碳化硅陶瓷熱電偶保護管及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種碳化硅陶瓷熱電偶保護管，其中，所述碳化硅陶瓷熱電偶保護管的材料由如下原料進行擠出成型和高溫?zé)Y(jié)制得：亞微米級碳化硅粉體；以所述亞微米級碳化硅粉體的重量的0～15wt%的第二相粉體，所述第二相粉體為MoSi2、BN、TiB2、ZrB2或其復(fù)合粉體；適量的燒結(jié)助劑；所述燒結(jié)助劑采用固相燒結(jié)助劑體系，選自B4C-C體系或C-B體系。
【專利說明】碳化硅陶瓷熱電偶保護管及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種碳化硅陶瓷及其制備方法，更確切地說涉及到利用擠出成型工藝制備碳化硅陶瓷熱電偶保護管。屬于工程陶瓷材料【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]熱電偶是應(yīng)用最廣泛的測溫傳感器，在各種工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。但熱電偶的長期穩(wěn)定性、使用壽命等各項性能指標(biāo)，直接取決于保護管材料的性能。特別是在現(xiàn)代工業(yè)中，高溫?zé)釠_擊、酸堿腐蝕、熔融金屬腐蝕、強氧化或還原氣氛等各種惡劣環(huán)境下的測溫越來越普遍，開發(fā)長壽命、高性價比的熱電偶保護管一直是各種特殊工業(yè)領(lǐng)域的測溫亟待解決的問題之一。[0003]目前所使用的熱電偶保護材料按材質(zhì)可以分為金屬、非金屬和金屬/陶瓷材料等三大類。其中金屬保護管多用于1000°c以下弱還原條件下的測溫，對于1000°C以上的測溫多用Al2O3, ZrO2, Si3N4, SiC等陶瓷材料，但陶瓷材料的脆性和高溫抗熱沖擊性能限制了大規(guī)模應(yīng)用，而采用涂層或粉末冶金方法制備的陶瓷/金屬材料能夠很好的結(jié)合陶瓷和金屬的優(yōu)點，在各種惡劣環(huán)境具有潛在的應(yīng)用前景，但其制備工藝相對復(fù)雜，性價比亟待提高。
[0004]碳化硅陶瓷具有耐高溫、高強度和優(yōu)異的耐腐蝕性能，作為結(jié)構(gòu)材料在各種領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。尤其當(dāng)作為熱電偶保護管材料時，碳化硅陶瓷能夠應(yīng)用到1600°C左右的高溫測量，克服了傳統(tǒng)的高鋁質(zhì)、剛玉保護管高溫下易變形、結(jié)渣等熱穩(wěn)定性差的缺點，使用壽命大大提高。特別是其全面的耐強酸堿腐蝕能力，使得其在電鍍、酸洗和冶金等苛刻條件下的應(yīng)用越來越廣泛。
[0005]碳化硅陶瓷按照制備方法的不同可以分為反應(yīng)燒結(jié)、重結(jié)晶和常壓燒結(jié)三種。反應(yīng)燒結(jié)碳化硅由于材料中存在著10-20%左右的游離硅，因此高溫抗氧化性能和耐強酸堿腐蝕性能較差，通常在1350°C測量條件下使用。重結(jié)晶碳化硅陶瓷高溫抗熱震性能好，耐高溫，可以使用到1650°C但由于材料開口氣孔率高達10%以上，因此在腐蝕性液體或高溫熔體中的測溫大大受到限制。同時機械強度較低，在高速流體或離子中沖蝕嚴(yán)重，也限制了其廣泛應(yīng)用。而常壓燒結(jié)碳化硅，特別是采用固相燒結(jié)助劑制備的碳化硅陶瓷具有更優(yōu)異的導(dǎo)熱、強度、耐腐蝕和耐磨性能，在強酸強堿、抗氧化和高速磨損情況下的熱保護能力突出，并且具有更好的溫度靈敏性，成為各種極端工況條件下的首選保護管材料。但是，單純的固相燒結(jié)碳化硅陶瓷材料在耐金屬侵蝕和絕緣方面還存在著一定的問題，需要通過材料的體系設(shè)計來進行調(diào)控。
