一种反应烧结碳化硅陶瓷及其生产方法技术

一种反应烧结碳化硅陶瓷，其特征在于：其重量百分比组分为：碳化硅８０％～９５％，碳粉５％～２０％，烧结助剂１％～２％。其生产方法是：将上述原料放入去离子水中，再添加粘结剂、水溶性高分子混合物溶胶和分散剂，球磨混合５～２０小时形成水基碳化硅浆料，采用喷雾造粒工艺对浆料进行喷雾干噪，制得碳化硅复合粉体造粉粒，对粉粒采用干压成型，获得碳化硅陶瓷素坯，将素坯放入真空反应烧结炉中渗硅烧结，在１５００～１８００℃温度下，保温１～５小时后，制备成反应烧结碳化硅陶瓷。本发明专利技术采用的原料及配比科学合理，生产方法安全、成本低，所制成的碳化硅陶瓷能满足特殊工况的机械密封要求。

Reaction sintered silicon carbide ceramic and production method thereof

The utility model relates to a reaction sintered silicon carbide ceramic, which is characterized in that the weight percentage components are: silicon carbide 80% to 95%, carbon powder 5% to 20%, sintering auxiliary 1% to 2%. The production method is that: the raw materials into deionized water, adding binder, water soluble polymer mixture sol and dispersant, ball milling and mixing 5 ~ 20 hours to form water-based spray granulation process using SiC slurry, the slurry was spray drying, preparation of silicon carbide composite powder made of powder, powder by dry press molding, obtain silicon carbide ceramic biscuit, the blank into Silicon Sintering permeability vacuum reaction sintering furnace, at 1500 to 1800 DEG, holding 1 to 5 hours after the preparation of reaction bonded silicon carbide ceramics. The raw material and the ratio of the invention are scientific and reasonable, the production method is safe and the cost is low, and the silicon carbide ceramic made by the invention can satisfy the mechanical sealing requirement of the special working condition.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
机械密封行业所需的陶瓷密封材料，要求材料具有高强度、高韧性、低蠕变 性、耐磨擦磨损、耐腐蚀性以及良好的抗氧化性。碳化硅陶瓷具有优异的机械性 能，较低的热膨胀系数和高的热传导系数，使得碳化硅陶瓷呈现出优异的抗热震 性能，而且还具有高热稳定性、良好的耐腐蚀、耐磨擦性能。因此，在机械、化 工、能源、军工等高
作为机械密封材料得以广泛应用。反应烧结碳化硅(代号RBSiC)是应用熔融硅浸渗含碳碳化硅陶瓷素坯制得 的致密陶瓷烧结体。该方法具有烧结温度低、烧结时间短、坯体收縮率小(<3%)， 易于制备大尺寸复杂形状构件等特点，最适合工业化生产。碳化硅密封环属高新技术无机非金属材料领域产品(结构工程陶瓷)，国外称 这类材料为先进陶瓷(Advanced)、技术陶瓷(Technical ceramics)、高技术陶 瓷(Hightechnolgy ceramics)、特种陶瓷(special ceramics)、精细陶瓷(Fine ceramics),其制造工艺包括sic粉体制备、粉体成型(素坯)、坯体烧结和机械 精加工。目前，sic粉体制备工艺大都采用乙醇为溶剂进行球磨混料，但是这种 工艺生产出的陶瓷成本较高，喷雾造粒时容易发生爆炸。中国专利曾公开了一种"反应烧结碳化的生产方法"(CN101081740A，公开日2007年12月5日)，其主要特征是取重量份数的碳化硅微粉5-8份、碳黑0. 5-1. 5 份、石墨1-1. 5份、0. 1-0. 5份粘结剂；其中碳化硅粒度级配为sic (90-30 u m) 3-5 份、sic(30-0. 8um)2-3份；羚甲基纤维素和聚乙烯醇粉末分别为0. 1-0. 5份； 真空烧结过程分为低温O-700°C，保持3-5小时；中温700-140(TC，保持4-6小 时；高温1400-220(TC，保持5-7小时，加入重量份数为1-3份的金属硅。其碳 化硅微粉含量只有5-8份。中国专利曾公开了 "一种碳纤维增强反应烧结碳化硅陶瓷及其制备方法"，采 用凝胶注模成型工艺制备复合材料坯体，配料组分为碳化硅100重量份，炭黑7 18重量份，碳纤维2 8体积份。