一种液相烧结压制成型制备纤维增韧碳化硅陶瓷阀件的方法技术

本发明专利技术公开了一种液相烧结压制成型制备纤维增韧碳化硅陶瓷阀件的方法，具体步骤包括：造粒粉的制备，短切碳纤维的解束，解束碳纤维包覆造粒粉，造粒粉混合，阀件成型、烧结和后加工处理。本发明专利技术制得的碳化硅陶瓷阀件韧性好，强度高，性能均匀性好，服役可靠性高；本发明专利技术方法工艺简单、生产成本低、生产效率高，适于产业化制备高性能的碳化硅陶瓷阀件。产业化制备高性能的碳化硅陶瓷阀件。

【技术实现步骤摘要】
一种液相烧结压制成型制备纤维增韧碳化硅陶瓷阀件的方法


[0001]本专利技术涉及碳化硅陶瓷阀件制备
，具体涉及一种液相烧结压制成型制备纤维增韧碳化硅陶瓷阀件的方法。

技术介绍

[0002]碳化硅陶瓷具有硬度高、强度大、耐高温、耐氧化、耐腐蚀、耐磨损、抗热震、化学稳定性好等优异性能，使其成为制备高性能阀件的理想材料。利用碳化硅陶瓷优异性能制备的陶瓷阀门，具有比传统金属阀门、塑料阀门更优异的性能，特别适用于腐蚀性强、磨损冲蚀严重、温度高等恶劣工矿，如采矿、火电、石油、化工、造纸、多晶硅、冶金等领域。目前，碳化硅陶瓷已被用于制作阀板、阀球、闸片、阀座等阀件。
[0003]但是，与金属和塑料相比，碳化硅陶瓷的韧性较差，特别不耐冲击，在流体中含有高速颗粒物时，有可能会因为颗粒冲击导致阀件产生冲击裂纹，进而导致阀件的破损，降低了阀件的服役可靠性，不能充分发挥碳化硅陶瓷的优异性能。因此，对碳化硅陶瓷进行增韧，可充分发挥碳化硅陶瓷优异性能，提高碳化硅陶瓷阀件服役可靠性。
[0004]液相烧结可以提高SiC陶瓷材料的强度和韧性，但是，研究表明，当用YAG作为液相烧结助剂时，坯体内不能含有太多的碳，因为碳含量高会导致样品的致密度下降，且碳含量越高，致密度下降越明显，可能是因为碳在高温下会与Al2O3和Y2O3反应，不利于形成YAG液相，不利于致密化。这就意味着，YAG液相烧结配方中不宜添加大量的有机物，但是有机物含量低会降低生坯强度，不能进行车削等加工。中国专利CN201310578016.6公开了采用低温排胶法去除液相烧结配方中的有机碳，以避免高含量的碳带来的不利影响。但生坯尺寸较大时，坯体内部的有机物很难通过低温保温彻底排除，而且在空气中加热，容易导致SiC微粉的氧化，影响SiC陶瓷的致密化。
[0005]中国专利CN202210133185.8公布了本技术团队的一种技术方案，包括制备造粒粉，加入增韧纤维，预置碳纤维编织体、浸渍，然后压制成型、捣打，烧结等步骤。该方案确实起到了很好的增韧效果，但是，其成本相对较高、工艺相对复杂，适合于经济附加值大的产品。对于经济附加值相对较小的产品，该工艺不利于提高产品的市场竞争力。
[0006]因此，迫切需要进一步研究优化液相烧结碳化硅陶瓷的增韧工艺，从而能够以较经济、简单的方法实现液相烧结碳化硅陶瓷阀件的增韧，对于助力碳化硅陶瓷阀件行业的技术进步具有重要意义。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种液相烧结压制成型制备纤维增韧碳化硅陶瓷阀件的方法，可实现以经济、简单的方法对碳化硅陶瓷阀件进行增韧的目的。
[0008]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]一种液相烧结压制成型制备纤维增韧碳化硅陶瓷阀件的方法，制备所述陶瓷阀件
的原料包括碳化硅陶瓷基质材料和增韧材料；按质量份计，所述基质材料包括括碳化硅微粉100份、氧化铝与氧化钇的混合粉3
‑
12份、粘接剂5
‑
10份、硅粉3
‑
12份，表面活性剂0.5
‑
3份和分散剂0.5
‑
2份；所述增韧材料为短切碳纤维，所述短切碳纤维的添加量为基质材料总量的0.1
‑
15％；
[0010]制作方法具体包括以下步骤：
[0011](1)造粒粉的制备
[0012]按配比称量上述碳化硅陶瓷基质材料，加入去离子水，去离子水的用量为碳化硅微粉质量的0.9
‑
1.5倍，然后球磨8
‑
20小时制得碳化硅陶瓷浆料；再将碳化硅陶瓷浆料进行喷雾造粒，得到造粒粉，过筛，取其中10
‑
100目之间的造粒粉，备用；其中所述造粒粉的含水率为0.5
‑
1.2％，且所述造粒粉中粒度为60
‑
180目的质量比大于90％；
[0013](2)短切碳纤维的预处理
[0014]称取备好的短切碳纤维，加入到具有聚氨酯内胆的球磨罐中，再向球磨罐中加入聚氨酯球，滚筒球磨1
‑
5小时，使短切碳纤维束蓬松；
[0015]再向球磨罐内加入去离子水，继续滚筒球磨1
‑
8小时，使短切碳纤维束初步解束，过滤，再将过滤得到的短切碳纤维加入到聚氨酯球磨罐中，再向球磨罐内加入无水乙醇和聚氨酯球，滚筒球磨1
‑
8小时，使短切碳纤维束进一步解束，然后过滤，于50～80℃下烘干，得到解束的短切碳纤维，备用；
[0016](3)解束的短切碳纤维包覆造粒粉
[0017]将步骤(2)中制备的解束的短切碳纤维加入到糖衣机中，启动糖衣机，使解束的短切碳纤维开始随糖衣机转动，用含酚醛树脂、碳黑和硅粉的酒精溶液对短切碳纤维进行喷雾加湿、增粘，然后不断加入步骤(1)中的10
‑
