專利名稱：一種高致密碳化硅陶瓷球及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陶瓷球及其制備方法，具體涉及一種高致密碳化硅陶瓷球及其制備方法。
背景技術(shù)：
碳化硅陶瓷具有高強(qiáng)度，低蠕變性，耐摩擦磨損，耐腐蝕性及良好的抗氧化性，并且其優(yōu)異的機(jī)械性能，較低的熱膨脹系數(shù)和較高的熱傳導(dǎo)系數(shù)決定了碳化硅陶瓷的抗熱震性能非常好?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn)，碳化硅陶瓷球作為研磨球和陶瓷軸承、球閥的關(guān)鍵零部件在高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、抗沖擊等苛刻工況中有著廣泛的應(yīng)用前景。碳化硅陶瓷球現(xiàn)有技術(shù)中的成球方法主要有以下幾種
(1)擠壓法粉料經(jīng)球磨、壓濾、練泥、擠壓、切割、成型后燒結(jié)得到陶瓷球，該方法成型過(guò)程工序多，且球形控制差，需要后期研磨得到要求尺寸。(2)濕袋法冷等靜壓將粉料填入到內(nèi)腔為球形的橡膠模中，密封后放入冷等靜壓工作腔內(nèi)，通過(guò)超高壓液體介質(zhì)向橡膠模四周均等加壓，卸壓后缸外脫模。該方法成型的陶瓷球密度高且均勻，但整個(gè)加壓及卸壓過(guò)程緩慢，一般要在10分鐘以上，自動(dòng)化程度低，需要人工裝模脫模，形狀受人為因素影響較大。(3)干袋法冷等靜壓是目前最先進(jìn)的成型方法，自動(dòng)化程度高，受人為影響因素小。對(duì)粉體成型性能要求高，必須是經(jīng)過(guò)噴霧造粒的粉料。生產(chǎn)靈活性較差，生產(chǎn)不同規(guī)格的產(chǎn)品，必須更換整套模具，甚至連同等靜壓室也要一起更換。比較適合壓制直徑大于15 的產(chǎn)品。(4)熱壓燒結(jié)法將混合均勻的粉料(含燒結(jié)助劑和粘結(jié)劑)裝入模具，在高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)進(jìn)行熱壓燒結(jié)。缺點(diǎn)是每爐燒結(jié)的產(chǎn)品數(shù)量少，且模具不能多次使用。(5)熱等靜壓燒結(jié)法雖然熱等靜壓燒結(jié)的陶瓷球密度高，球形好，但相比于其他制備方法，成本過(guò)高，效率低，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。因此，有必要尋找一種高致密碳化硅陶瓷球的制備方法，降低生產(chǎn)成本，可大批量生產(chǎn)，以利于碳化硅陶瓷球的推廣使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高致密碳化硅陶瓷球，并公開(kāi)了其制備方法，該方法工藝安全，成本低，成球密度高，尺寸易于控制，球形好，易于大批量生產(chǎn)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種高致密碳化硅陶瓷球，以重量百分比計(jì)，它是由以下原料經(jīng)混料、噴霧造粒、制種、 成球、燒結(jié)步驟而制成
主料碳化硅細(xì)粉85 % 95%、高殘?zhí)挤尤?shù)脂4% 10%、燒結(jié)助劑1% 5%，所述燒結(jié)助劑為B、C、B4C, Al2O3和AO3中的至少一種；
輔料粘結(jié)劑、分散劑，其用量依次為主料重量的1% 10%、0. 5% 3%，所述粘結(jié)劑為聚乙烯醇、糊精和羧甲基纖維素中的至少一種；所述分散劑為聚乙二醇、四甲基氫氧化銨、 磷鋁酸鹽、聚丙烯酸中的至少一種。所述碳化硅細(xì)粉為a相，中值粒徑(D50)為0. 5um，純度大于98%。所述高致密碳化硅陶瓷球的制備方法，包括以下步驟
(1)混料以85% 95%的碳化硅細(xì)粉，4% 10%的高殘?zhí)挤尤?shù)脂和1% 5%的燒結(jié)助劑為主要組成原料，將其放入去離子水中，再依次加入粘結(jié)劑和分散劑，以球磨混合 12 M小時(shí)后，經(jīng)80 200目篩網(wǎng)過(guò)濾后得到均勻料漿，上述粘結(jié)劑、分散劑的重量分別為主原料的1% 10%、0. 5% 3% ；
