技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及到非氧化物陶瓷噴霧造粒的方法,特別涉及到碳化物陶瓷的噴霧造粒方法。
背景技術(shù)
[0002] 非氧化物陶瓷(如碳化物、氮化物)是先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷中的一大類重要陶瓷,其性能優(yōu)越,尤其是在特種領(lǐng)域具有著極其重要的作用,并且在未來高技術(shù)領(lǐng)域?qū)缪葜又匾慕巧?。尤其是碳化物陶瓷,如碳化硼,碳化硅,碳化鎢,碳化鉻等,以其高硬度、耐磨及耐化學(xué)腐蝕,受到越來越廣泛的關(guān)注,在磨具、各種耐腐蝕用容器及管道、以及機械工業(yè)軸承、切削刀具和機械密封部件得到應(yīng)用。
[0003] 這類陶瓷以共價鍵為主,結(jié)合強度很高,不易制備,或其高性能產(chǎn)品的制備需要花費高昂的成本,不利于規(guī)?;a(chǎn)。作為高性能陶瓷生產(chǎn)過程中的重要一環(huán),成型受到極大地關(guān)注。優(yōu)良的成型工藝,可獲得高致密而且均勻的陶瓷素坯,有利于獲得高性能、大尺寸的陶瓷制品。而噴霧造??蔀閮?yōu)異的成型工藝奠定良好的基礎(chǔ)。
[0004] 專利號為20110312447.9的中國專利公開了碳化硼粉體的噴霧干燥造粒方法,包括如下步驟:將各原料按照以下重量百分比的比例配置:碳化硼微粉30-69%,碳粉0.5-15%,碳化硅粉0-15%,分散劑0-8%,粘結(jié)劑0.1-10%,消泡劑0-10%,水30-69%,然后置入球磨機內(nèi);控制球磨混料時間、球磨機轉(zhuǎn)速、球料,制得適于噴霧有干燥造粒的漿料;將漿料直接噴入噴霧干燥造粒機中,通過控制漿料進(jìn)口、出口溫度以及壓力或離心轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速,使碳化硼漿料干燥成為碳化硼造粒料。本發(fā)明的噴霧干燥方法具有產(chǎn)量高、成本低、造粒料成型性能好等特點,所制碳化硼造粒料適宜制備高性能的常壓燒結(jié)碳化硼陶瓷。 發(fā)明內(nèi)容
[0005] 本發(fā)明提供了一種具有產(chǎn)量高,造粒成型性好的陶瓷噴霧干燥方法,工藝簡單,有利于后續(xù)高密度素坯的獲得及致密陶瓷的制備。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是: 步驟一,配料:將非氧化物材料粉體、碳粉、分散劑、粘結(jié)劑和水按以下質(zhì)量百分比配料:非氧化物粉體35%-65%,碳粉0-3%,分散劑0-4%,粘結(jié)劑0.05-4.5%,去離子水30-60%%;步驟二,采用球磨、高速攪拌或超聲分散的方式將步驟一中的原料制成穩(wěn)定的陶瓷漿料,得到的漿料的粘度不大于5dpa.s;
步驟三,噴霧干燥造粒,將步驟二中制備的漿料通過蠕動泵控制進(jìn)料速度加入噴霧干燥造粒機中,通過控制漿料進(jìn)口、出口溫度以及壓力,制得碳化硼造粒料;
所述非氧化物陶瓷為碳化物陶瓷和氮化物陶瓷;
進(jìn)一步地,所述碳化物陶瓷包括碳化硅、碳化硼、碳化鈦、碳化鎢、碳化鉻陶瓷,氮化物陶瓷包括氮化硅、氮化鋁、氮化硼陶瓷;
更進(jìn)一步地,步驟一中所用粘結(jié)劑為異丁烯類聚合物、酚醛樹脂和聚乙烯醇縮丁醛,異丁烯類聚合物的分子量不低于5500;
步驟一中的燒結(jié)助劑為碳粉,鎳粉,鐵粉,碳化硅,鋁粉,二氧化硅粉,氧化鎂粉或者氧化釔粉;
所述步驟一中非氧化物粉體粒徑 D50不大于40μm。
