【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及碳化硅陶瓷球制备，具体涉及一种大尺寸碳化硅陶瓷球的烧结方法。
技术介绍
1、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陶瓷球的理想材料。利用碳化硅陶瓷优异性能制备的陶瓷球，具有比传统金属球、塑料球更优异的性能，特别适用于腐蚀性强、转速高、承重大、温度高等恶劣工矿。
2、但是，碳化硅陶瓷强的键合作用使其很难烧结，即使在2100℃的高温下烧结时，c和si的自扩散系数也仅为1.5×10-10和1.5×10-13cm2/s，因此，不添加烧结助剂或施加高压力很难将sic烧结致密。一般需要采用特殊烧结方法或添加烧结助剂实现烧结致密化。目前，常用的sic陶瓷烧结方法有反应烧结、无压烧结、热压烧结、热等静压烧结和放电等离子烧结等。
3、反应烧结碳化硅烧结温度低(一般在1400-1800℃之间)，工艺相对简单，烧结时尺寸收缩很小，但是由于含有较多的游离硅(一般不少于8wt.％)，导致其硬度较低，耐磨、耐高温、耐腐性均较差。无压烧结包括无压固相烧结和无压液相烧结。无压固相烧结一般添加硼、碳或其化合物作为烧结助剂，烧结温度高(一般在2100-2300℃之间)；无压液相烧结一般用金属氧化物作为烧结助剂，如氧化铝、氧化钇等，烧结温度根据所用烧结助剂的种类和含量变化较大(一般在1500-2100℃之间)；但无论是无压固相烧结还是无压液相烧结，均存在较大尺寸的收缩(一般在13-20％之间)，若不能采取合适的方法，会导致烧结的碳化硅陶瓷球变形、翘曲、甚至
4、无压固相烧结方法制备的碳化硅陶瓷球可以满足多数情况下的应用需求，是目前常用的碳化硅陶瓷球烧结方法。但正如前文所讨论的，无压固相烧结碳化硅烧结温度高、烧结收缩大，在烧结时易产生变形，特别是烧结尺寸较大的陶瓷球(直径大于80mm)时，变形尤其明显。当陶瓷球直接放置在承烧石墨板上时，石墨板在烧结温度下不会软化、收缩、变形，而陶瓷球由于只有下球冠与石墨板相切，切点承载陶瓷球全部质量，导致在重力作用下下球冠明显变形，且在垂直方向的收缩大于水平收缩，因而陶瓷球圆度变差，且陶瓷球尺寸越大，这种变形和不均匀越明显。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种大尺寸碳化硅陶瓷球的烧结方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种大尺寸碳化硅陶瓷球的烧结方法，包括以下步骤：
4、(1)生坯球成型
5、采用等静压工艺，以碳化硅陶瓷造粒粉为原料，制得生坯球，然后将生坯球在50-80℃条件下烘干1-5小时，避免烧结过程中水分急剧挥发导致的开裂；
6、(2)生坯球车制
7、将步骤(1)中烘干好的生坯球进行简单修整，去掉多余的边角，修整好的生坯球半径为r；
8、(3)承烧底托工装加工
9、用与步骤(1)中制备生坯球相同的材料配方和压制工艺，压制圆棒生坯，并将圆棒车加工成一个圆柱，在圆柱的上柱面加工一个半球形的球孔，球孔用于承托步骤(2)中的生坯球；
10、(4)装球入模
11、将步骤(2)加工好的生坯球在氮化硼粉中滚动，使其表面粘附一薄层氮化硼，避免烧结过程中与承烧底托工装粘连；在承烧底托工装的半圆球形孔中垫一薄层石墨纤维棉，然后将粘有氮化硼粉的生坯球放在垫有石墨纤维棉的承烧底托工装中；
12、(5)烧结
13、将步骤(4)中装有生坯球的承烧底托工装，置于真空烧结炉中，在2100-2200℃下烧结1-7小时，制得碳化硅陶瓷球烧结体；
14、(6)后加工
15、对碳化硅陶瓷球烧结体进行磨削、抛光后加工处理，得到所需规格的碳化硅陶瓷球。
16、优选的，步骤(1)中，所述等静压工艺采用的压力为180-250mpa，保压时间为5-30分钟。
17、优选的，步骤(1)中，所述生坯球烘干后的密度不小于1.7g/cm3。
18、优选的，步骤(3)中，所述圆柱的直径为d，高度为h，d的数值不小于2.15r，h的数值为不小于1.15r。
19、优选的，所述球孔的中心与圆柱上柱面圆心重合，球孔半径为r1，r1的数值为1.01-1.05r。
20、本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：
21、1、承烧底托工装与生坯球是用相同的材料配方和压制工艺，因而具有相同的收缩率，且在烧结过程中的收缩变化是同步的，因此能够保证生坯球始终得到承烧底托工装的支撑，也即生坯球的下半球面都能够受到支撑力。本专利技术的技术方案解决了传统烧结过程中，生坯球直接放置在承烧石墨板上时，烧结过程中只有下球冠与石墨板相切，并且切点承载碳化硅陶瓷球全部质量，导致在重力作用下下球冠明显变形，且在垂直方向的收缩大于水平收缩，因而陶瓷球圆度变差的问题；同时，还解决了硬支撑底托工装不能与陶瓷球同步收缩，导致陶瓷球与支撑工装在烧结过程中脱离的问题；本专利技术显著提高了制得碳化硅陶瓷球的圆度和均匀性；
22、2、烧结前将生坯球在氮化硼微粉中滚动，使其表面粘附一薄层氮化硼，避免了烧结过程中碳化硅陶瓷球与承烧托粘连导致的陶瓷球报废；
23、3、在承烧底托工装的半圆形孔中垫一薄层石墨纤维棉，既能够保证承烧底托工装与碳化硅陶瓷球生坯较好贴合，又能起到缓冲和柔性隔离作用，避免了陶瓷硬对硬的损伤，也可以有效防止碳化硅陶瓷球与承烧托粘连。
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1.一种大尺寸碳化硅陶瓷球的烧结方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种大尺寸碳化硅陶瓷球的烧结方法，其特征在于：步骤(1)中，所述等静压工艺采用的压力为180-250MPa，保压时间为5-30分钟。
3.根据权利要求1所述的一种大尺寸碳化硅陶瓷球的烧结方法，其特征在于：步骤(1)中，所述生坯球烘干后的密度不小于1.7g/cm3。
4.根据权利要求1所述的一种大尺寸碳化硅陶瓷球的烧结方法，其特征在于：步骤(3)中，所述圆柱的直径为D，高度为H，D的数值为不小于2.15R，H的数值为不小于1.15R。
5.根据权利要求1所述的一种大尺寸碳化硅陶瓷球的烧结方法，其特征在于：步骤(3)中，所述球孔的中心与圆柱上柱面圆心重合，球孔半径为R1，R1的数值为1.01-1.05R。
【技术特征摘要】
1.一种大尺寸碳化硅陶瓷球的烧结方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种大尺寸碳化硅陶瓷球的烧结方法，其特征在于：步骤(1)中，所述等静压工艺采用的压力为180-250mpa，保压时间为5-30分钟。
3.根据权利要求1所述的一种大尺寸碳化硅陶瓷球的烧结方法，其特征在于：步骤(1)中，所述生坯球烘干后的密度不小于1.7g/cm...
【专利技术属性】
技术研发人员：李其松，马红彬，马聪浩，宛鹏，陈志伟，程斐豪，杨留洋，
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：
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