(2)噴霧造粒對(duì)上述料漿進(jìn)行干燥，過(guò)100 200目篩，得碳化硅的復(fù)合造粒粉；
(3)制種取F50mmX15mm的碳化硅陶瓷素坯，對(duì)其破碎后過(guò)40 100目篩即得成球用的種子；
(4)成球?qū)⒎N子放入成球機(jī)中，開(kāi)啟成球機(jī)，調(diào)整成球機(jī)轉(zhuǎn)速和角度，連續(xù)向機(jī)內(nèi)噴水和加入造粒粉，循環(huán)滾動(dòng)，重復(fù)此操作過(guò)程，直至陶瓷球長(zhǎng)到所需尺寸為止；
(5)燒結(jié)將碳化硅陶瓷球坯放入真空燒結(jié)爐中，抽真空后升溫?zé)Y(jié)，氬氣保護(hù)，升溫速率為3 30°C/min，升溫至1820 2280°C，再保溫120 240分鐘，自然降溫后即得高致密碳化硅陶瓷球。在所述步驟(2)中，以噴霧干燥機(jī)對(duì)所得料漿進(jìn)行干燥，設(shè)定熱風(fēng)進(jìn)口溫度為 160 300°C，出口溫度為60 200°C，料漿流量為10 100 kg /h，霧化器調(diào)速10 30Hz。在所述步驟(4)中，成球機(jī)轉(zhuǎn)速和角度與球的尺寸成正比，轉(zhuǎn)速20 50r/min，角度10 80°。在所述步驟(4)中，所述碳化硅陶瓷素坯是經(jīng)200T四柱壓機(jī)下壓制而成。所述碳化硅細(xì)粉為a相，中值粒徑為0. 5um,純度大于98%。本發(fā)明具有積極有益的效果
⑴本發(fā)明碳化硅陶瓷球密度大，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；
(2)本發(fā)明制備工藝能夠滿足多規(guī)格粒徑的碳化硅陶瓷球的制備，范圍廣，從lmm-50mm 均能生產(chǎn)；
⑶本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，一次性投資少，擴(kuò)產(chǎn)容易。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。下述實(shí)施例中的方法或步驟，如無(wú)特別說(shuō)明，均為常規(guī)方法或步驟；所用原料及試劑無(wú)特別說(shuō)明，均為市售。實(shí)施例1 一種高致密碳化硅陶瓷球的制備方法，將碳化硅細(xì)粉(a相，中值粒徑 0. 5um,純度大于98%)、高殘?zhí)挤尤?shù)脂和燒結(jié)助劑(Al2O3和^O3對(duì)半)按比例配制成主原料，各成分質(zhì)量百分比依次為85%碳化硅細(xì)粉，10%樹(shù)脂，5%燒結(jié)助劑，依次進(jìn)行以下步驟
1)混料將主原料放入去離子水中，依次加入粘結(jié)劑(聚乙烯醇)和分散劑(四甲基氫氧化銨)，球磨混合12小時(shí)后，經(jīng)100目篩網(wǎng)過(guò)濾后得到均勻料漿。上述粘結(jié)劑、分散劑的重量分別為主原料的1%、0. 5%。2)噴霧造粒使用噴霧干燥機(jī)對(duì)上述料漿進(jìn)行干燥，得到復(fù)合造粒粉。噴霧干燥機(jī)設(shè)定熱風(fēng)進(jìn)口溫度為160°C，出口溫度為60°C，料漿流量為10 kg /h，霧化器調(diào)速I(mǎi)OHz。造粒粉過(guò)100目篩。3)制種上述造粒粉經(jīng)200T四柱壓機(jī)壓制F50mmX 15mm的碳化硅陶瓷素坯，對(duì)其破碎后過(guò)80目篩得成球用種子。4)成球?qū)⒎N子放入成球機(jī)中，開(kāi)啟成球機(jī)，設(shè)定轉(zhuǎn)速25r/min，角度30°，連續(xù)向機(jī)內(nèi)噴水和加造粒粉，循環(huán)滾動(dòng)，重復(fù)此操作過(guò)程，得到直徑3mm的陶瓷球坯。5)燒結(jié)將碳化硅陶瓷球坯放入真空燒結(jié)爐中，抽真空后升溫?zé)Y(jié)，氬氣保護(hù)，升溫速率為5°C/min，升溫至1850°C，保溫120分鐘，自然冷卻降溫后得到碳化硅陶瓷球，密度為 3. 18g/cm3。實(shí)施例2 —種高致密碳化硅陶瓷球的制備方法，將碳化硅細(xì)粉、高殘?zhí)挤尤?shù)脂和燒結(jié)助劑按比例配制成主原料，各成分質(zhì)量百分比分別為碳化硅細(xì)粉90%，高殘?zhí)挤尤?shù)脂7%，燒結(jié)助劑(B4C) 3%，依次進(jìn)行以下步驟
