一种再结晶碳化硅制品及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种再结晶碳化硅制品及其制备方法，再结晶碳化硅制品的原料由质量份数为60~70份碳化硅粗粉、30~40份碳化硅细粉、1~3份碳化硼粉、2~6份生物质糖和1~3份成型助剂组成，碳化硅粗粉的粒径为20~150微米，碳化硅细粉的粒径为0.3~2微米；碳化硼粉的粒径为0.3~2微米；制备方法步骤如下：将生物质糖溶于水得糖水溶液；将碳化硅细粉、碳化硼粉混合均匀，再加入糖水溶液，得混合湿细粉；将碳化硅粗粉、混合湿细粉和成型助剂混合均匀，加水捏炼成可塑泥料；将可塑泥料经真空挤制成型和微波干燥后烧结，出炉后得再结晶碳化硅制品。该再结晶碳化硅制品的导热系数达120~150W/m·K，抗弯强度达120~140MPa，抗热震性好，使用寿命比普通再结晶碳化硅制品提高了30~50%。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种再结晶碳化硅制品及其制备方法，属于碳化硅材料

技术介绍
再结晶碳化硅制品因其高温强度高、抗氧化性好、在使用过程中不变形等优点而成为高档日用细瓷装烧用的理想窑具材料。与氧化物结合碳化硅、氮化物结合碳化硅和刚玉或刚玉—莫来石等窑具材料比，再结晶碳化硅棚板的厚度可减薄50%以上，最薄可达3mm，通常为5~8mm，而其它材料的厚度则需12~20mm。与其他陶瓷在烧结过程中产生收缩而致密化的机理不同，再结晶碳化硅的烧结机理是蒸发—凝聚，在烧结过程中没有收缩，因而最终制品的密度取决于烧结前生坯的颗粒堆积密度。为了最大限度地获得高的生坯密度，前人已对碳化硅原料的颗粒级配和粉体的处理方法进行了大量研究，如合理的粗细颗粒配比和粒径分布，将碳化硅颗粒整形，去除尖锐角和棱角，以增加成型时颗粒的流动性等。然而，随着日用陶瓷快速烧成技术的推广，快速的冷却使得再结晶碳化硅棚板的抗热震性面临新的考验。在一些工厂的应用结果表明，即使是新的再结晶碳化硅硼板，在使用一次或二次后就出现了热震破坏，其抗热震效果有时还不及氧化物结合的碳化硅制品。因此，提高再结晶碳化硅制品的抗热震性成为满足高档日用细瓷快速烧成应用需求急需解决的难题。材料的热震破坏主要源于其在承受环境温度急剧变化时产生的热应力超过材料本身可承受的应力，导致裂纹扩展而破坏。因此，抗热震性主要取决于材料的热膨胀系数、导热系数和断裂强度。材料的热膨胀系数越小，导热系数越大，断裂强度越高，其抗热震性就越好。同时，在材料内部的结构上建立科学合理的热应力缓冲或吸收机制，也是提高再结晶碳化硅制品抗热震性的有效途径。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有再结晶碳化硅制品抗热震性较差的技术难题，提出一种可提高再结晶碳化硅制品导热系数和断裂强度的方法，同时在材料的显微结构上建立热应力缓冲机制，以有效提高再结晶碳化硅制品的抗热震性能，满足高档日用细瓷快速烧成等应用需求。本专利技术的技术方案是，提供一种再结晶碳化硅制品的制备方法，其原料由质量份数为60~70份碳化硅粗粉、30~40份碳化硅细粉、1~3份碳化硼粉、2~6份生物质糖和1~3份成型助剂组成，所述碳化硅粗粉的粒径为20~150微米，所述碳化硅细粉的粒径为0.3~2微米；所述碳化硼粉的粒径为0.3~2微米；所述制备方法包括以下步骤：（1）将生物质糖溶于水中，形成浓度为10~20%的糖水溶液；（2）将碳化硅细粉、碳化硼粉混合均匀，然后边搅拌边加入所述糖水溶液，使糖水溶液均匀包覆在碳化硅细粉和碳化硼粉的表面，得混合湿细粉；（3）将碳化硅粗粉、混合湿细粉和成型助剂混合均匀，加水在捏炼机中捏炼成含水量10~16%的可塑泥料；（4）将可塑泥料在真空挤出机中挤制为所需形状的湿坯，经干燥后得生坯；（5）将生坯在保护气体下烧结，出炉后得再结晶碳化硅制品。进一步地，所述生物质糖包括蔗糖、葡萄糖、麦芽糖中的一种或多种。进一步地，所述成型助剂为羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素和聚乙烯醇中的一种或多种。进一步地，所述保护气体为氩气。进一步地，步骤（5）中，将生坯在于真空电阻炉或感应加热炉中烧结，烧结温度为2100~2400℃。进一步地，步骤（4）中，所述干燥为微波干燥。本专利技术进一步地提供上述制备方法得到的再结晶碳化硅制品。以下对本专利技术做出进一步说明。本专利技术首先从材料组成上引入可促进碳化硅在再结晶过程中定向生长的物质，形成大量相互交织的长柱状或片状的碳化硅结晶。这种在再结晶过程中原位生成的长柱状或片状结晶与颗粒状多晶比，具有更高的断裂强度和导热系数，而且相互交织，形成骨架结构，也有效提高了再结晶碳化硅制品的断裂韧性。在长柱状结晶周边形成的微小空隙，又为材料在热膨胀或收缩时形成的热应力提供了近距离的释放空间，其效果如同对制品开设了无数的微小膨胀缝（在制品上开设膨胀缝或钻孔都是释放热应力的有效方法，可提高抗热震性）。