[发明专利]凝胶注模成型大尺寸复杂形状碳化硅陶瓷素坯的干燥工艺

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷干燥技术领域，具体涉及凝胶注模成型大尺寸复杂形状碳化硅陶瓷素坯的干燥工艺。 

背景技术

凝胶注模成型（gel-casting）技术是由美国橡树岭国家实验室的M.A.Jenny和O.O.Omatete教授等人发明的继注浆成型、注射成型之后的又一种新型的近净尺寸成型工艺。采用该方法能够获得性能优异的陶瓷湿坯，但在制备大尺寸复杂结构陶瓷坯体过程中，由于坯体含水量较大（体积比一般达到30-50%）、尺寸大、形状复杂，因此增加了后期湿坯的干燥难度，往往由于干燥过快或干燥不均匀，造成干坯中存在较多缺陷，影响最终烧结体的性能。 

陶瓷工业的干燥方法主要经历了自然干燥、室式烘房干燥到现在各种热源的连续式干燥器、远红外干燥器、太阳能干燥器和微波干燥技术。但现有陶瓷湿坯干燥过程中，水分都是从坯体表面蒸发，对于整体厚度高（100-400mm）、厚壁（10-15mm）、复杂结构湿坯而言，容易在厚度方向产生较大的水分溶度梯度差，从而引起坯体各部分的不一致收缩，造成坯体内部存在应力，出现开裂、变形等缺陷。因此已有干燥工艺无法满足凝胶注模成型大尺寸复杂形状坯体的干燥要求，目前还未见此类湿坯无缺陷干燥技术方面的报道。 

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的陶瓷湿坯干燥工艺存在坯体容易开裂、变形等缺陷，而提供凝胶注模成型大尺寸复杂形状碳化硅陶瓷素坯的干燥工艺，采用该工艺可获得口径1.5m量级无缺陷SiC陶瓷干坯。 

本发明提供凝胶注模成型大尺寸复杂形状碳化硅陶瓷素坯的干燥工艺，包括如下步骤： 

步骤一：干燥溶液配制：将干燥溶液的液体与去离子水混合，然后加入增塑剂，得到不同浓度的干燥溶液，所述的干燥溶液的液体为无水乙醇； 

步骤二：坯体收缩：将SiC湿坯放入干燥槽，在SiC湿坯和干燥槽底面之间放置一层介质，分别向干燥槽中加入步骤一得到不同浓度的干燥溶液，进行浸泡，得到收缩后的SiC坯体； 

步骤三：干燥液去除：将步骤二得到的收缩后的SiC坯体放入干燥炉内，升温、保温、降温，当炉体温度恢复至室温时，取出坯体，即完成了凝胶注模成型大尺寸复杂形状碳化硅陶瓷素坯的干燥工艺。 

优选的是，所述步骤一的增塑剂为丙三醇（甘油）。 

优选的是，所述的丙三醇的加入量为干燥溶液体积的3-5%。 

优选的是，所述步骤二的中的一层介质为长绒毛地毯。 

优选的是，所述的步骤三中升温速率设置为5-10℃/h，最高温度设置为110℃，降温速率设置为10-15℃/h。 

发明原理 

本发明的凝胶注模成型大尺寸复杂形状碳化硅陶瓷素坯的干燥工艺，是通过凝胶体有机分子的凝胶化来固定陶瓷颗粒，从而达到成型的目的，本发明采用两步干燥工艺技术，第一步采用液体干燥，第二步采用升温加热干燥工艺，本发明采用乙醇作为干燥溶液的液体，因为乙醇具有较低的沸点、较高饱和增气压及较小表面张力，当坯体在空气中干燥时，低沸点、高饱和蒸汽压能够保证坯体中剩余的干燥液在较低的温度下排出，同时较小的表面张力能够保证坯体在加热升温干燥阶段具有较小的收缩率；而且本发明的凝胶体系形成的高分子三维网状聚合物不溶于该干燥溶液，保证干燥过程不破坏其结构；当湿坯浸入该液体中时，能够形成水分的浓度梯度，促使水分子的定向移动；同时该液体能够促使高分子聚合物收缩，挤出网络中的水分子，最后加热升温排出该液体，即可达到干燥的目的。 

本发明的有益效果 

本发明的凝胶注模成型大尺寸复杂形状碳化硅陶瓷素坯的干燥工艺，首先将干燥溶液的液体乙醇与去离子水配制成不同浓度的干燥溶液，本发明采用乙醇作为干燥溶液的液体，对人体无害，易运输和保存；然后将SiC湿坯放入干 燥槽，在SiC湿坯和干燥槽底面之间放置一层介质，向干燥槽中加入不同浓度的干燥溶液进行浸泡，得到SiC坯体，将SiC坯体放入干燥炉内加热，当炉体温度恢复至室温时，取出坯体，即完成了凝胶注模成型大尺寸复杂形状碳化硅陶瓷素坯的干燥工艺，由于在干燥液中坯体基本完成收缩，因此加热过程仅完成干燥液与微量水分的蒸发，不存在坯体的收缩与尺寸变化。采用本发明的干燥工艺大大降低了大尺寸复杂形状SiC素坯的干燥难度，实现了采用凝胶注模成型工艺制备的1.5m量级SiC陶瓷素坯的无缺陷干燥。 

附图说明

图1为凝胶注模成型制备的口径1.52mSiC坯体结构的主视图； 

图2为凝胶注模成型制备的口径1.52mSiC坯体结构的剖视图；