一种辊道窑用碳化硅辊棒材料及其制备方法技术

本申请提供一种辊道窑用碳化硅辊棒材料及其制备方法，属于陶瓷材料技术领域，对烧结后的烧结坯料进行热等静压处理，进一步提高了辊棒材料的致密度，按质量百分比计由以下成分制成：第一粒度碳化硅微粉8~14%、第二粒度碳化硅微粉8~20%、第三粒度碳化硅微粉30~40%、第四粒度碳化硅微粉20~40%、炭黑2~8%、石墨2~8%。本申请制备的辊道窑用碳化硅辊棒材料密度为3.02~3.08g/cm3，室温抗弯强度260~304MPa，1200℃抗弯强度为300~330MPa，使用寿命达到12个月以上，具有致密度高、抗弯强度高、游离硅数量少、气孔率低、使用寿命长的特点，而且制备工艺简单，适合批量化生产。适合批量化生产。适合批量化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种辊道窑用碳化硅辊棒材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及陶瓷材料
，特别涉及一种辊道窑用碳化硅辊棒材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]辊棒是辊道窑中关键的耐火材料，在窑炉中起承载和传送产品的作用。随着陶瓷产业和新能源产业的发展，辊道窑在建筑陶瓷、卫生陶瓷、日用瓷及特种陶瓷以及锂电池和光伏行业中有着许多广泛的应用，对窑炉中所使用的辊棒材料的要求在不断提高，特别是对辊棒的强度和高温力学性能提出了更新的要求。传统的氧化铝陶瓷辊棒由于材料抗热震稳定性差、高温时容易开裂、使用温度等限制，无法满足高负荷工况使用要求。专利CN1287987A采用碳化硅、氧化铝、氧化硅、氧化镁为原料，采用挤压、真空烧结的方式，辊棒材料的密度及强度偏低，使用寿命偏短。

