[发明专利]低温常压烧结碳化硅复合陶瓷的制备方法、及其制得的碳化硅复合陶瓷制品和应用

说明书

本发明公开了一种低温常压烧结碳化硅复合陶瓷的制备方法、及其制得的碳化硅复合陶瓷制品和应用，涉及碳化硅复合陶瓷制备技术领域。碳化硅复合陶瓷的制备方法包括以下步骤：将混合原料浆料经中低压注浆成型、压滤脱水练泥挤出成型、喷雾干燥造粒得到的粉体进行干压成型或造粒粉体加水捏合后练泥挤出成型得到碳化硅复合陶瓷坯体，坯体经干燥脱水后，经低温常压烧结，得到碳化硅复合陶瓷；混合原料浆料是混合原料加水研磨后得到，混合原料包括如下组分：碳化硅、氧化铝、锆英粉、粘土、烧结助剂、添加剂。本发明制得的陶瓷具有高强度、高硬度和高抗热冲击的优点，可广泛应用于机械、化工领域，工艺简单、成本低，自动化程度高，易于实现工业化生产。

技术领域

本发明涉及低温常压烧结碳化硅复合陶瓷制备技术领域，具体而言，涉及一种低温常压烧结碳化硅复合陶瓷的制备方法、其制得的碳化硅复合陶瓷制品及其在化工陶瓷泵、耐高温耐磨耐腐蚀化工管道、耐高温耐磨气粉机陶瓷内村等装置构件应用。

背景技术

碳化硅陶瓷具有高温强度大、硬度高、化学稳定性好、高热导率等优良性能，在机械、化工、能源等领域得到了大量应用。但碳化硅作为一种典型的共价键结合的陶瓷材料很难烧结，使碳化硅陶瓷的生产成本高昂，较大程度的制约了碳化硅陶瓷的规模化应用。

在不同的领域中应用的碳化硅陶瓷材料对性能有不同的要求，需要不同的制备方法。目前，碳化硅陶瓷的制备方法可分为：反应烧结、常压烧结和热压烧结碳化硅等几大类。反应烧结法也称自结合法或渗硅法，它是用α-SiC和石墨粉按一定比例混合制成坯体，加热到1650℃左右，通过液相或气相将Si渗入坯体，使之与石墨反应生成β-SiC，同时把原先的α-SiC颗粒结合起来，来达到致密化，但反应烧结的产品中有8-10％左右的游离硅，不耐强碱和氢氟酸，不能应用在强酸强碱的化工生产环境中。热压烧结，将SiC粉末加入添加剂，置于石墨模具中，在1950℃和200MPa以上压力下进行烧结，从而获得理论密度的碳化硅制品。从性能上来看，热压烧结的碳化硅陶瓷具有很高的烧结密度、抗弯强度和断裂韧性。但是热压烧结的过程中必须对素坯进行包封，因此无法批量生产，限制了其在工业化生产中的应用。因此，在体系中添加烧结助剂并在常压下烧结的方法就成为了最有希望的制备高性能碳化硅陶瓷的工业生产方法。

根据烧结助剂在烧结过程中的状态，常压烧结还可以分为固相烧结和液相烧结。固相烧结通常在体系中加入适量的碳化硼和碳，而液相烧结则加入适量的助熔剂而在烧结时呈液态。相对而言，液相常压烧结方法具有更低的烧结温度，可在常压下实现碳化硅陶瓷的致密化烧结，适用于不同形状、复杂结构制品的烧结，是一种成本较低、容易实现批量化工业生产的烧结方法。由于碳化硅陶瓷在烧结时扩散速率较低，因此常压烧结对粉体的要求较为严格，大多采用粒径D50约为0.5μm、粒度分布较为均匀的超细粉体进行烧结，才能实现碳化硅陶瓷的烧结致密化。但超细粉体制备成本高，且随着比表面积的增大，在处理时极易氧化，因此要对粗颗粒和细颗粒碳化硅粉体组分予以控制。

市场调查，国内渣浆泵的过流部件的制造基本上都采用金属材料。金属泵由于其主要成分为有色金属，价格高昂，并且在稀硫酸、含氯离子等卤族元素的强氧化介质中同样发生腐蚀，不能满足工况条件的需要，使用寿命也很短；氟塑料、高分子量的聚乙烯等工程塑料材料尽管有优异的耐腐蚀性能，但材料本身机械强度不高，一般是和金属材料进行复合作用，由于此类材料和金属材料的热膨胀系数不一样，在温度比较高的介质中会造成塑料和金属材料的剥离，从而也会使泵零件损坏，因此限制了此材料的使用温度，并且塑料材料本身较软，不能用于含固体颗粒物较多的介质使用，此材料一般为模压成型，高昂的模具费用也限制了此材料用于大泵的制造。(金属材料耐磨但不耐腐蚀，橡胶材料耐腐蚀但不耐磨)。另一方面，传统的化工陶瓷材料由于热稳定性差，工作震动、在介质较高温度的工况下开车、停车启动时容易开裂渗漏，泵机使用寿命有限。

由于碳化硅陶瓷材料的特性，因此，所期望的是提供一种低成本、可大规模工业化生产且高性能的低温烧结碳化硅复合陶瓷生产工艺，能够解决上述问题中的至少一个。有鉴于此，特提出本发明。

发明内容