因此，本专利技术主要从改善再结晶碳化硅材料的显微结构入手，通过对材料组成的科学设计和制备工艺参数的优化，有效提高了再结晶碳化硅制品的导热系数和断裂强度，同时建立了有效的热应力微缓冲机制，从而获得具有高抗热震性的再结晶碳化硅制品。本专利技术的技术贡献是：（1）以可溶于水的生物质糖为碳的前驱体，通过配制生物质糖的水溶液，使其均匀包覆在碳化硅细粉和碳化硼粉表面，由于糖水溶液具有良好的粘结性，这种包覆层不仅薄而均匀，且结合良好。在高温烧结过程中，生物质糖于300~800℃发生分解，形成高活性的碳。当温度进一步升高至1300~1500℃时，这种高活性的碳与碳化硅或碳化硼颗粒表面的氧化层（SiO2或B2O3）发生如下碳热还原反应：SiO2+3C→SiC+2CO(g)或2B2O3+7C→B4C+6CO(g)，不仅使原料颗粒的表面实现了自清洁，而且提高了颗粒表面的反应活性。（2）由于碳化硼的引入，促进了碳化硅在2100~2400℃的高温再结晶过程，因B原子固溶进入SiC晶格中，提高了SiC的烧结活性，并且对碳化硅在再结晶过程中生长为长柱状或片状晶体起到关键和决定性作用，从而获得具有更高热导率和断裂强度的再结晶碳化硅制品。本专利技术的有益效果是，用本专利技术制备的高抗热震性再结晶碳化硅制品与普通再结晶碳化硅制品相比，具有以下优势：（1）材料的导热系数达到120~150W/m·K，比普通再结晶碳化硅制品的80~100W/m·K提高约50%；（2）材料的抗弯强度达到120~140MPa，比普通再结晶碳化硅制品的90~100MPa提高约30~40%；（3）材料的抗热震性从1200℃取出在室温空气中急冷循环5次不裂，与普通再结晶碳化硅制品只能从1000℃取出在室温空气中急冷循环3次不裂比，抗热震温度提高200℃，且急冷试验的循环次数也增加2次。用本专利技术制备的高抗热震性再结晶碳化硅制品不仅满足了高档日用细瓷快速烧成的应用需要，而且其使用寿命比普通再结晶碳化硅制品提高了30~50%，可望在其他高温领域作为良好的抗热震结构材料获得推广应用。附图说明图1表示本专利技术再结晶碳化硅制品的典型显微结构。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1：本实施例提供一种再结晶碳化硅制品的制备方法，其原料由质量份数为60份碳化硅粗粉、40份碳化硅细粉、2份碳化硼粉、5份生物质糖和2.5份成型助剂组成，具体工艺步骤为：（1）将生物质糖溶于水中，形成浓度为20%的糖水溶液；（2）将碳化硅细粉、碳化硼粉混合均匀，然后边搅拌边缓慢加入糖水溶液，使糖水溶液均匀包覆在碳化硅细粉和碳化硼粉表面，得混合湿细粉；（3）将碳化硅粗粉、混合湿细粉和成型助剂混合均匀，加适量水在捏炼机中捏炼成含水量15%的可塑泥料；（4）将可塑泥料在真空挤出机中挤制（挤出压力4MPa，真空度大于95%）为所需形状（如管状或板状）的湿坯，经微波干燥20分钟后得生坯；（5）将生坯在真空电阻炉或感应加热炉中于2150℃烧结3小时，用氩气作为保护气体，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种再结晶碳化硅制品的制备方法，其特征在于，其原料由质量份数为60~70份碳化硅粗粉、30~40份碳化硅细粉、1~3份碳化硼粉、2~6份生物质糖和1~3份成型助剂组成，所述碳化硅粗粉的粒径为20~150微米，所述碳化硅细粉的粒径为0.3~2微米；所述碳化硼粉的粒径为0.3~2微米；所述制备方法包括以下步骤：（1）将生物质糖溶于水中，形成浓度为10~20%的糖水溶液；（2）将碳化硅细粉、碳化硼粉混合均匀，然后边搅拌边加入所述糖水溶液，使糖水溶液均匀包覆在碳化硅细粉和碳化硼粉的表面，得混合湿细粉；（3）将碳化硅粗粉、混合湿细粉和成型助剂混合均匀，加水在捏炼机中捏炼成含水量10~16%的可塑泥料；（4）将可塑泥料在真空挤出机中挤制为所需形状的湿坯，经干燥后得生坯；（5）将生坯在保护气体下烧结，出炉后得再结晶碳化硅制品。

【技术特征摘要】
1.一种再结晶碳化硅制品的制备方法，其特征在于，其原料由质量份数为60~70份碳化硅粗粉、30~40份碳化硅细粉、1~3份碳化硼粉、2~6份生物质糖和1~3份成型助剂组成，所述碳化硅粗粉的粒径为20~150微米，所述碳化硅细粉的粒径为0.3~2微米；所述碳化硼粉的粒径为0.3~2微米；所述制备方法包括以下步骤：
（1）将生物质糖溶于水中，形成浓度为10~20%的糖水溶液；
（2）将碳化硅细粉、碳化硼粉混合均匀，然后边搅拌边加入所述糖水溶液，使糖水溶液均匀包覆在碳化硅细粉和碳化硼粉的表面，得混合湿细粉；
（3）将碳化硅粗粉、混合湿细粉和成型助剂混合均匀，加水在捏炼机中捏炼成含水量10~16%的可塑泥料；
（4）将可塑泥料在真空挤出机中挤制为所需形状的湿坯，经干燥后...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖汉宁，郭文明，刘寒，
申请(专利权)人：肖汉宁，
类型：发明
国别省市：湖南;43