一种高抗热震性反应烧结碳化硅陶瓷及其制备方法与流程

本发明涉及碳化硅陶瓷，特别是涉及一种高抗热震性反应烧结碳化硅陶瓷及其制备方法。

背景技术：

1、反应烧结碳化硅陶瓷是一种高技术陶瓷材料，其具有高温强度大、抗氧化性强、耐酸碱腐蚀强、热稳定性好、热导率高等优点，因而被加工成碳化硅喷火嘴、烧嘴套、方梁、辊棒、预热管等耐高温元件，在电力、钢铁、石油、化工、机械制造等行业领域得到了广泛应用。

2、反应烧结碳化硅陶瓷是在sic中加入硅粉和碳（石墨、炭黑等），在高温惰性气氛下使硅粉和碳反应生成低温型β-sic，将原sic颗粒结合起来。在该烧结过程中，会不可避免地残留8～15％的游离硅，导致反应烧结碳化硅陶瓷的使用温度低于1400℃，且抗热震性能不好，严重影响其在高温工况条件的使用寿命。

3、例如，公开号为cn111574226b的中国发明专利公布了一种高密度低游离硅含量反应烧结碳化硅陶瓷材料的制备方法，该专利以不同颗粒级配通过低温直接反应的方法制备低残硅量高密度的复杂碳化硅陶瓷材料，使碳化硅陶瓷在传统反应烧结基础上获得组织和性能的改善。其使用温度由1380℃提高到1760-1788℃，但其材料组分未发生本质改变，仍以sic为主，故抗热震性能不够理想。

4、再比如，公开号为cn115010505a的中国发明专利公布了一种无压烧结高抗热震碳化硅陶瓷换热器管及其加工方法，该专利通过添加二硼化钛、氧化锆微粉等有益组分提高了抗热震性能。但是，该专利采用无压烧结工艺，陶瓷材料的烧成收缩率大（一般在20%以上），不具备反应烧结的近净尺寸成型优势。

5、因此，如何提高反应烧结碳化硅陶瓷的抗热震性能，是当前亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高抗热震性反应烧结碳化硅陶瓷及其制备方法，通过对碳化硅陶瓷的制备工艺进行改进，大幅提升反应烧结碳化硅陶瓷的抗热震性能。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种高抗热震性反应烧结碳化硅陶瓷的制备方法，包括如下步骤：

3、s1、混料；按重量份数计，取碳化硅微粉80～90份、炭黑3～5份、石墨3～5份、六硼化硅粉1～3份、碳化钽晶须0.5～3份、二硫化钼粉1～5份混合均匀，后添加水8～15份搅拌，搅拌均匀后加入粘结剂0.5～1.5份、分散剂0.8～1.8份，再次搅拌均匀，获得混合泥料；

4、s2、练泥；将步骤s1获得的混合泥料在室温条件、真空度为0.04～0.08mpa的环境中练泥2～5h；

5、s3、陈腐；将步骤s2获得的混合泥料密封陈腐40～50h；

6、s4、挤出成型；将步骤s3陈腐后的泥料装入真空挤出机，真空挤出机中真空室的真空度低于0.1mpa，挤出成型得到生坯；

7、s5、干燥；将步骤s4得到的生坯放入干燥设备中烘干，干燥温度设置为70～90℃，干燥时间为4～8h；

8、s6、烧成；称取生坯重量40～70％的金属硅粉，将金属硅粉置于烧结炉中并聚拢成硅粉堆，将步骤s5得到的生坯埋入硅粉堆，往烧结炉中通入氩气作为烧成的保护气氛，烧成温度为1700～1850℃；

9、s7、保温；烧成结束后进行保温，保温时间为5～8h。

10、作为优选，所述碳化硅微粉的纯度≥99％，粒径为3～100μm，其中，中位径为4μm的占碳化硅微粉总量的30％，中位径为50μm的占碳化硅微粉总量的40％，中位径为80μm的占碳化硅微粉总量的30％。