100目的碳化硅造粒粉，并不断喷雾上述酒精溶液，使解束的短切碳纤维在随糖衣机转动的过程中粘附在造粒粉上，制得短切碳纤维包覆的碳化硅造粒粉，再将包覆碳纤维的造粒粉在不高于70℃的温度下烘干，使其含水率在0.5
‑
1.2％；
[0018](4)碳化硅造粒粉混合
[0019]将步骤(3)中得到的造粒粉与步骤(1)中除10
‑
100目之外的其他造粒粉在糖衣机中旋转，混合均匀；
[0020](5)阀件成型
[0021]将步骤(4)中制得的造粒粉进行压制成型，得到阀件生坯，所述阀体生坯的密度不小于1.7g/cm3；
[0022](6)阀件烧结
[0023]将加工好的阀件生坯置于真空烧结炉中，先升温至1450
‑
1600℃保温1
‑
6小时，使解束碳纤维丝上喷雾的纳米硅粉和纳米碳粉原位反应生成碳化硅，提高碳纤维与碳化硅陶瓷基体的界面结合强度，同时保护碳纤维丝束不受氧化铝与氧化钇液相的侵蚀；然后继续升温至1750
‑
2000℃，再烧结0.5
‑
5小时，制得碳化硅陶瓷阀件烧结体；
[0024](7)阀件后加工
[0025]对碳化硅陶瓷阀件烧结体进行磨削、抛光后加工处理，得到所需规格、形状、尺寸的碳化硅陶瓷阀件。
[0026]优选的，步骤(1)中所述碳化硅微粉D
50
为0.5
±
0.2μm；所述氧化铝与氧化钇的摩尔
比为5:3，D
50
为1～3μm；所述硅粉的D
50
不大于500nm，以粘结剂理论含碳量计算，所述硅粉的加入量大于粘接剂的理论含碳量，可避免残碳对液相烧结碳化硅陶瓷的影响。
[0027]优选的，步骤(1)中所述粘结剂为酚醛树脂、聚乙烯醇或羧甲基纤维素；所述表面活性剂为硬脂酸或脂肪酸甘油酯；所述分散剂为四甲基氢氧化铵或聚丙烯酸。
[0028]优选的，步骤(2)中所述短切碳纤维为高强度碳纤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液相烧结压制成型制备纤维增韧碳化硅陶瓷阀件的方法，其特征在于，制备所述陶瓷阀件的原料包括碳化硅陶瓷基质材料和增韧材料；按质量份计，所述基质材料包括括碳化硅微粉100份、氧化铝与氧化钇的混合粉3
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12份、粘接剂5
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10份、硅粉3
‑
12份，表面活性剂0.5
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3份和分散剂0.5
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2份；所述增韧材料为短切碳纤维，所述短切碳纤维的添加量为基质材料总量的0.1
‑
15％；制作方法具体包括以下步骤：(1)造粒粉的制备按配比称量上述碳化硅陶瓷基质材料，加入去离子水，去离子水的用量为碳化硅微粉质量的0.9
‑
1.5倍，然后球磨8
‑
20小时制得碳化硅陶瓷浆料；再将碳化硅陶瓷浆料进行喷雾造粒，得到造粒粉，过筛，取其中10
‑
100目之间的造粒粉，备用；其中所述造粒粉的含水率为0.5
‑
1.2％，且所述造粒粉中粒度为60
‑
180目的质量比大于90％；(2)短切碳纤维的预处理称取备好的短切碳纤维，加入到具有聚氨酯内胆的球磨罐中，再向球磨罐中加入聚氨酯球，滚筒球磨1
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5小时，使短切碳纤维束蓬松；再向球磨罐内加入去离子水，继续滚筒球磨1
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8小时，使短切碳纤维束初步解束，过滤，再将过滤得到的短切碳纤维加入到聚氨酯球磨罐中，再向球磨罐内加入无水乙醇和聚氨酯球，滚筒球磨1
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8小时，使短切碳纤维束进一步解束，然后过滤，于50～80℃下烘干，得到解束的短切碳纤维，备用；(3)解束的短切碳纤维包覆造粒粉将步骤(2)中制备的解束的短切碳纤维加入到糖衣机中，启动糖衣机，使解束的短切碳纤维开始随糖衣机转动，用含酚醛树脂、碳黑和硅粉的酒精溶液对短切碳纤维进行喷雾加湿、增粘，然后不断加入步骤(1)中的10
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100目的碳化硅造粒粉，并不断喷雾上述酒精溶液，使解束的短切碳纤维在随糖衣机转动的过程中粘附在造粒粉上，制得短切碳纤维包覆的碳化硅造粒粉，再将包覆碳纤维的造粒粉在不高于70℃的温度下烘干，使其含水率在0.5
‑
1.2％；(4)碳化硅造粒粉混合将步骤(3)中得到的造粒粉与步骤(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李其松，马逸飞，刘晓娜，马红彬，余秋锋，
申请(专利权)人：河南雅利安新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：