技术实现思路

[0003]鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本申请旨在提供一种辊道窑用碳化硅辊棒材料及其制备方法，解决辊道窑用碳化硅辊棒致密度低、抗弯强度低、使用寿命短的问题，更好的满足辊道窑用碳化硅辊棒的使用需求。
[0004]第一方面，本申请提供一种辊道窑用碳化硅辊棒材料制备方法，对反应烧结后的烧结坯料，进行热等静压处理。
[0005]具体的，在传统的反应烧结过程中，高温下液态硅在毛细管力作用下渗入预制坯中，与预制坯中的碳反应生成碳化硅，并原位结合预制坯中原位配入的碳化硅微粉颗粒，但渗入的硅不能完全反应，仍会有一部分残余硅存在烧结坯料中，以游离硅的形式存在于烧结坯料中。而采用热等静压机对所述烧结坯料进行热等静压处理，主要作用包括两个方面：一是在高温高压条件下，可使烧结坯料中残留的游离硅与剩余的碳发生反应生成碳化硅，从而进一步降低游离硅的数量；二是在热等静压作用下，还可以将烧结坯料内部微孔压缩致密化，从而进一步提高碳化硅辊棒材料的致密度，进而提高辊棒材料在高温条件下的使用寿命。
[0006]优选的，所述制备方法包括以下步骤：向混合均匀的原料粉中加入粘结剂，经搅拌、练制、陈腐后，得到泥料；对所述泥料进行挤压，得到挤压坯，经烘干后，得到预制坯；对所述预制坯进行反应烧结，得到烧结坯料；对所述烧结坯料进行热等静压处理，得到辊棒材料。
[0007]优选的，热等静压处理温度1300～1500℃，处理压力120MPa，保温保压1~3h。
[0008]优选的，热等静压处理在氩气气氛下进行。
[0009]优选的，原料粉按质量百分比计，包括粒度为3.5~4μm的第一粒度碳化硅微粉8~14%、粒度为9~10μm的第二粒度碳化硅微粉8~20%、粒度为48~50μm的第三粒度碳化硅微粉30
~40%、粒度为98~100μm的第四粒度碳化硅微粉20~40%、20~50nm炭黑2~8%、2.5~3.2μm石墨2~8%，其余为不可避免的杂质。
[0010]具体的，所述第一粒度碳化硅微粉、所述第二粒度碳化硅微粉、所述第三粒度碳化硅微粉、所述第四粒度碳化硅微粉的粒度均为费氏粒度。采用不同粒度级别的碳化硅微粉搭配，混合后可以降低碳化硅微粉之间的接触距离，降低所述原料粉的孔隙率和孔隙尺寸，然后通过添加微米级石墨及纳米级炭黑，与埋覆的硅粉反应，生成碳化硅。新生成的碳化硅原位结合预制坯中原位配入的碳化硅微粉颗粒，通过后期热等静压处理，在高温高压下，烧结坯料中剩余的游离硅与游离碳反应，减少了游离硅含量，另外，热等静压处理也进一步降低了烧结坯料内部的微孔数量，从而提高最终碳化硅辊棒材料的烧结密度。
[0011]优选的，所述粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮水溶液。
[0012]具体的，向所述原料粉加入聚乙烯吡咯烷酮水溶液后，搅拌3~6h，再进行陈腐12h。
[0013]优选的，按质量百分比计，所述聚乙烯吡咯烷酮水溶液由质量为所述原料粉质量的10%的聚乙烯吡咯烷酮和质量为所述原料粉质量的15%的去离子水组成。
[0014]优选的，所述挤压坯的相对密度为60~70%。
[0015]具体的，所述挤压坯在40~120℃下烘干10~15h后，得到所述预制坯。
[0016]优选的，所述对所述预制坯进行反应烧结，得到烧结坯料步骤中，先用硅粉包埋所述预制坯，然后在真空气氛下反应烧结。
[0017]具体的，用硅粉包埋所述预制坯，放入烧结炉，抽真空并在1600～1750℃下保温2~4h，取出后得到烧结坯料。在烧结过程中，所述硅粉在1600～1750℃融化成液态，液态硅在高温毛细管力作用下渗入含碳预制坯中，并与碳反应生成碳化硅，新生成的碳化硅原位结合预制坯中的碳化硅微粉颗粒，最后浸渗硅填充预制坯中剩余孔洞，完成致密化过程。
[0018]第二方面，本申请提供一种辊道窑用碳化硅辊棒材料，按质量百分比计由以下成分制成：粒度为3.5~4μm的第一粒度碳化硅微粉8~14%、粒度为9~10μm的第二粒度碳化硅微粉8~20%、粒度为48~50μm的第三粒度碳化硅微粉30~40%、粒度为98~100μm的第四粒度碳化硅微粉20~40%、20~50nm炭黑2~8%、2.5~3.2μm石墨2~8%，其余为不可避免的杂质。
[0019]具体的，炭黑的颗粒度是纳米级的，较细，石墨是微米级的，较粗，它们与液态硅反应后，形成的碳化硅颗粒度大小不同，这样可以使材料颗粒匹配合理，密度更高，强度更大。
[0020]综上，本申请公开有一种辊道窑用碳化硅辊棒材料及其制备方法，基于上述方案产生的有益效果是，通过对烧结后得到烧结坯料进行热等静压处理，进一步减少了所述烧结坯料内游离硅数量，降低了所述烧结坯料内部的气孔率，提高碳化硅辊棒材料的致密度，从而提高辊棒材料的室温及高温抗弯强度，进而提高采用所述辊棒材料制作的辊道窑用辊棒的使用寿命，而采用4种不同粒度的碳化硅微粉搭配制备碳化硅辊棒材料，可以充分降低相邻碳化硅微粉之间的接触距离，从而降低材料的孔隙率和孔隙尺寸，提高烧结坯料致密度。本申请制备出的碳化硅辊棒材料经检测，密度为3.02~3.08g/cm3，室温抗弯强度260~304MPa，1200℃抗弯强度为300~330MPa，使用寿命达到12个月以上，具有致密度高、游离硅数量少、气孔率低、抗弯强度高、使用寿命长的特点，可以更好的满足辊道窑用碳化硅辊棒的使用需求，解决了辊道窑用碳化硅辊棒致密度低、抗弯强度低、使用寿命短等问题，而且制备工艺简单、适宜批量生产。
[0021]本申请还具有以下优点：
（1）制备原料采用常规不同粒度的碳化硅微粉、石墨粉、炭黑粉，易于在市场中购买；（2）制备工艺为粉末冶金工艺，简单易于操作；（3）制备的辊道窑用碳化硅辊棒材料，成分中无对环境有害元素，不会造成环境污染，制备工艺简单，适合批量化生产。
附图说明
[0022]图1为一种辊道窑用碳化硅辊棒材料制备工艺流程图。
[0023]图2为本申请实施例1辊道窑用碳化硅辊棒材料100倍的微观组织图。
[0024]图3为本申请实施例1辊道窑用碳化硅辊棒材料1000倍的微观组织图。
[0025]图4为本申请对比例1辊道窑用碳化硅辊棒材料1000倍本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种辊道窑用碳化硅辊棒材料制备方法，其特征在于，对烧结后的烧结坯料，进行热等静压处理。2.根据权利要求1所述的一种辊道窑用碳化硅辊棒材料制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：向混合均匀的原料粉中加入粘结剂，经搅拌、练制、陈腐后，得到泥料；对所述泥料进行挤压，得到挤压坯，经烘干后，得到预制坯；对所述预制坯进行反应烧结，得到烧结坯料；对所述烧结坯料进行热等静压处理，得到辊棒材料。3.根据权利要求1或2所述的一种辊道窑用碳化硅辊棒材料制备方法，其特征在于，热等静压处理温度1300～1500℃，处理压力120MPa，保温保压1~3h。4.根据权利要求1或2所述的一种辊道窑用碳化硅辊棒材料制备方法，其特征在于，热等静压处理在氩气气氛下进行。5.根据权利要求1或2所述的一种辊道窑用碳化硅辊棒材料制备方法，其特征在于，原料粉按质量百分比计，包括粒度为3.5~4μm的第一粒度碳化硅微粉8~14%、粒度为9~10μm的第二粒度碳化硅微粉8~20%、粒度为48~50μm的第三粒度碳化硅微粉30~40%、粒度为98~100μm的第四粒度碳化硅微粉20~40%、20~50nm炭黑2~8%、2.5~3.2μ...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘桂荣，苏国平，刘新元，苏浩然，胡振华，
申请(专利权)人：鼎固新材料天津有限公司，
类型：发明
国别省市：