11、作为优选，所述石墨的碳含量≥90％，中位径为2～5μm。

12、作为优选，所述炭黑的中位径为1～3μm。

13、作为优选，所述六硼化硅粉的纯度≥98％，中位径为0.5～1μm。

14、作为优选，所述碳化钽晶须的纯度≥98％，直径为0.3～0.6μm，长径比＞10。

15、作为优选，所述二硫化钼粉的纯度≥99％，中位径为0.5～1μm。

16、作为优选，所述粘结剂为羟丙基甲基纤维素。

17、作为优选，所述分散剂为聚乙烯基吡咯烷酮。

18、本发明还公开了一种高抗热震性反应烧结碳化硅陶瓷，由上述制备方法获得的反应烧结碳化硅陶瓷的游离硅含量显著降低，其游离硅含量＜5％。

19、采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：

20、1、在高温烧成过程中，金属硅粉与二硫化钼原位反应生成二硅化钼，一方面，二硅化钼具有优异的高温抗氧化性和抗热震性；另一方面，降低生坯中的游离硅含量，有利于提高反应烧结碳化硅陶瓷的密度和抗热震性；

21、2、添加的碳化钽晶须，一方面，对烧结过程的碳化硅陶瓷晶粒长大具有抑制作用，有利于获得细晶结构，提高陶瓷强度；另一方面，晶须增韧能够有效避免反应烧结碳化硅陶瓷在急冷急热条件的灾难性断裂；

22、3、添加的六硼化硅粉，一方面，对陶瓷具有促进烧结作用；另一方面，在热冲击下具有很高的强度和稳定性，能够显著提高反应烧结碳化硅陶瓷的抗热震性；

23、4、在二硫化钼粉、碳化钽晶须、六硼化硅粉的协同作用下，反应烧结碳化硅陶瓷的游离硅含量降低到5％以下，抗热震性（1400℃，空冷）循环无开裂次数达到20次以上。

技术特征：

1.一种高抗热震性反应烧结碳化硅陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述碳化硅微粉的纯度≥99％，粒径为3～100μm，其中，中位径为4μm的占碳化硅微粉总量的30％，中位径为50μm的占碳化硅微粉总量的40％，中位径为80μm的占碳化硅微粉总量的30％。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述石墨的碳含量≥90％，中位径为2～5μm。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述炭黑的中位径为1～3μm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述六硼化硅粉的纯度≥98％，中位径为0.5～1μm。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述碳化钽晶须的纯度≥98％，直径为0.3～0.6μm，长径比＞10。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述二硫化钼粉的纯度≥99％，中位径为0.5～1μm。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述粘结剂为羟丙基甲基纤维素。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述分散剂为聚乙烯基吡咯烷酮。

10.基于权利要求1至9中任一项所述的制备方法得到的高抗热震性反应烧结碳化硅陶瓷，其特征在于：所述高抗热震性反应烧结碳化硅陶瓷的游离硅含量＜5％。

技术总结本发明涉及碳化硅陶瓷技术领域，尤其涉及一种高抗热震性反应烧结碳化硅陶瓷及其制备方法，包括如下步骤：S1、将碳化硅微粉、炭黑、六硼化硅粉、碳化钽晶须、二硫化钼粉、水、粘结剂、分散剂搅拌均匀，获得混合泥料；S2、将混合泥料进行练泥；S3、练泥后将泥料密封陈腐；S4、将陈腐后的泥料装入真空挤出机，挤出成型得到生坯；S5、将生坯放入干燥设备中烘干；S6、生坯与金属硅粉充分接触，往烧结炉中通入氩气进行烧成；S7、保温。在高温烧成过程中，金属硅粉与二硫化钼原位反应生成二硅化钼，一方面，二硅化钼具有优异的高温抗氧化性和抗热震性；另一方面，降低生坯中的游离硅含量，有利于提高反应烧结碳化硅陶瓷的密度和抗热震性。技术研发人员：董希茂,孙瑞明,王刚受保护的技术使用者：山东尚美新材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11