制备方法是将配料碳化硅和炭黑的复合粉体及 碳纤维分散于有机单体和交联剂的溶液中，将固化后的成型坯体在60 8(TC下充 分干燥得坯体，坯体在烧结炉内用硅粉掩埋在500 80(TC排胶、保温，烧结温度 为1500 1800°C。它用碳纤维作为增强剂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，它采用的原 料及配比科学合理，生产方法安全、成本低，所制成的碳化硅陶瓷能满足特殊工 况的机械密封要求。为达到上述目的，本专利技术采取的解决方案是 一种反应烧结碳化硅陶瓷，其重量百分比组分为碳化硅80% 95%，碳粉5% 20%，烧结助剂1% 2%。同时为达到上述目的，本专利技术采取的解决方案是 一种反应烧结碳化硅陶瓷 的生产方法，该生产方法包括以下步骤(1)取碳化硅80 95重量份、碳粉5 20重量份、烧结助剂1 2重量份作 为原料放入去离子水中，去离子水作为溶剂，碳化硅小球作为研磨介质，再添加 粘结剂、水溶性高分子混合物溶胶和分散剂球磨混合，球磨混合5 20小时形成 水基碳化硅浆料，所形成的水基碳化硅浆料中固相含量为30% 60%;所述粘结剂 的重量是原料总重的0. 5% 3%，水溶性高分子混合物溶胶的重量是原料总重的 0.5% 2%，分散剂的重量是原料总量的0.5% 1.5%，所述原料与去离子水的重量 比为3:7 3:2;(2 )采用离心造粒干燥机喷雾造粒工艺对上述水基碳化硅浆料进行喷雾干 燥，水基碳化硅浆料直接喷雾到离心造粒干燥机热空气中，通过调节热风进口温 度和浆料流量、雾化器转速，控制含水率，热风进口温度300 400。C，出口温度 80 120°C，浆料流量100 200Kg/h，雾化器转速8000 12000r/min，喷雾干燥制 备得到的碳化硅复合粉体造粉粒为球形颗粒、粒度为80 400目、含水重量百分 比0. 5% 1.5%;(3) 将上述碳化硅复合粉体造粉粒在80 200MPa下干压成型，获得碳化硅 陶瓷素坯；(4) 将上述碳化硅陶瓷素坯放入反应烧结炉中渗硅烧结，升温速度5 2(TC /min，在1500 1800。C温度下保温1 5 h后，制得反应烧结碳化硅陶瓷。所述的粘结剂为聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛或甲基纤维素，水溶性高分子混 合物溶胶为聚丙烯酰胺或聚乙二醇，分散剂为聚丙烯酸或磷酸铝，烧结助剂为硼、 碳化硼或硼与碳化硼混合物。本专利技术提供了一种新工艺，以去离子水为溶剂替代乙醇制备水基碳化硅浆料， 同时，引入改性剂(粘结剂、水溶性高分子混合物溶胶和分散剂)能满足喷雾干 燥的工艺技术要求，从而制备出高质量碳化硅复合粉体造粉粒和高性能碳化硅陶 瓷，。高性能碳化硅陶瓷经清理、机械精加工、抛光处理，制得反应烧结碳化硅机 械密封环。本专利技术采用的原料及配比科学合理，生产方法安全、成本低，所制成的碳化硅陶瓷能满足特殊工况的机械密封要求。本专利技术与现有技术相比有以下优点(1) 在该陶瓷的制备过程中，喷雾干燥造粒工艺是将混合好的水基碳化硅浆料直接喷 雾到离心造粒干燥机热空气中，在非常短的时间内干燥，避免了各组份的再团聚 和沉降分离，保持了桨料原有的均匀性；同时使浆料雾化均匀，得到的粒度分布 均匀、流动性好的球形颗粒(即碳化硅复合粉体造粉粒，如图1所示)。经干压成型得到的陶瓷素坯(即碳化硅陶瓷素坯，如图2所示)断面均匀，造粒球均己破 碎，在素坯里没有留下任何大的宏观缺陷。(2)碳化硅复合粉体造粒粉流动性能 好，适用自动干压成型。这不仅提高碳化硅陶瓷素坯的均匀性、密度和烧结性能， 而且还可以改善粉体成型车间的空气质量，保护工人身体健康，减轻工人劳动强 度，提高生产质量和效率。喷雾造粒浆料中所添加的粘结剂、水溶性高分子混合 物溶胶和分散剂，可以保证水基碳化硅浆料即使在固相含量较高的情况下，仍然 保持较小的粘度、良好的流动性和稳定性能。(3)采用水基料碳化硅浆料喷雾造 粒工艺处理的粉体与传统的乙醇为溶剂机械混合工艺处理的粉体相比，粉体的流 动性能发生明显的改善，粉体休止角从42.5°减少到26.4° ，而松装密度由 0. 52g/cm3增加到0.93g/cm3。流动性能良好的碳化硅复合粉体造粉粒适用于自动 干压成型，提高生产效率，提高陶瓷素坯均匀性和烧结性能及陶瓷制品力学性能。 采用水基浆料喷雾造粒工艺与传统的乙醇为溶剂机械混合工艺比较，(sic+c)反 应烧结碳化硅陶瓷体积密度3. 10g/cm3，游离硅含量8. 22%，硬度(HRA) 90，抗 折强度434MPa，产品技术性能指标符合JB/T6374—2006机械行业标准要求，达 到国外同类产品水平。而传统工艺反应烧结碳化硅陶瓷制品体积密度3. 02g/cm3， 游离硅含量>12%，硬度(HRA) 88，抗折强度356MPa。 (4)本专利技术采用去离子水 作为溶剂进行球磨混料，不但能降低生产成本，还能保证生产过程的安全，适于 批量生产。在喷雾造粒过程中，去离子水蒸发，并在随后的烧结过程中，粘结剂、 水溶性高分子混合物溶胶和分散剂都被挥发，因此最终所得的(sic+c本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反应烧结碳化硅陶瓷，其特征在于：其重量百分比组分为：碳化硅８０％～９５％，碳粉５％～２０％，烧结助剂１％～２％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑志荣，
申请(专利权)人：浙江东新密封有限公司，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]