專利名稱：碳化硅陶瓷素坯成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新的碳化硅陶瓷素坯成型方法，利用氮化鋁水解凝膠化的作用，在不影響陶瓷粉料原有性能的前提下制備碳化硅陶瓷素坯，屬于陶瓷成型技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
陶瓷成型是陶瓷制備工藝中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，陶瓷成型過(guò)程中引入的缺陷，如團(tuán)聚、裂紋等，很難在燒結(jié)階段消除，因此會(huì)對(duì)成品的性能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。為解決傳統(tǒng)成型方法在成型陶瓷尤其是高性能陶瓷時(shí)存在的諸多問(wèn)題，近十幾年來(lái)逐步發(fā)展了陶瓷的原位凝固成型技術(shù)，相繼出現(xiàn)了許多新的成型方法，可以使?jié){料不經(jīng)脫水，在無(wú)孔模具內(nèi)實(shí)現(xiàn)原位凝固，從而可以得到微觀結(jié)構(gòu)更為均勻的素坯。這類工藝在成型具有復(fù)雜形狀，以及大尺寸陶瓷部件時(shí)尤其具有優(yōu)勢(shì)。這些方法主要包括凝膠注模成型(Gel Casting)和直接凝固注模成型(DCC)工藝。
這些方法的提出，為陶瓷的膠態(tài)成型增加了新的內(nèi)容。但這些方法均有其局限性。凝膠注模成型工藝雖然可以得到具有較高強(qiáng)度的素坯，但由于必須使用較多量的毒性較大的聚合單體，因此在素坯的澆注過(guò)程以及其后的有機(jī)物脫排過(guò)程中都有比較大的毒害。雖然通過(guò)對(duì)聚合反應(yīng)配方的改進(jìn)可以一定程度上減少這種毒性，但并沒(méi)有從根本上解決這個(gè)問(wèn)題。相對(duì)來(lái)說(shuō)，直接凝固注模成型使是一種污染較低的工藝，但這種工藝所需脫模時(shí)間較長(zhǎng)并且得到的素坯強(qiáng)度相對(duì)較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種新的碳化硅陶瓷素坯成型方法。這種方法不僅使用范圍廣，操作簡(jiǎn)便，而且成型素坯的強(qiáng)度高，質(zhì)量好，能有效解決上述成型工藝中存在的不足之處。
為實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明利用氮化鋁水解凝膠化的作用來(lái)制備碳化硅陶瓷素坯，首先用四甲基氫氧化銨為分散劑制備在堿性條件下穩(wěn)定的碳化硅陶瓷漿料，然后在漿料中加入經(jīng)過(guò)處理的氮化鋁，利用這種氮化鋁在水中極不穩(wěn)定的特點(diǎn)，一方面氮化鋁水解形成凝膠使陶瓷顆粒相互膠合；另一方面氮化鋁在水解的同時(shí)增加了漿料中的電解質(zhì)離子濃度；這兩方面共同作用實(shí)現(xiàn)漿料的逐漸固化，從而達(dá)到制備素坯的目的。氮化鋁的水解速度隨著溫度的不同而改變，從而可以通過(guò)控制溫度來(lái)調(diào)節(jié)漿料的固化速度，更方便生產(chǎn)。
本發(fā)明碳化硅陶瓷素坯成型方法主要包括以下步驟(1)將體積含量為55％～70％的碳化硅與水混和在一起，然后滴加重量百分比為碳化硅0.3％～0.8％的四甲基氫氧化銨溶液，將混合物在球磨機(jī)上球磨4～8小時(shí)，制得碳化硅漿料；(2)將氮化鋁粉末浸泡在油酸溶液中，并攪拌15分鐘，然后將溶液過(guò)濾，將過(guò)濾物用乙醇溶液反復(fù)清洗3次，然后烘干制得經(jīng)處理過(guò)的氮化鋁粉末；(3)把重量百分比為碳化硅的1％～5％的經(jīng)過(guò)上述處理過(guò)的氮化鋁粉末加入上述碳化硅漿料中，球混10～20分鐘；(4)將上述球混好的漿料真空除氣5分鐘，然后注入模具并放置在50～80℃的環(huán)境下，6～30分鐘后固化成型，脫模后烘干后，制得碳化硅陶瓷素坯。
本發(fā)明的方法操作簡(jiǎn)便，在不影響陶瓷粉料原有性能的前提下，利用氮化鋁水解形成的凝膠使?jié){料固化，凝膠在燒結(jié)后形成無(wú)定型的三氧化二鋁，不需要添加其它固化輔助物，可以制備出強(qiáng)度高和外觀優(yōu)美的陶瓷素坯部件。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)方案。