[0006] 該方法中,將非氧化物陶瓷粉體與燒結(jié)助劑、粘結(jié)劑、分散劑等通過高速攪拌分散、超聲或球磨混合,配制成流動性良好的均一漿料,然后通過物料泵直接通入離心噴霧造粒機或壓力式噴霧塔內(nèi),通過控制進(jìn)出口溫度等工藝參數(shù)獲得噴霧造粒料。[0007] 本發(fā)明中,所采用的陶瓷(碳化硼、碳化硅等)粉體粒徑 D50不大于40μm,純度≥99.0%。采用加入少量碳粉,鎳粉,鐵粉,碳化硅,鋁粉,二氧化硅粉,氧化鎂粉或者氧化釔粉作為燒結(jié)助劑,其加入量為0-3%。粘結(jié)劑主要是異丁烯類聚合物、酚醛樹脂和聚乙烯醇縮丁醛。分散劑0-4%,粘結(jié)劑0.05-4.5%,去離子水30-60%。采用異丁烯類聚合物作為粘結(jié)劑時,漿料粘度相對較低,與適當(dāng)分散劑(磷酸鋁,四甲基氫氧化銨)配合,獲得的可用于噴霧造粒漿料固含量可達(dá)到65wt%。
附圖說明
[0008] 圖1 本發(fā)明中的造粒料的光學(xué)顯微鏡圖像圖2 本發(fā)明中的熱壓B4C陶瓷顯微結(jié)構(gòu)
具體實施方式
[0009] 下列實施例中采用的市售原料,噴霧造粒為行業(yè)常規(guī)設(shè)備。下面將通過實施例進(jìn)一步描述本發(fā)明,但不僅僅局限于實施例。
[0010] 實施例1:將碳化鈦粉850g(D50=1.0μm),鐵粉20g,鋁粉28.57g,異丁烯類聚合物(分子量為
5500)48.57g,去離子水1457.14g,四甲基氫氧化銨24.29g,放入球磨罐內(nèi),球磨8小時,得到PH=9-10,粘度不大于6dpa.s的漿料。將漿料經(jīng)蠕動泵送入到噴霧干燥造粒機的離心轉(zhuǎn)盤,離心轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為9600rpm,進(jìn)風(fēng)口溫度為230oC,出風(fēng)口溫度為140oC。冷卻后收集造粒料,過80目篩網(wǎng),得到含水率為1.13%的造粒料。
[0011] 將造粒料充入模具中,經(jīng)180MPa等靜壓成型,得到Φ60mm×6mm的樣品,密度為3
2.95g/cm。放入熱壓模具,放入碳管爐內(nèi),于1380oC,氬氣氣氛下燒結(jié)半小時,得到的碳化
3
鈦燒結(jié)體密度為4.86g/cm。
[0012] 實施例2:將碳化鎢粉4900g(D50=3.37μm),碳粉75.38 g,磷酸鋁150.77 g,聚乙烯醇丁醛50g,聚乙二醇50g,聚丙烯酸50.77g,去離子水2261.54g,高速攪拌分散2小時。將漿料經(jīng)蠕動泵送入到噴霧干燥造粒機的離心轉(zhuǎn)盤,離心轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為6400rpm,進(jìn)風(fēng)口溫度為230oC,出風(fēng)口溫度為130oC。冷卻后收集造粒料,過80目篩網(wǎng),得到含水率為1.2%的造粒料。
[0013] 將造粒料充入模具中,經(jīng)120MPa壓力成型,得到30mm×30mm×6mm的樣品,密度為3
9.07g/cm。放入碳管爐內(nèi),于1350oC,100MPa,熱壓燒結(jié)1小時。燒結(jié)制品密度為15.52g/
3
cm。
[0014] 實施例3:將碳化硼粉1000g(D50=0.8μm),鎳粉33.33g,聚乙烯醇20g,聚乙二醇26g,聚丙烯酸
26.67g,磷酸鋁66.67g,去離子水500g,高速攪拌分散5小時,粘度不大于5dpa.s的漿料。