1)混料將主原料放入去離子水中，依次加入粘結(jié)劑(羧甲基纖維素)和分散劑(聚丙烯醇)，球磨混合18小時(shí)后，經(jīng)140目篩網(wǎng)過(guò)濾后得到均勻料漿。上述粘結(jié)劑、分散劑的重量分別為主原料的5%、1. 5%。2)噴霧造粒使用噴霧干燥機(jī)對(duì)上述料漿進(jìn)行干燥，得到復(fù)合造粒粉。噴霧干燥機(jī)設(shè)定熱風(fēng)進(jìn)口溫度為210°C，出口溫度為100°C，料漿流量為40 kg /h，霧化器調(diào)速20Hz。 造粒粉過(guò)140目篩。3)制種成球用的種子經(jīng)200T四柱壓機(jī)壓制F50mmX 15mm的碳化硅陶瓷素坯，對(duì)其破碎后過(guò)60目篩所得。4)成球?qū)⒎N子放入成球機(jī)中，開(kāi)啟成球機(jī)，設(shè)定轉(zhuǎn)速40r/min，角度50°，連續(xù)向機(jī)內(nèi)噴水和加造粒粉。循環(huán)滾動(dòng)，重復(fù)此操作過(guò)程，得到直徑IOmm的陶瓷球坯。5)燒結(jié)將碳化硅陶瓷球坯放入真空燒結(jié)爐中，抽真空后升溫?zé)Y(jié)，氬氣保護(hù)，升溫速率為10°C/min，升溫至2000°C，保溫180分鐘，自然降溫后得到碳化硅陶瓷球，密度為 3. 15g/cm3。實(shí)施例3 —種高致密碳化硅陶瓷球的制備方法，將碳化硅細(xì)粉、高殘?zhí)挤尤?shù)脂和燒結(jié)助劑按比例配制成主原料，各成分質(zhì)量百分比分別為95%碳化硅細(xì)粉，4%樹(shù)脂，燒結(jié)助劑B 1%，依次進(jìn)行以下步驟
1)混料將主原料放入去離子水中，依次加入粘結(jié)劑(糊精)和分散劑(磷鋁酸鹽)，球磨混合M小時(shí)后，經(jīng)180目篩網(wǎng)過(guò)濾后得到均勻料漿。上述粘結(jié)劑、分散劑的重量分別為主原料的10%、3%。2)噴霧造粒使用噴霧干燥機(jī)對(duì)上述料漿進(jìn)行干燥，得到復(fù)合造粒粉。噴霧干燥機(jī)設(shè)定熱風(fēng)進(jìn)口溫度為260°C，出口溫度為110°C，料漿流量為80 kg /h，霧化器調(diào)速30Hz。 造粒粉過(guò)200目篩。3)制種成球用的種子經(jīng)200T四柱壓機(jī)壓制F50mmX 15mm的碳化硅陶瓷素坯，對(duì)其破碎后過(guò)100目篩所得。4)成球?qū)⒎N子放入成球機(jī)中，開(kāi)啟成球機(jī)，設(shè)定轉(zhuǎn)速50r/min，角度70°，連續(xù)向機(jī)內(nèi)噴水和加造粒粉。循環(huán)滾動(dòng)，重復(fù)此操作過(guò)程，得到直徑30mm的陶瓷球坯。5)燒結(jié)將碳化硅陶瓷球坯放入真空燒結(jié)爐中，抽真空后升溫?zé)Y(jié)，氬氣保護(hù)，升溫速率為20°C/min，升溫至2200°C，保溫240分鐘，自然降溫后得到碳化硅陶瓷球，密度為 3. 13g/cm3。 改變上述實(shí)施例中的各個(gè)具體的工藝參數(shù)，或者等同替換，可形成多個(gè)具體的實(shí)施例，均為本發(fā)明的常見(jiàn)變化范圍，在此不再一一詳述。
權(quán)利要求
1.一種高致密碳化硅陶瓷球，其特征在于，以重量百分比計(jì)，它是由以下原料經(jīng)混料、 噴霧造粒、制種、成球、燒結(jié)步驟而制成主料碳化硅細(xì)粉85 % 95%、高殘?zhí)挤尤?shù)脂4% 10%、燒結(jié)助劑1% 5%，所述燒結(jié)助劑為B、C、B4C, Al2O3和AO3中的至少一種；輔料粘結(jié)劑、分散劑，其用量依次為主料重量的1% 10%、0. 5% 3%，所述粘結(jié)劑為聚乙烯醇、糊精和羧甲基纖維素中的至少一種；所述分散劑為聚乙二醇、四甲基氫氧化銨、 磷鋁酸鹽、聚丙烯酸中的至少一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高致密碳化硅陶瓷球，其特征在于，所述碳化硅細(xì)粉為a相， 中值粒徑為0. 5um,純度大于98%。