[0006]碳化硅熱電偶保護管的成型方法可以有模壓、注漿、擠出等，其中注漿工藝是最為常用的方法，將一定固含量的碳化硅漿料經(jīng)石膏模具表面固化、脫模、固化和反應(yīng)浸硅得到反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷，這種工藝生產(chǎn)過程簡單，生產(chǎn)效率較高，成品率高，目前商業(yè)化的碳化硅熱電偶保護管大都采用這種工藝。但存在著燒結(jié)密度較低，綜合性能較差的缺點。
[0007]等靜壓工藝可以制備燒結(jié)致密度更高的常壓固相燒結(jié)碳化硅陶瓷保護管，但成品率低和生產(chǎn)效率，成本高。[0008]擠出成型是高效、連續(xù)的陶瓷管材坯體的成型方法，產(chǎn)品一致性高，盡管國內(nèi)目前在碳化娃熱電偶保護管的擠出成型進行了相當(dāng)多的研究，但廣品市場占有率不聞，工藝尚不成熟。特別是在純相碳化硅陶瓷管材的水基擠出成型方面研究較少，對于端頭封口的熱電偶保護管的擠出成型方面的研究更是尚未開展。
[0009]實用新型專利CN87206878U，提出了一種重結(jié)晶熱電偶保護管的制備方法，采用有機結(jié)合劑，擠壓成型工藝，高溫?zé)Y(jié)。但該專利采用的為液壓式擠出機，效率較低，未給出相應(yīng)的模具設(shè)計，端頭封口處的密度均勻性問題沒有提及。
[0010]國際上對碳化硅陶瓷管材的擠出成型研究較多，特別是在泥料配方、模具設(shè)計和端頭封口等關(guān)鍵技術(shù)都進行了相當(dāng)?shù)难芯俊?br> [0011]美國發(fā)明專利US6558597B1，給出了一種陶瓷擠出成型用的端頭封口模具，在封口模具出孔前端加上一段存料段，通過活塞阻力使得前部泥料密封段密度均勻。但并未給出封口后擠出段的模具設(shè)計。而且前部活塞與擠出機活塞相連，構(gòu)造比較復(fù)雜，同時，這樣的封口設(shè)計并不能直觀觀測出封口效果。
[0012]美國發(fā)明專利US4923655，US5112544，US5043116等，給出了一種陶瓷擠出成型坯體的一端封口工藝，采用 有機泡沫堵塞，漿料浸潰的方法封口，這種工藝以擠出成型后的通孔坯體管材為基體對管材坯體進行端頭封口，需要漿料性能和坯體完全一致，存在著干燥收縮不均勻、燒結(jié)易開裂的問題。
[0013]美國發(fā)明專利US5227105，利用B4C-C為燒結(jié)助劑，通過擠出、干燥、脫粘和燒結(jié)等一系列連續(xù)生產(chǎn)工藝制備出通孔的碳化硅陶瓷管材，并商業(yè)化生產(chǎn)了一端端頭封口的碳化硅熱電偶保護管，但尚未見到這方面的專利報道，一些關(guān)鍵技術(shù)資料尚未公開。
[0014]綜上所述，本領(lǐng)域缺乏一種具有優(yōu)異的耐高溫和耐腐蝕性能的碳化硅陶瓷熱電偶保護管以及適用于工業(yè)連續(xù)化生產(chǎn)的制備該碳化硅陶瓷熱電偶保護管的方法。
[0015]因此，本領(lǐng)域迫切需要開發(fā)一種具有優(yōu)異的耐高溫和耐腐蝕性能，與其他材料熱電偶保護管相比，熱導(dǎo)率高，溫度相應(yīng)速度快，能夠廣泛應(yīng)用于各種強酸強堿、高溫蒸汽、熔融金屬等苛刻環(huán)境下的測溫的碳化硅陶瓷熱電偶保護管；還迫切需要開發(fā)一種生產(chǎn)效率高，特別適用于工業(yè)連續(xù)化生產(chǎn)的碳化硅陶瓷熱電偶保護管的制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明的目的在于獲得一種具有優(yōu)異的耐高溫和耐腐蝕性能，與其他材料熱電偶保護管相比，熱導(dǎo)率高，溫度相應(yīng)速度快，能夠廣泛應(yīng)用于各種強酸強堿、高溫蒸汽、熔融金屬等苛刻環(huán)境下的測溫的碳化硅陶瓷熱電偶保護管。
[0017]在本發(fā)明的第一方面，提供了一種碳化硅陶瓷熱電偶保護管，其中，所述碳化硅陶瓷熱電偶保護管的材料由包括如下原料進行擠出成型和高溫?zé)Y(jié)制得:
[0018]-亞微米級碳化硅粉體；
[0019]-以所述亞微米級碳化硅粉體的重量的0~15wt%的第二相粉體，所述第二相粉體為MoSi2、BN、TiB2、ZrB2或其復(fù)合粉體；