實(shí)施例11)60g碳化硅與12g水混和在一起，滴加0.36g四甲基氫氧化銨溶液，將混合物在球磨機(jī)上球磨6小時(shí)，制得碳化硅漿料；2)將氮化鋁粉末浸泡在油酸溶液中，并攪拌15分鐘，然后將溶液過(guò)濾，將過(guò)濾物用乙醇溶液反復(fù)清洗3次，然后烘干制得經(jīng)處理過(guò)的氮化鋁粉末；3)把1.8g的經(jīng)過(guò)上述處理過(guò)的氮化鋁粉末加入上述碳化硅漿料中，球混15分鐘；4)將上述球混好的漿料真空除氣5分鐘，然后注入模具并放置在50℃的環(huán)境下，30分鐘后固化成型，脫模后烘干后，制得陶瓷素坯，其碳化硅體積分?jǐn)?shù)為61％。
實(shí)施例21)47g碳化硅與12g水混和在一起，滴加0.14g四甲基氫氧化銨溶液，將混合物在球磨機(jī)上球磨4小時(shí)，制得碳化硅漿料；2)將氮化鋁粉末浸泡在油酸溶液中，并攪拌15分鐘，然后將溶液過(guò)濾，將過(guò)濾物用乙醇溶液反復(fù)清洗3次，然后烘干制得經(jīng)處理過(guò)的氮化鋁粉末；3)把2.3g的經(jīng)過(guò)上述處理過(guò)的氮化鋁粉末加入上述碳化硅漿料中，球混10分鐘；4)將上述球混好的漿料真空除氣5分鐘，然后注入模具并放置在60℃的環(huán)境下，20分鐘后固化成型，脫模后烘干后，制得陶瓷素坯，其碳化硅體積分?jǐn)?shù)為55％。
實(shí)施例31)90g碳化硅與12g水混和在一起，滴加0.7g四甲基氫氧化銨溶液，將混合物在球磨機(jī)上球磨8小時(shí)，制得碳化硅漿料；2)將氮化鋁粉末浸泡在油酸溶液中，并攪拌15分鐘，然后將溶液過(guò)濾，將過(guò)濾物用乙醇溶液反復(fù)清洗3次，然后烘干制得經(jīng)處理過(guò)的氮化鋁粉末；3)把0.9g的經(jīng)過(guò)上述處理過(guò)的氮化鋁粉末加入上述碳化硅漿料中，球混20分鐘；4)將上述球混好的漿料真空除氣5分鐘，然后注入模具并放置在80℃的環(huán)境下，6分鐘后固化成型，脫模后烘干后，制得陶瓷素坯，其碳化硅體積分?jǐn)?shù)為70％。
權(quán)利要求
1.一種碳化硅陶瓷素坯成型方法，其特征在于包括如下具體步驟1)將體積含量為55％～70％的碳化硅與水混和在一起，然后滴加重量百分比為碳化硅0.3％～0.8％的四甲基氫氧化銨溶液，將混合物在球磨機(jī)上球磨4～8小時(shí)，制得碳化硅漿料；2)將氮化鋁粉末浸泡在油酸溶液中，并攪拌15分鐘，然后將溶液過(guò)濾，將過(guò)濾物用乙醇溶液反復(fù)清洗3次，然后烘干制得經(jīng)處理過(guò)的氮化鋁粉末；3)把重量百分比為碳化硅的1％～5％的經(jīng)過(guò)上述處理過(guò)的氮化鋁粉末加入上述碳化硅漿料中，球混10～20分鐘；4)將上述球混好的漿料真空除氣5分鐘，然后注入模具并放置在50～80℃的環(huán)境下，6～30分鐘后固化成型，脫模后烘干后，制得碳化硅陶瓷素坯。
全文摘要
一種碳化硅陶瓷素坯成型方法，利用氮化鋁水解凝膠化的作用來(lái)制備碳化硅陶瓷素坯。首先用四甲基氫氧化銨為分散劑制備穩(wěn)定的碳化硅陶瓷漿料，然后在漿料中加入經(jīng)過(guò)處理的氮化鋁，氮化鋁水解形成凝膠的同時(shí)還增加了漿料中的離子濃度，使?jié){料逐漸固化從而達(dá)到制備素坯的目的。氮化鋁的水解速度隨著溫度的不同而改變，從而可以通過(guò)控制溫度來(lái)調(diào)節(jié)漿料的固化速度，更方便生產(chǎn)。本發(fā)明在不影響陶瓷粉料原有性能的前提下，只利用氮化鋁的水解作用使?jié){料固化，不需要添加其它固化輔助物，可以制備出強(qiáng)度高和外觀優(yōu)美的陶瓷素坯部件。
文檔編號(hào)C04B35/565GK1686940SQ20051002493
公開日2005年10月26日 申請(qǐng)日期2005年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月7日
發(fā)明者顧明元, 李瑋 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)