本发明专利技术属于碳化硅陶瓷技术领域，涉及一种以低品级金刚石粉为造孔剂的近密度中低体积分数碳化硅陶瓷坯体制备工艺。包括：原料球磨整形，原料组成为：以重量百分比计，W20碳化硅35.0～75.0%、低品级金刚石粉5.0～20.0%、高岭土0.2～2.0%、氧化铝粉0.2～2.0%、蜂蜡4.0～39.0%、油酸0.2～2.0%，占碳化硅总重量200.0～300.0%的纯净水；高温烘干；二次混料；浆料制备；压铸成型；装炉；烧制；取出。本发明专利技术通过用低品级金刚石粉置换石墨粉解决了样品密度分布不均匀的问题，充分利用金刚石粉密度同碳化硅密度相近不易分层，同时金刚石的比表面积相较于石墨粉较小，降低了蜂蜡的使用量，进一步减少陶瓷“黑心”、开裂现象。开裂现象。
【技术实现步骤摘要】
一种以低品级金刚石粉为造孔剂的近密度中低体积分数碳化硅陶瓷坯体制备工艺
[0001]本专利技术属于碳化硅陶瓷
，具体涉及一种以低品级金刚石粉为造孔剂的近密度中低体积分数碳化硅陶瓷坯体制备工艺。
技术介绍
[0002]陶瓷成型是陶瓷制备工艺中重要的一环，成型技术的选择在很大程度上决定了坯体的均匀性和制备复杂形状部件的能力，并直接影响到材料的可靠性和最终陶瓷部件的成本。根据陶瓷体积分数的不同需要选择不同成型工艺：(1)低体积分数碳化硅陶瓷需要大量造孔剂、粘结剂的引入多选用热压铸成型工艺；(2)高体积分数碳化硅陶瓷不需要引入造孔剂，只需采用多种粒度配比同时加入少许粘结剂通过干压法成型。
[0003]干压成型又称模压成型，是最常用的高体积分数碳化硅陶瓷成型方法之一。干压成型是将经过造粒、流动性好，颗粒级配合适的粉料，装入金属模腔内，通过压头施加压力，压头在模腔内位移，传递压力，使模腔内粉体颗粒重排变形而被压实，形成具有一定强度和形状的陶瓷坯。影响干压成型的主要因素：(1)粉体性质：粒度、粒度分布、流动性、含水率等；(2)粘结剂和润滑剂的选择；(3)模具设计；(4)压制过程中压制力、加压方式、加压速度与保压时间。综上，如果坯料颗粒级配合适，结合剂使用正确，加压方式合理，干压法也可以得到比较理想的坯体密度。
[0004]干压成型的优点：(1)工艺简单，操作方便，周期短，效率高，便于实行自动化生产。(2)坯体密度大，尺寸精确，收缩小，机械强度高，电性能好。干压成型的缺点：(1)对大型坯体生产有困难，模具磨损大、加工复杂、成本高。(2)加压只能上下加压，压力分布不均匀，致密度不均匀，收缩不均匀，会产生开裂、分层等现象。
[0005]应用：特别适宜于各种截面厚度较小的高体积分数陶瓷制品制备，如陶瓷密封环、阀门用陶瓷阀芯、陶瓷衬板、陶瓷内衬等。
[0006]热压铸成型是利用蜂蜡受热熔化和遇冷凝固的特点，将无可塑性的瘠性陶瓷粉料与热蜂蜡液均匀混合形成可流动的浆料，在一定压力下注入金属模具中成型，冷却待蜡浆凝固后脱模取出成型好的坯体。坯体经适当修整，埋入吸附剂中加热进行脱蜡处理，最后经烧结成最终制品。热压铸成型它并不使用溶剂，而是利用粘结剂—蜂蜡的高温流变特性，进行压力下的铸造成形，然后经过高温脱蜡和烧结制成陶瓷。
[0007]热压铸成型的优点：(1)可成型形状复杂的陶瓷制品，尺寸精度高，几乎不需要后续加工，是制作中低体积分数碳化硅陶瓷制品的主要成型工艺；(2)设备价廉、模具磨损小，生产成本相对较低；(3)操作方便，劳动强度不大，生产效率高；(4)对原料适用性强，如氧化物、非氧化物、复合原料及各种矿物原料均可适用。热压铸成型的缺点：浆料含蜡量高、成型压力低，容易导致产品密度偏低，密度分布不均匀，排蜡时间长。(1)气孔率高、内部缺陷相对较多、密度分布不均匀；(2)需要脱蜡环节，增加了能源消耗和生产时间。因受脱蜡限制，难以制备厚壁制品；(3)不适合制备大尺寸陶瓷制品；应用：各种复杂形状或单一形状的中
