一種碳化硅陶瓷精密器件的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種陶瓷器件的制備方法，尤其涉及一種碳化硅陶瓷精密器件的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于碳化硅陶瓷材料具有高的抗彎強(qiáng)度、優(yōu)良的抗氧化性、良好的耐腐蝕性、高的抗磨損、低的摩擦系數(shù)，同時(shí)還具有低密度以及較高的高溫強(qiáng)度等，而尤為重要的是它的高溫力學(xué)性能一直是陶瓷材料中最佳，因而碳化硅陶瓷的發(fā)展很快。更是在近十多年來(lái)在國(guó)計(jì)民生的各個(gè)領(lǐng)域中得到迅速普及，應(yīng)用領(lǐng)域日趨擴(kuò)大。在航空航天、核工業(yè)、石油工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、輕紡工業(yè)、食品工業(yè)等需要在高溫、高速、耐腐蝕、真空、電絕緣、無(wú)磁、干摩擦等特殊環(huán)境下，作為一種新型陶瓷材料其不可或缺的替代作用正在被人們逐漸認(rèn)識(shí)。
[0003]除此之外，由于碳化硅陶瓷材料在使用中，游離硅和游離碳含量極少，在精細(xì)化工、食品、醫(yī)藥等行業(yè)里，尤其是要求高清潔度、超純凈流體輸送中，對(duì)環(huán)境和產(chǎn)品的純凈度提供了非常關(guān)鍵的保護(hù)與保證作用，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，碳化硅陶瓷材料必將在化工領(lǐng)域全行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。
[0004]然而，傳統(tǒng)的碳化硅陶瓷的主要加工方法卻是常壓燒結(jié)、反應(yīng)燒結(jié)、重結(jié)晶燒結(jié)三種，而成型方法主要采用壓鑄、擠出、澆筑，其制作出的產(chǎn)品一般較大且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。其中，反應(yīng)燒結(jié)碳化硅的加工方法在加工過(guò)程中器件基本不收縮，加熱溫度低，但是產(chǎn)品中是含有5%左右的游離硅，其耐磨性、耐腐蝕性較差；重結(jié)晶燒結(jié)的加工方法加工器件純度高、強(qiáng)度大，但是其成品是密度小、多孔且加熱溫度高；常壓燒結(jié)碳化硅的加工方法產(chǎn)品純度高，密度大，耐磨性、耐腐蝕性好，但是其在加工過(guò)程中加熱收縮，形狀難以控制。同時(shí)，對(duì)于體積小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的器件制作，上述制備方法一般采用制粉、干壓、燒結(jié)的方法，由于干壓后的毛胚中的粘結(jié)劑一般不超高5% (重量)，毛胚的韌性較低，燒結(jié)過(guò)程中有機(jī)物的分解排出導(dǎo)致易裂，成品率低，因此嚴(yán)重限制了碳化硅陶瓷的應(yīng)用。本方法采用塑料成型的方法，成品率高，精度控制精確，制備速度快，適合于體積小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高的碳化硅陶瓷器件的批量生產(chǎn)，成本可大幅降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服以上缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種新的碳化硅陶瓷精密器件的制備方法，具體的技術(shù)方案是:
一種碳化硅陶瓷精密器件的制備方法，包含以下步驟:步驟一、將碳化硅粉體、碳化硼、納米碳粉按照100:0.5?1.0:2.0?4.0的重量比混合；步驟二、將上述粉體與粘結(jié)劑混合均勻，在密煉機(jī)上混煉，冷卻后切割造粒；步驟三、制作注射成型所需模具；步驟四、液體脫月旨，將毛胚經(jīng)過(guò)液體浸泡或著加熱分解脫除低熔點(diǎn)部分粘結(jié)劑，使之成為帶有毛細(xì)孔的毛胚，而其中的高熔點(diǎn)的粘結(jié)劑可以保持毛胚的形狀；步驟五、加熱脫脂，將毛胚放入真空爐中，抽真空后緩慢加熱，在加熱過(guò)程中，高熔點(diǎn)的粘結(jié)劑分解，而分解氣體沿著毛細(xì)孔排出，從而保障了毛胚不開(kāi)裂，隨著溫度的不斷升高，毛胚中粘結(jié)劑全部分解，分解氣體隨抽真空排出，毛胚中殘余的碳化硅開(kāi)始生長(zhǎng)密實(shí)，密度可達(dá)3.0O?3.15克/立方厘米，體積各向收縮16?21% ;步驟六、冷卻后取出樣品，根據(jù)需要打磨加工。