將漿料經(jīng)蠕動泵送入到壓力式噴霧干燥塔內(nèi),噴霧壓力為2.0MPa,進(jìn)風(fēng)口溫度為230oC,出風(fēng)口溫度為130oC。冷卻后收集造粒料,過80目篩網(wǎng),得到含水率為0.97%的球形造粒料。
[0015] 將造粒料充入模具中,經(jīng)250MPa等靜壓成型,得到60mm×60mm×6mm的樣品,密度3
為1.42g/cm。放入熱壓模具,放入碳管爐內(nèi),于1925oC,25MPa,熱壓燒結(jié)1小時。燒結(jié)制
3
品密度為2.49g/cm,硬度3252HV0.3。
[0016] 實施例4:將碳化鉻粉940g(D50=15μm),異丁烯類聚合物56.4 g ,磷酸鋁37.6g,去離子水
846g,放入球磨罐內(nèi)球磨5小時。將漿料經(jīng)蠕動泵送入到壓力式噴霧干燥塔內(nèi),噴霧壓力為
1.0MPa,進(jìn)風(fēng)口溫度為260oC,出風(fēng)口溫度為140oC。冷卻后收集造粒料,過80目篩網(wǎng),得到含水率為1.12%的球形造粒料。
[0017] 將造粒料充入模具中,經(jīng)180MPa等靜壓成型,得到Φ60mm×6mm的樣品,密度為3 3
3.79g/cm。放入碳管爐內(nèi),于1450oC,氬氣氣氛下燒結(jié)半小時,燒結(jié)制品密度為6.70g/cm。 [0018] 實施例5:
將氮化硼粉960g(D50=1.5μm),SiO2粉末(D50=1μm)52.36g,異丁烯類聚合物(分子量為5500)0.87g,去離子水749.67g,高速攪拌分散3小時,粘度不大于5.5dpa.s的漿料。
將漿料經(jīng)蠕動泵送入到壓力式噴霧干燥塔內(nèi),噴霧壓力為1.0MPa,進(jìn)風(fēng)口溫度為260oC,出風(fēng)口溫度為140oC。冷卻后收集造粒料,過80目篩網(wǎng),得到含水率為1.09%的球形造粒料。
[0019] 將造粒料充入模具中,經(jīng)250MPa等靜壓成型,得到60mm×60mm×6mm的樣品,密度3
為1.41g/cm。放入熱壓模具內(nèi),于碳管爐中,N2氣氛下, 1750oC,35MPa,熱壓燒結(jié)1小時。
3
燒結(jié)制品密度為 2.18 g/cm。
[0020] 實施例6:將碳化硅粉960g(D50=0.45μm),酚醛樹脂22.73g,B4C微粉10g,聚乙烯醇12.73g,正丁醇20g,去離子水1090.91g,采用超聲輔助實驗室攪拌器分散,攪拌轉(zhuǎn)速600rpm,分散5小時,獲得均勻分散的SiC漿料。漿料經(jīng)蠕動泵送入到壓力式噴霧干燥塔內(nèi),噴霧壓力為
1.5MPa,進(jìn)風(fēng)口溫度為260oC,出風(fēng)口溫度為130oC。冷卻后收集造粒料,過60目篩網(wǎng),得到含水率為0.92%的造粒料。
[0021] 將造粒料充入金屬模具中,經(jīng)30MPa壓力成型,然后在180MPa壓力下等靜壓成型,3
得到素坯密度為2.03g/cm。真空爐內(nèi)2050oC燒制1.5小時,得到的SiC燒結(jié)體密度為
3
3.20g/cm,三點抗彎強度為446MPa。
[0022] 實施例7:將氮化硅粉980g(D50=0.6μm),MgO粉53.26g,PVA30g,正丁醇23.26g,,磷酸鋁,63.91g,去離子水980g,采用超聲輔助實驗室攪拌器分散,攪拌轉(zhuǎn)速600rpm,分散2小時,獲得均勻分散的氮化硅漿料。漿料經(jīng)蠕動泵送入到壓力式噴霧干燥塔內(nèi),噴霧壓力為