低体积分数碳化硅陶瓷工程陶瓷零部件等。
[0008]综上，制备低体积分数碳化硅陶瓷选用热压铸成型工艺比较合适。同时也需要从配方设计改进优化工艺，降低热压铸成型工艺的缺点特别是密度分布不均匀的问题。密度分布不均直接影响制品力学性能和性能稳定性。传统低体积分数碳化硅陶瓷制备造孔剂多采用引入大量石墨粉、淀粉等作为造孔剂。
[0009]石墨是原子晶体、金属晶体和分子晶体之间的一种过渡型晶体。在晶体中同层碳原子间以sp2杂化形成共价键，每个碳原子与另外三个碳原子相联，六个碳原子在同一平面上形成正六边形的环，伸展形成片层结构。在同一平面的碳原子还各剩下一个p轨道，它们互相重叠，形成离域π键电子在晶格中能自由移动，可以被激发，所以石墨有金属光泽，能导电、传热。由于层与层间距离大，结合力(范德华力)小，各层可以滑动，所以石墨的密度比金刚石小，质软并有滑腻感。石墨属六方晶系，具完整的层状解理。解理面以分子键为主，对分子吸引力较弱，故其天然可浮性很好。
[0010]石墨理化性质：石墨质软，为黑灰色，有油腻感。硬度为1～2，沿垂直方向随杂质的增加其硬度可增至3～5。比重为1.9～2.3。比表面积范围集中在1
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20m2/g，在隔绝氧气条件下，其熔点在3000℃以上，是最耐温的矿物之一。它能导电、导热。石墨与金刚石、碳60、碳纳米管、石墨烯等都是碳元素的单质，它们互为同素异形体。石墨由于其特殊结构，而具有如下特殊性质：(1)润滑性，石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小，鳞片越大，摩擦系数越小，润滑性能越好。(2)化学稳定性，石墨在常温下有良好的化学稳定性，能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。(3)抗热震性，石墨在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏，温度突变时，石墨的体积变化不大，不会产生裂纹。但是当石墨是粉体状态时候，表面积增加。当温度升高到大概450℃时候在空气中就会开始氧化，同时随着温度的升高氧化程度会加剧体积变化较大。
[0011]在使用石墨粉作为造孔剂的过程中，由于相对于碳化硅石墨粉密度较低不利于混料，同时石墨粉比表面面积相对较大，对蜂蜡又具有较高吸附性不易制备流动性较高的浆料。如果要保证流动性就必须大量使用蜂蜡，这不利于后期碳化硅陶瓷的排脂工作容易导致陶瓷坯体“黑心”有机物排不出去、导致开裂以及石墨高温受热剧烈氧化过程中易膨胀等问题。同时大量蜂蜡的引入必定会导致浆料分层，最上层为石墨中间层为蜂蜡下层为碳化硅，碳化硅的密度相较于石墨较大、易沉淀，制备出的陶瓷体分及密度分布不均匀。
[0012]其中以玉米淀粉作为造孔剂。玉米淀粉常用作工业及食品的凝固剂同时也可作造孔剂。在使用玉米淀粉作为造孔剂的过程中，由于相对于碳化硅玉米淀粉种类不同密度不稳定较低不利于混料，同时玉米粉在超过80℃时候易糊化、膨胀形成糊化大颗粒不利于混料以及后期排杂质易形成不可控气孔或导致碳化硅陶瓷坯体开裂。对蜂蜡又具有较高亲和性容易制备流动性适中、悬浮性较高、不易沉淀、收缩较小的碳化硅陶瓷坯体浆料。如果适用于热压铸成型工艺要保证流动性须使用大量蜂蜡，这不利于后期碳化硅陶瓷的排脂工作容易导致陶瓷坯体“黑心”有机物排不出去、以及开裂等问题。同时大量蜂蜡的引入易导致浆料分层，最上层为蜂蜡和少部分玉米淀粉中间层及下层为混合后碳化硅浆料，碳化硅的密度相较于玉米淀粉较大、易沉淀，制备出的陶瓷密度分布不均匀。