3 權(quán)利要求1所述高致密碳化硅陶瓷球的制備方法，包括以下步驟(1)混料以85% 95%的碳化硅細(xì)粉，4% 10%的高殘?zhí)挤尤?shù)脂和1% 5%的燒結(jié)助劑為主要組成原料，加入去離子水，再依次加入粘結(jié)劑和分散劑，以球磨混合12 M小時(shí)后，經(jīng)80 200目篩網(wǎng)過(guò)濾后得到均勻料漿，且使其固含量達(dá)到50% 70%，上述粘結(jié)劑、 分散劑的重量分別為主原料的1% 10%、0. 5% 3% ；(2)噴霧造粒對(duì)上述料漿進(jìn)行干燥，過(guò)100 200目篩，得碳化硅的復(fù)合造粒粉；(3)制種取所述復(fù)合造粒粉壓制成碳化硅陶瓷素坯，對(duì)其破碎后過(guò)40 100目篩即得成球用的種子；(4)成球?qū)⒎N子放入成球機(jī)中，開(kāi)啟成球機(jī)，調(diào)整成球機(jī)轉(zhuǎn)速和角度，連續(xù)向機(jī)內(nèi)噴水和加入造粒粉，循環(huán)滾動(dòng)，重復(fù)此操作過(guò)程，直至陶瓷球長(zhǎng)到所需尺寸為止；(5)燒結(jié)將碳化硅陶瓷球坯放入真空燒結(jié)爐中，抽真空后升溫?zé)Y(jié)，氬氣保護(hù)，升溫速率為3 30°C/min，升溫至1820 2280°C，再保溫120 240分鐘，自然降溫后即得高致密碳化硅陶瓷球。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高致密碳化硅陶瓷球的制備方法，其特征在于，在所述步驟 (2)中，以噴霧干燥機(jī)對(duì)所得料漿進(jìn)行干燥，設(shè)定熱風(fēng)進(jìn)口溫度為160 300°C，出口溫度為 60 200°C，料漿流量為10 100 kg /h，霧化器調(diào)速10 30Hz。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高致密碳化硅陶瓷球的制備方法，其特征在于，在所述步驟 (4)中，成球機(jī)轉(zhuǎn)速和角度與球的尺寸成正比，轉(zhuǎn)速20 50r/min，角度10 80°。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高致密碳化硅陶瓷球的制備方法，其特征在于，在所述步驟 (4)中，所述碳化硅陶瓷素坯是經(jīng)200T四柱壓機(jī)下壓制而成。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高致密碳化硅陶瓷球的制備方法，其特征在于，所述碳化硅細(xì)粉為a相，中值粒徑為0. 5um,純度大于98%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高致密碳化硅陶瓷球及其制備方法。該陶瓷球是由以下原料經(jīng)混料、噴霧造粒、制種、成球、燒結(jié)步驟而制成主料碳化硅細(xì)粉85%～95%、高殘?zhí)挤尤?shù)脂4%～10%、燒結(jié)助劑1%～5%，以及主料重量1%～10%的粘結(jié)劑、主料重量0.5%～3%的分散劑，所述粘結(jié)劑為聚乙烯醇、糊精和羧甲基纖維素中的至少一種；所述分散劑為聚乙二醇、四甲基氫氧化銨、磷鋁酸鹽、聚丙烯酸中的至少一種。本發(fā)明具有積極有益的效果⑴本發(fā)明碳化硅陶瓷球密度大，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；⑵本發(fā)明制備工藝能夠滿足多規(guī)格粒徑的碳化硅陶瓷球的制備，范圍廣，從1mm～50mm均能生產(chǎn)；⑶本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，一次性投資少，擴(kuò)產(chǎn)容易。
文檔編號(hào)C04B35/622GK102311268SQ20111025182
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月30日
發(fā)明者姜維海, 宋賀臣, 路書(shū)芬, 辛玲, 郝玉輝 申請(qǐng)人:河南新大新材料股份有限公司