碳化硅陶瓷液相烧结预混造粒粉料的制备方法

摘要

本发明一种碳化硅陶瓷液相烧结预混造粒粉料的制备方法，其特征是：以水为溶剂，在碳化硅及经过钝化处理后的助烧结剂稀土氧化物和氮化铝粉料中，加入粘结剂、分散剂、润滑剂和增塑剂，搅拌混匀后喷雾造粒即得。本发明通过将碳化硅陶瓷液相烧结所用的助烧结剂钝化处理，使其可以在水中长时间保存，从而实现了碳化硅陶瓷液相烧结预混造粒粉料的制备可以在水溶剂中进行，克服了在醇溶剂中进行所带来的较高的制造成本和较高的危险性等缺陷。

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，特别是涉及一种碳化硅陶瓷液相烧结预混造粒粉料的制备方法。

背景技术

碳化硅陶瓷以AlN-Re₂O₃(Re为稀土元素)为烧结助剂系统的液相烧结法克服了固相烧结法的诸多缺陷，具有无高温分解反应，无须埋烧床，烧成体晶粒细小均匀，断裂面呈明显的沿晶断裂，力学性能高等优点。其压痕硬度可达到20GPa以上，韧性可达到6～8MPa.m^1/2，烧结温度降到1800～1900℃。但是，由于AlN的抗氧化性差，在大气中易吸潮、水解，在水中极易水化，发生反应：AlN+H₂O＝Al(OH)₃+NH₃，从而失去烧结活性。因此，液相烧结的碳化硅粉料的制备均在醇系溶剂中进行，这种方式成本较高，且在操作过程中危险性较大，易燃烧、爆炸。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种成本低，操作相对安全的在水系溶剂中进行，又不丧失烧结活性的碳化硅陶瓷液相烧结预混造粒粉料的制备方法。

本发明的技术方案为：

一种碳化硅陶瓷液相烧结预混造粒粉料的制备方法，其特征是：以水为溶剂，在碳化硅与经过钝化处理后的助烧结剂氮化铝和稀土氧化物粉料中，加入粘结剂、分散剂、润滑剂和增塑剂，搅拌混匀后喷雾造粒即得；

上述碳化硅为α-SiC和β-SiC中的一种或其混合；

上述稀土氧化物为镧系稀土氧化物或镧系混合稀土氧化物其用量为碳化硅重量的3％～30％，钝化方法是将其放入到马弗炉里，在1000～1200℃条件下保持1～3小时；

所述的稀土化合物为Re₂O₃、La₂O₃或Y₂O₃；

上述氮化铝的用量为碳化硅重量的2％～40％，其钝化方法为将氮化铝放入到乙醇溶剂中，然后加入四甲基硅烷，在酸性介质中进行表面修饰，真空抽去溶剂，100～120℃烘干一夜至绝干，马弗炉500～600℃，1～3小时钝化；

所述的粘结剂为聚乙烯醇或酚醛树脂，其用量为所述粉料重量的0.5％～5％；

所述的分散剂为氨水、聚甲基丙烯酸铵、四甲基氢氧化铵或聚乙烯亚胺，其用量为所述粉料重量的0.5％～2％；

所述的润滑剂为油酸、鱼油或石蜡烃，其用量为所述粉料重量的0.5％～2％；

所述的增塑剂为聚乙二醇或邻苯二甲酸二辛酯，其用量为所述粉料重量的0.5％～2％；

所述喷雾干燥过程控制进口温度控制在200～250℃，出口温度控制在70～130℃，流体压力控制在1～-0.1mPa。

本发明通过将碳化硅陶瓷液相烧结所用的助烧结剂钝化处理，使其可以在水中长时间保存，从而实现了碳化硅陶瓷液相烧结预混造粒粉料的制备可以在水溶剂中进行，克服了在醇溶剂中进行所带来的较高的制造成本和较高的危险性的缺陷。

本发明将钝化处理后的助烧结剂及碳化硅粉料进行预混，并通过喷雾造粒技术使粉体成为质量均匀的球形粉料，可以提高粉体的流动性、填充性、成型性能，用于制备复杂形状的碳化硅先进陶瓷部件。本发明的碳化硅液相预混粉料的流动性可达到：休止角：33.0°～34.0°；松装密度达到：0.88-0.92g/cm³；颗粒大小在50μm左右。

具体实施方式

1)原料：SiC采用β-SiC和α-SiC，单独一种或两种的混合粉料均可。助烧结剂选用纯度99.5％以上的AlN(北京钢铁研究总院产品)和稀土氧化物(包头稀土材料研究院产品)，其中氮化铝(AlN)的用量为碳化硅(SiC)重量的2～40％，稀土氧化物(Re₂O₃)用量为碳化硅重量的3～30％，稀土氧化物为镧系稀土氧化物或镧系混合稀土氧化物，如Re₂O₃、La₂O₃或Y₂O₃。

2)AlN的钝化：将AlN放入到乙醇溶剂中，然后加入四甲基硅烷，在酸性介质中进行表面修饰，真空抽去溶剂，100～120℃烘干一夜至绝干，马弗炉500～600℃条件下1～3小时钝化。

3)：稀土化合物的钝化：Re₂O₃、La₂O₃或Y₂O₃在马弗炉1000～1200℃条件下1～3小时钝化。

4)混合：如(1)所述比例的粉料中加入分散剂氨水0.5％～2％，润滑剂油酸0.5～2％，按照粉料与水1∶(1～1.5)比例在搅拌磨上混合一小时，后加入粘结剂聚乙烯醇(或酚醛树脂)0.5～5％、增塑剂聚乙二醇(或邻苯二甲酸二辛酯)0.5～2％，继续搅拌0.5小时，控制黏度低于200mpas。上述分散剂、润滑剂、粘结剂和增塑剂的用量均是以碳化硅、氮化铝和稀土化合物的混合粉料为基准添加的。

5)喷雾造粒：混合后的浆料进行喷雾造粒，进口温度控制在200～250℃，出口温度控制在70～130℃，流体压力控制在1～0.1mPa。

造粒后可得到流动性好，填充性好，颗粒大小在50μm左右的碳化硅液相烧结预混粉料。