1.0MPa,進(jìn)風(fēng)口溫度為260oC,出風(fēng)口溫度為150oC。冷卻后收集造粒料,過60目篩網(wǎng),得到含水率為1.03%的造粒料。
[0023] 將造粒料充入金屬模具中,經(jīng)30MPa壓力成型,然后在180MPa壓力下等靜壓成型,3
得到素坯密度為1.82g/cm。0.1MPa N2氣壓力下,1750oC燒制1小時,得到的氮化硅燒結(jié)
3
體密度為 3.06g/cm,三點抗彎強度為470MPa。
[0024] 實施例8:將氮化鋁粉990g(D50=1.0μm),Y2O3粉末44g,聚乙二醇99g,磷酸鋁77g,去離子水
990g,高速攪拌分散2小時,粘度不大于5.6dpa.s的漿料。將漿料經(jīng)蠕動泵送入到壓力式噴霧干燥塔內(nèi),噴霧壓力為1.0MPa,進(jìn)風(fēng)口溫度為260oC,出風(fēng)口溫度為150oC。冷卻后收集造粒料,過80目篩網(wǎng),得到含水率為1.10%的球形造粒料。
[0025] 將造粒料充入模具中,經(jīng)250MPa等靜壓成型,得到60mm×60mm×6mm的樣品,密度3
為1.84g/cm。放入碳管爐內(nèi),于1800oC,氬氣氣氛下燒結(jié)1小時,燒結(jié)制品密度為3.12g/
3
cm。
[0026] 實施例9:將氮化鋁粉990g(D50=1.0μm),Y2O3粉末44g,異丁烯類聚合物(分子量為90000)99g,磷酸鋁77g,去離子水990g,高速攪拌分散2小時,粘度不大于5.6dpa.s的漿料。將漿料經(jīng)蠕動泵送入到壓力式噴霧干燥塔內(nèi),噴霧壓力為1.0MPa,進(jìn)風(fēng)口溫度為260oC,出風(fēng)口溫度為150oC。冷卻后收集造粒料,過80目篩網(wǎng),得到含水率為1.10%的球形造粒料。
[0027] 將造粒料充入模具中,經(jīng)250MPa等靜壓成型,得到60mm×60mm×6mm的樣品。 [0028] 實施例10將碳化鎢粉4900g(D50=3.37μm),碳粉75.38 g,磷酸鋁150.77 g,異丁烯類聚合物(分子量為160000)150.77g,去離子水2261.54g,高速攪拌分散2小時。將漿料經(jīng)蠕動泵送入到噴霧干燥造粒機的離心轉(zhuǎn)盤,離心轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為6400rpm,進(jìn)風(fēng)口溫度為230oC,出風(fēng)口溫度為130oC。冷卻后收集造粒料,過80目篩網(wǎng),得到含水率為1.2%的造粒料。
[0029] 將造粒料充入模具中,經(jīng)120MPa壓力成型,得到30mm×30mm×6mm的樣品。
專利標(biāo)題: 非氧化物陶瓷粉體的噴霧造粒方法
專利標(biāo)題(英):Spray granulation method of non-oxide ceramic powder
申請?zhí)枺篊N201310042714.4 申請日:2013-02-04
公開(公告)號:CN103172380A 公開(公告)日:2013-06-26
發(fā)明人 : 張福軍
申請人: 常熟華融太陽能新型材料科技有限公司
申請人地址: 江蘇省蘇州市常熟市東南經(jīng)濟開發(fā)區(qū)金都路8號
專利權(quán)人: 常熟華融太陽能新型材料科技有限公司
當(dāng)前專利權(quán)人: 常熟佳合高級陶瓷材料有限公司
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