布均匀，基本不含游离碳，产品密度高、产品强度高的碳化硅陶瓷，可应用于轻质装甲、航空航天材料以及反应堆容器等领域。

Preparation of silicon carbide ceramics by reactive sintering and injection molding

The invention discloses a preparation method of reaction sinter injection molding silicon carbide ceramics, which adopts two kinds of silicon carbide powder, which is produced by air mill and has a grain shape saturated with particle shape, with a particle size of 50 m and 5 mu m, and a relative addition of 1:1 to 10:1, and a carbon black or metallurgical carbon black with a particle size of 20nm to 100nm as a carbon source. The addition ratio of 1% to 15%, a new type of high efficiency binder, is used as the deionized water with a volume ratio of 10% to 40%, which is composed of acrylamide, polyvinylpyrrolidone, polycarboxylic acid, polyvinyl formal, amino ethanol, four methyl ammonium hydroxide, maleic anhydride, polyacrylic acid and polyacrylic acid. The suitable silicon carbide particle size and grain size gradation, suitable carbon distribution and suitable binder can be used in the preparation of silicon carbide ceramics with low and uniform distribution of removal of silicon and free carbon, high density and high product strength, which can be used in light armor, aerospace materials and reactor containers.

【技术实现步骤摘要】
一种反应烧结注浆成型碳化硅陶瓷的制备方法
本专利技术属于碳化硅陶瓷制备
，具体涉及一种反应烧结注浆成型碳化硅陶瓷的制备方法。
技术介绍
反应烧结碳化硅陶瓷是一种先进的耐高温、耐腐蚀的结构陶瓷，相比于其他陶瓷，具有烧结时间短、结构致密、承载力高等特点，可承受高温环境。注浆成型方法可制备形状复杂，并且可以做到近静尺寸烧结的特点，因此它是一种具有极大应用前景的技术，它通常用于轻质装甲、航空航天材料以及反应堆容器等领域。一般制作方法是把α-Sic和碳粉混匀在粘合剂的作用下浇注成坯体，再与外加的硅粒进行渗硅烧结，外加的硅一部分与坯体中的碳反应生成β-Sic，另一部分填充坯体中的气孔从而制作成碳化硅陶瓷，这就带来一个问题，在制品中有α-Sic、β-Sic、游离硅甚至在某些情况下还会有游离碳的存在，行业内都知道，游离硅的熔点仅为1410℃，它的存在直接影响产品的使用性能，再就是游离碳有一定含量时也会使产品使用性能大幅下降。因此开发一种低残留硅，并且游离碳也尽可能低的高性能反应烧结注浆成型碳化硅陶瓷的制备方法很有必要。通过查询，没有发现与本专利技术类似的申请，只有两个是有相似目的的，其中公布号为CN107500795A的中国专利技术专利申请，其采用的是碳纤维增强的方法，公布号为CN107353009A的中国专利技术专利申请，其采用的是石墨烯多相增韧的方法，这两种方法都是可行的，但是生产成本大幅度增加，生产难度也大了不少。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种游离硅残留低、基本不含游离碳且产品密度高、产品强度高的反应烧结注浆成型碳化硅陶瓷。本专利技术的目的是这样实现的：一种反应烧结注浆成型碳化硅陶瓷的制备方法，包括如下步骤：（1）采用气流磨生产的且经过颗粒整形的粒型饱和的两种碳化硅微粉，其粒径分别为50μm和5μm，其相对掺加比例范围为1:1～10:1；（2）采用粒径为20nm～100nm的色素碳黑或冶金碳黑作为碳源，其掺加比例为1%～15%；（3）采用新型高效的粘结剂，可采用丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚羧酸、聚乙烯醇缩甲醛、氨基乙醇、四甲基氢氧化铵、顺丁烯二酸酐、聚丙烯酸中的多种或全部，只要能够达到合适的浆料性质即可；（4）采用去离子水和低的含水量，其体积比含水量范围为10%～40%；（5）采用球磨、搅拌磨、振动磨方法制备浆料；（6）采用石膏模浇铸、树脂模压力铸模法或者压力石膏模浇铸制备胚体。进一步优化技术方案，所述步骤（3）中的丙烯酰胺优选阴离子型丙烯酰胺，因为相比于普通的丙烯酰胺，阴离子型丙烯酰胺更细化了一些，有利于体系的分散，有利于浇注的进行。由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术通过控制合适的碳化硅原料粒型和粒度级配、合适的配碳量以及合适的粘结剂来达到上述目的，用本专利技术制备的反应烧结碳化硅陶瓷产品具有游离硅残留低且分布均匀，基本不含游离碳，制备的产品密度高、产品强度高的特点。