[0006]優(yōu)化地，步驟一中所述的碳化硅粉體粒徑為0.3-0.8微米，純度為98~99%，碳化硼的純度大于97%，顆粒直徑為325目。
[0007]優(yōu)化地，步驟二中所述粘結(jié)劑為聚乙烯、聚丙烯、EVA、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、硬脂酸、聚乙烯、石蠟等任意兩種以上。
[0008]優(yōu)化地，步驟二中粉體與粘結(jié)劑按照1~0.5:1.5的體積比均勻混合。
[0009]優(yōu)化地，步驟二中，密煉機(jī)上的溫度為130~200°C，混煉時(shí)間為30分鐘以上。
[0010]優(yōu)化地，步驟五中加熱的升溫速度為5°C /m，并在300°C、500°C、700°C各保溫I小時(shí)，最后升至2150 °C時(shí)保溫3小時(shí)。
[0011]本發(fā)明采用粒徑為500納米的碳化硅，添加碳化硼、納米碳作為加工制劑，充分混合混后加入塑料粘結(jié)劑進(jìn)行混煉，做成粒狀喂料；按要求設(shè)計(jì)好模具，注射成型；經(jīng)過(guò)液體脫脂、高溫脫脂，高溫成型，加工出合格的產(chǎn)品。由于注射成型的模具可以根據(jù)要求設(shè)計(jì)成復(fù)雜的形狀，因此利用該方法可加工成型形狀復(fù)雜的精密碳化硅陶瓷器件，燒結(jié)后的密度可達(dá)到碳化硅理論密度90-98%，提高了生產(chǎn)效率，大大拓展了碳化硅的應(yīng)用領(lǐng)域。因此，本發(fā)明為生產(chǎn)體積小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的器件降低了成本。
【具體實(shí)施方式】
[0012]實(shí)施例一:
一種碳化硅陶瓷精密器件的制備方法，其特征在于:包含以下步驟:步驟一、將粒徑為0.3微米，純度為98~99%碳化硅粉體、純度大于97%，顆粒直徑為325目的加工助劑碳化硼、納米碳粉按100:0.5:2.0的重量比混合；步驟二、將上述粉體與粘結(jié)劑按照1:1.5的體積比混合均勻，在密煉機(jī)上混煉，冷卻后切割造粒，其中粘結(jié)劑為聚乙烯、聚丙烯、EVA、，密煉機(jī)上的溫度為200°C，混煉時(shí)間為30分鐘以上；步驟三、制作注射成型所需模具；步驟四、液體脫脂，將毛胚經(jīng)過(guò)液體浸泡或著加熱分解脫除低熔點(diǎn)部分粘結(jié)劑，使之成為帶有毛細(xì)孔的毛胚；步驟五、加熱脫脂，將毛胚放入真空爐中，抽真空后緩慢加熱，其中，加熱的升溫速度為5°C /m，并在300°C、500°C、700°C各保溫I小時(shí)，最后升至2150°C時(shí)保溫3小時(shí)；步驟六、冷卻后取出樣品，根據(jù)需要打磨加工。
[0013]實(shí)施例二:
一種碳化硅陶瓷精密器件的制備方法，其特征在于:包含以下步驟:步驟一、將粒徑為0.5微米，純度為98~99%碳化硅粉體、純度大于97%，顆粒直徑為325目的加工助劑碳化硼、納米碳粉按100: 1.0: 4.0的重量比混合；步驟二、將上述粉體與粘結(jié)劑按照0.5:1.5的體積比混合均勻，在密煉機(jī)上混煉，冷卻后切割造粒，其中粘結(jié)劑為聚甲基丙烯酸甲酯、硬脂酸、聚乙烯、石蠟，密煉機(jī)上的溫度為130°C，混煉時(shí)間為30分鐘以上；步驟三、制作注射成型所需模具；步驟四、液體脫脂，將毛胚經(jīng)過(guò)液體浸泡或著加熱分解脫除低熔點(diǎn)部分粘結(jié)劑，使之成為帶有毛細(xì)孔的毛胚；步驟五、加熱脫脂，將毛胚放入真空爐中，抽真空后緩慢加熱，其中，加熱的升溫速度為5°C /111，并在300°(:、500°(:、700°(:各保溫I小時(shí)，最后升至2150°C時(shí)保溫3小時(shí)；步驟六、冷卻后取出樣品，根據(jù)需要打磨加工。
[0014] 實(shí)施例三:
一種碳化硅陶瓷精密器件的制備方法，其特征在于:包含以下步驟:步驟一、將粒徑為0.8微米，純度為98~99%碳化硅粉體、純度大于97%，顆粒直徑為325目的加工助劑碳化硼、納米碳粉按100:0.8:3 (重量比)混合；步驟二、將上述粉體與粘結(jié)劑按照0.75:1.5的體積比混合均勻，在密煉機(jī)上混煉，冷卻后切割造粒，其中粘結(jié)劑為EVA、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、硬脂酸、，密煉機(jī)上的溫度為180°C，混煉時(shí)間為30分鐘以上；步驟三、制作注射成型所需模具；步驟四、液體脫脂，將毛胚經(jīng)過(guò)液體浸泡或著加熱分解脫除低熔點(diǎn)部分粘結(jié)劑，使之成為帶有毛細(xì)孔的毛胚；步驟五、加熱脫脂，將毛胚放入真空爐中，抽真空后緩慢加熱，其中，加熱的升溫速度為5°C /111，并在300°(:、500°(:、700°(:各保溫I小時(shí)，最后升至2150°C時(shí)保溫3小時(shí)；步驟六、冷卻后取出樣品，根據(jù)需要打磨加工。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種碳化硅陶瓷精密器件的制備方法，其特征在于:包含以下步驟:步驟一、將碳化硅粉體、碳化硼、納米碳粉按照100:0.5?1.0:2.0?4.0的重量比混合；步驟二、將上述粉體與粘結(jié)劑混合均勻，在密煉機(jī)上混煉，冷卻后切割造粒； 步驟三、制作注射成型所需模具； 步驟四、液體脫脂，將毛胚經(jīng)過(guò)液體浸泡或著加熱分解脫除低熔點(diǎn)部分粘結(jié)劑； 步驟五、加熱脫脂，將毛胚放入真空爐中，抽真空后緩慢加熱；步驟六、冷卻后取出樣品，根據(jù)需要打磨加工。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳化硅陶瓷精密器件的制備方法，其特征在于:步驟一中所述的碳化硅粉體粒徑為0.3-0.8微米，碳化硼純度為98~99%，加工助劑為純度大于97%，顆粒直徑為325目，將碳化硅粉體、碳化硼與納米碳粉。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳化硅陶瓷精密器件的制備方法，其特征在于:步驟二中所述粘結(jié)劑為聚乙稀、聚丙烯、EVA、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、硬脂酸、聚乙稀、石蠟等任意兩種以上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳化硅陶瓷精密器件的制備方法，其特征在于:步驟二中粉體與粘結(jié)劑按照1~0.5:1.5的體積比均勻混合。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳化硅陶瓷精密器件的制備方法，其特征在于:步驟二中，密煉機(jī)上的溫度為130~200°C，混煉時(shí)間為30分鐘以上。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳化硅陶瓷精密器件的制備方法，其特征在于:步驟五中加熱的升溫速度為5°C /m,并在300°C、500°C、700°C各保溫I小時(shí)，最后升至2150°C時(shí)保溫3小時(shí)。
【專(zhuān)利摘要】一種碳化硅陶瓷精密器件的制備方法屬于陶瓷精密器件領(lǐng)域。本發(fā)明的制備方法包含以下步驟：步驟一、將碳化硅粉體、加工助劑、納米碳粉按比例混合；步驟二、將上述粉體與粘結(jié)劑混合均勻，在密煉機(jī)上混煉，冷卻后切割造粒；步驟三、制作注射成型所需模具；步驟四、液體脫脂，將毛胚經(jīng)過(guò)液體浸泡或著加熱分解脫除低熔點(diǎn)部分粘結(jié)劑，使之成為帶有毛細(xì)孔的毛胚；步驟五、加熱脫脂，將毛胚放入真空爐中，抽真空后緩慢加熱；步驟六、冷卻后取出樣品，根據(jù)需要打磨加工。本發(fā)明的制備方法提高了生產(chǎn)效率，大大拓展了碳化硅的應(yīng)用領(lǐng)域。
【IPC分類(lèi)】C04B35/622, C04B35/565
【公開(kāi)號(hào)】CN105060896
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510493542
【發(fā)明人】于慶先
【申請(qǐng)人】青島科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年11月18日
【申請(qǐng)日】2015年8月13日