技术实现思路
[0013]本专利技术为了解决现有技术中采用石墨或者淀粉作为造孔剂制备出的碳化硅陶瓷密度分布不均匀的问题，提出了一种以低品级金刚石粉为造孔剂的近密度中低体积分数碳化硅陶瓷坯体制备工艺，使用该工艺解决了上述问题，金刚石密度同碳化硅密度相近，制备得到的陶瓷密度均匀不易分层。
[0014]本专利技术提供的一种以低品级金刚石粉为造孔剂的近密度中低体积分数碳化硅陶瓷坯体制备工艺，包括以下步骤：
[0015]步骤1：对制备碳化硅陶瓷坯体的原料进行球磨整形：
[0016]以重量百分比计，所述碳化本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种以低品级金刚石粉为造孔剂的近密度中低体积分数碳化硅陶瓷坯体制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对除蜂蜡外的制备碳化硅陶瓷坯体的原料进行球磨整形：以重量百分比计，所述碳化硅陶瓷坯体的原料组成为：W20碳化硅35.0～75.0％、低品级金刚石粉5.0～20.0％、高岭土0.2～2.0％、氧化铝粉0.2～2.0％、蜂蜡4.0～39.0％、油酸0.2～2.0％，外加占碳化硅总重量的200.0～300.0％的纯净水；步骤2：烘干：把球磨后浆料静置后倒出上部水分，把剩余浆料倒入不锈钢烘盘进行烘干；步骤3：二次混料：把烘干后的混合料放入多维混料机中混合均匀；然后取出烘干备用；步骤4：浆料制备：把蜂蜡放入真空搅拌机内熔化，熔化完成后把上述步骤3中得到的混合料放入真空搅拌机中搅拌；步骤5：压铸成型：把步骤4制备好的浆料转移至真空压铸机内进行真空压铸成型，真空压铸成型完成后，冷却，脱模取出碳化硅陶瓷蜡坯体；步骤6：装炉：把步骤5脱模后的碳化硅陶瓷蜡坯放入烧制用容器的中间位置，且使碳化硅陶瓷蜡坯外周均匀铺有多孔排蜡粉；步骤7：烧制；步骤8：降至室温后，取出碳化硅陶瓷，清扫干净碳化硅陶瓷表面。2.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述低品级金刚石粉是指灰分值超过3.0％同时磁化率值超过150*10
‑5SI的金刚石粉。3.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，步骤1中的整形参数设定如下：设定1：30分钟正转，60转/分钟；设定2：30分钟反转，60转/分钟；设定3：30分钟正转，40转/分钟；设定4：30分钟反转，40转/分钟；设定5：30分钟正转，30转/分钟；设定6：30分钟反转，30转/分钟。4.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，步骤2中的烘干具体为：首先在温度200℃下鼓风干燥4小时，完全干燥后过40目旋振筛打开板结的混合料，然后...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾晨超，庞爱红，谭素玲，孙继平，
申请(专利权)人：河南厚德钻石科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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