经验证，采用本专利技术制备的碳化硅陶瓷的产品密度最低的也在3.08g/cm3以上，游离硅含量最高的也在9.2%以下。（2）本专利技术采用的原材料生产成本虽然有所增加，但生产难度不会增加，仍然采用的是现有的一般制作方法进行制作，而且本专利技术制备的碳化硅陶瓷性能大幅度提高，因此相比于现有的一般制作方法其性价比高，且容易实现工业化生产，具有广阔的应用前景。具体实施方式应理解，采用现有的一般制作方法制备的碳化硅陶瓷使用性能不好，具体体现在产品密度和游离硅的含量上，一般制作方法的反应烧结注浆成型碳化硅陶瓷的产品密度在3.02g/cm3～3.04g/cm3之间，游离硅含量在12%以上。应理解，无论是添加石墨烯还是添加碳纤维的方法，都会极大的增加体系粘度，从而对体系的分散产生不利作用，导致难以进行浇注，生产难度非常大，而且石墨烯和碳纤维的价格比较高，在现有条件下还难以实现工业化应用。下面通过实施例，对本专利技术的技术方案做进一步具体的说明。实施例一取50μm的碳化硅微粉60g、5μm的碳化硅微粉60g、20nm的色素碳黑18g、去离子水55.2g、聚乙烯吡咯烷酮0.45g、聚羧酸0.7g、顺丁烯二酸酐0.12g，采用球磨配制成浆料，采用石膏模浇铸制备胚体并烧结，经检测烧成品密度为3.09g/cm3，游离硅含量为9.1%。实施例二取50μm的碳化硅微粉60g、5μm的碳化硅微粉30g、40nm的色素碳黑10.8g、去离子水30.2g、聚乙烯吡咯烷酮0.25g、聚羧酸0.4g、顺丁烯二酸酐0.07g，采用球磨配制成浆料，采用石膏模浇铸制备胚体并烧结，经检测烧成品密度为3.095g/cm3，游离硅含量为8.5%。实施例三取50μm的碳化硅微粉60g、5μm的碳化硅微粉15g、60nm的色素碳黑6.8g、去离子水20.5g、聚乙烯吡咯烷酮0.25g、聚羧酸0.4g、顺丁烯二酸酐0.07g，采用搅拌磨配制成浆料，采用树脂膜压力铸模法浇注制备胚体并烧结，经检测烧成品密度为3.105g/cm3，游离硅含量为8.8%。实施例四取50μm的碳化硅微粉60g、5μm的碳化硅微粉10g、60nm的冶金碳黑4.2g、离子水18.6g、聚乙烯吡咯烷酮0.25g、聚羧酸0.4g、顺丁烯二酸酐0.07g，采用搅拌磨配制成浆料，采用树脂膜压力铸模法浇注制备胚体并烧结，经检测烧成品密度为3.1g/cm3，游离硅含量为8.7%。实施例五取50μm的碳化硅微粉60g、5μm的碳化硅微粉7.5g、80nm的冶金碳黑2g、去离子水13.9g、聚乙烯吡咯烷酮0.25g、聚羧酸0.4g、顺丁烯二酸酐0.07g，采用振动磨配制成浆料，采用压力石膏模浇铸制备胚体并烧结，经检测烧成品密度为3.1g/cm3，游离硅含量为8.9%。实施例六取50μm的碳化硅微粉60g，5μm的碳化硅微粉6g，100nm的冶金碳黑0.7g，去离子水6.7g，聚乙烯吡咯烷酮0.25g，聚羧酸0.4g，顺丁烯二酸酐0.07g，采用振动磨配制成浆料，采用压力石膏模浇铸制备胚体并烧结，经检测烧成品密度为3.095g/cm3，游离硅含量为9.05%。实施例七取50μm的碳化硅微粉60g、5μm的碳化硅微粉34g、60nm的碳黑6.5g、去离子水26g、聚乙烯吡咯烷酮0.25g、聚羧酸0.4g、顺丁烯二酸酐0.07g配制成浆料进行浇注并烧结，经检测烧成品密度为3.08g/cm3，游离硅含量为9.2%。实施例八取50μm的碳化硅微粉60g、5μm的碳化硅微粉34g、75nm的碳黑6.5g、去离子水26g、阴离子型丙烯酰胺0.45g、聚羧酸0.4g、聚丙烯酸0.12g配制成浆料进行浇注并烧结，经检测烧成品密度为3.09g/cm3，游离硅含量8.7%。实施例九取50μm的碳化硅微粉60g、5μm的碳化硅微粉34g、80nm的碳黑6.5g、去离子水26g、聚乙烯醇缩甲醛2.1g、聚羧酸0.4g、四甲基氢氧化铵0.05g配制成浆料进行浇注并烧结，经检测烧成品密度为3.095g/cm3，游离硅含量8.4%。上述实施例证明，本专利技术通过控制合适的碳化硅原料粒型和粒度级配、合适的配碳量以及合适的粘结剂，能够制备出产品密度高和游离硅残留低的反应烧结注浆成型碳化硅陶瓷，其产品密度最低的在3.08g/cm3以上，游离硅含量最高的在9.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种反应烧结注浆成型碳化硅陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）采用气流磨生产的且经过颗粒整形的粒型饱和的两种碳化硅微粉，其粒径分别为50μm和5μm，其相对掺加比例范围为1:1～10:1；（2）采用粒径为20nm～100nm的色素碳黑或冶金碳黑作为碳源，其掺加比例为1%～15%；（3）采用新型高效的粘结剂，可采用丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚羧酸、聚乙烯醇缩甲醛、氨基乙醇、四甲基氢氧化铵、顺丁烯二酸酐、聚丙烯酸中的多种或全部，只要能够达到合适的浆料性质即可；（4）采用去离子水和低的含水量，其体积比含水量范围为10%～40%；（5）采用球磨、搅拌磨、振动磨方法制备浆料；（6）采用石膏模浇铸、树脂模压力铸模法或者压力石膏模浇铸制备胚体。

【技术特征摘要】
1.一种反应烧结注浆成型碳化硅陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）采用气流磨生产的且经过颗粒整形的粒型饱和的两种碳化硅微粉，其粒径分别为50μm和5μm，其相对掺加比例范围为1:1～10:1；（2）采用粒径为20nm～100nm的色素碳黑或冶金碳黑作为碳源，其掺加比例为1%～15%；（3）采用新型高效的粘结剂，可采用丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚羧酸、聚乙烯醇缩甲醛、氨基乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄立军，曹二虎，刘兰云，李辉，
申请(专利权)人：河南航瑞碳化硅制品有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41