[0020]-適量的燒結(jié)助劑；所述燒結(jié)助劑采用固相燒結(jié)助劑體系，選自B4C-C體系或C-B體系。
[0021]在本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，所述碳化硅陶瓷熱電偶保護管，利用本發(fā)明提供的模具通過常溫擠出成型和高溫?zé)Y(jié)制造。所述碳化硅陶瓷熱電偶保護管的材料由如下原料進行擠出成型和高溫?zé)Y(jié)制得:
[0022]-亞微米級碳化硅粉體；
[0023]-以所述亞微米級碳化硅粉體的重量的0~15wt%的第二相粉體，所述第二相粉體能夠提高材料電絕緣性或耐金屬侵蝕性能，可以為MoSi2、BN、TiB2, ZrB2或其復(fù)合粉體；
[0024]-適量的燒結(jié)助劑；所述燒結(jié)助劑為固相燒結(jié)助劑體系，選自B4C-C體系或C-B體系。
[0025]在本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，所述碳化硅陶瓷熱電偶保護管的材料由如下組成的原料進行擠出成型和高溫?zé)Y(jié)制得:
[0026]-亞微米級碳化硅粉體；
[0027]-以所述亞微米級碳化硅粉體的重量的0~15wt%的第二相粉體，所述第二相粉體為MoSi2、BN、TiB2、ZrB2或其復(fù)合粉體；
[0028]-適量的燒結(jié)助劑；所述燒結(jié)助劑采用固相燒結(jié)助劑體系，選自B4C-C體系或C-B體系。
[0029]在本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，所述的亞微米級碳化硅粉體平均粒徑為0.2~
5.0 u m0
[0030]在一個具體的實施方式中，其優(yōu)化的平均粒徑為0.5~1.5 ii m。
[0031]在本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，所述第二相粉體的含量為5~10wt%，以亞微米級碳化娃粉體的總重量計。`
[0032]在本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，所述B4C-C體系或C-B體系中，
[0033]所述的B4C或B的含量為0.3~1.5wt%,以亞微米級碳化娃粉體的總重量計；
[0034]所述的C的含量為0.5~6wt%,以亞微米級碳化娃粉體的總重量計。
[0035]所述的B4C或B的優(yōu)化的含量為0.4~1.0wt%,以亞微米級碳化硅粉體的總重量計。
[0036]所述的C的優(yōu)化的含量為1.0~4.0wt%,以亞微米級碳化硅粉體的總重量計。
[0037]在本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，所述原料進行擠出成型時，采用如下步驟:
[0038]將如本發(fā)明所述的原料混合，得到混合粉體；
[0039]在上述得到的混合粉體中加入塑化劑、水、潤滑劑、分散劑、消泡劑和其他適用的助劑進行攪拌均勻，在混煉機中進行真空練泥和陳腐處理；得到混合物料；
[0040]所述混合物料利用螺桿式擠出機進行連續(xù)擠出成型，得到碳化硅陶瓷熱電偶保護管的管材還體。
[0041]在一個【具體實施方式】中，所述塑化劑為纖維素。所述的塑化劑還可以是羧甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素或羥乙基纖維素或其混合物。
[0042]在一個【具體實施方式】中，先擠出前部泥料，坯體表面均勻后安裝封口模具進行封口，繼續(xù)擠出成型。當(dāng)達到所需長度時，切割轉(zhuǎn)移至托架。而后進行后續(xù)不同長度管材的擠出成型。
[0043]在本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，所述原料進行擠出成型后得到碳化硅陶瓷熱電偶保護管的管材坯體，所述管材坯體進行干燥、熱處理和高溫常壓燒結(jié)得到所述碳化硅陶瓷熱電偶保護管。[0044]本發(fā)明的第二方面提供一種本發(fā)明所述的碳化硅陶瓷熱電偶保護管的制備方法，其包括如下步驟:
[0045]提供本發(fā)明所述的原料；
[0046]所述原料進行擠出成型，得到碳化硅陶瓷熱電偶保護管的管材坯體；
[0047]所述管材坯體經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)制得所述碳化硅陶瓷熱電偶保護管。
[0048]本發(fā)明的第三方面提供一種陶瓷熱電偶保護管擠出成型用的模具，所述模具具有頭封口。 [0049]在本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，該擠出封口模具主要有(I)擠出芯、(II)連接件、(III)外模套、(IV)封口件組合而成。
[0050]在一個【具體實施方式】中，所述的擠出芯(I)在水平和垂直方向上中部有通氣孔，如圖中B，C，D三處連通，通氣孔直徑可以為0.2~2.5mm，優(yōu)化的直徑尺寸為0.5~1.5mm。
[0051]所述的擠出芯(I)前端D處，設(shè)置有半球形通氣孔直徑在1-4_，優(yōu)化的直徑尺寸為 L 5 ~2.Smnin
[0052]所述的封口件(IV)中部設(shè)置排泥孔，直徑可以為0.2~2.5_，優(yōu)化的直徑尺寸為1.0 ~2.0mm。
[0053]所述的位置A處設(shè)置抽氣閥和放氣閥裝置。
[0054]擠出成型過程中，先將擠出封口模具的(I) (II) (III)部分進行安裝，當(dāng)坯體管材擠出平穩(wěn)后停止。在擠出芯(I)前端D處放置塑料質(zhì)半球形堵頭，并通過位置A抽空固定。
[0055]安裝封口模具的(IV)封口件部分，繼續(xù)擠出成型直至排泥孔出現(xiàn)泥料停止。
[0056]卸除封口模具的(IV)封口件部分，打開位置A處的放氣閥。
[0057]繼續(xù)擠出成型，得到端頭封閉的陶瓷管材坯體。
[0058]本發(fā)明的第四方面提供一種本發(fā)明所述的陶瓷熱電偶保護管擠出成型用的模具在制備碳化硅陶瓷熱電偶保護管中的應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0059]圖1擠出端頭封口模具裝配示意圖。
【具體實施方式】
[0060]本發(fā)明人經(jīng)過廣泛而深入的研究，通過改進制備工藝，獲得了一種生產(chǎn)效率高，特別適用于工業(yè)連續(xù)化生產(chǎn)的配方，制備的碳化硅陶瓷熱電偶保護管具有優(yōu)異的耐高溫和耐腐蝕性能，與其他材料熱電偶保護管相比，熱導(dǎo)率高，溫度相應(yīng)速度快，能夠廣泛應(yīng)用于各種強酸強堿、高溫蒸汽、熔融金屬等苛刻環(huán)境下的測溫。在此基礎(chǔ)上完成了本發(fā)明。
[0061]本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思如下:
[0062]本發(fā)明提供了一種碳化硅陶瓷熱電偶保護管及其制備方法，屬于工程陶瓷材料【技術(shù)領(lǐng)域】。其特征采用提高材料電絕緣性或耐金屬侵蝕性能復(fù)相材料體系，-通過特定的模具采用常溫水基擠出成型和高溫?zé)Y(jié)工藝制備。另外，本發(fā)明還提供了一種擠出成型用模具，用于熱電偶保護管坯體的一端封口。以亞微米級碳化硅粉體為原料粉體，添加不同燒結(jié)助劑和第二相，與纖維素為有機塑化劑，以及其他潤滑劑、分散劑和消泡劑等，均勻混合，通過真空練泥、陳腐和擠出成型獲得一端封口的管材坯體。坯體經(jīng)過干燥、熱處理和高溫常壓燒結(jié)得到熱電偶保護管。這種制備方法生產(chǎn)效率高，特別適用于工業(yè)連續(xù)化生產(chǎn)，制備的碳化硅陶瓷熱電偶保護管具有優(yōu)異的耐高溫和耐腐蝕性能，與其他材料熱電偶保護管相比，熱導(dǎo)率高，溫度相應(yīng)速度快，能夠廣泛應(yīng)用于各種強酸強堿、高溫蒸汽、熔融金屬等苛刻環(huán)境下的測溫。
[0063]本發(fā)明中，術(shù)語“含有”或“包括”表示各種成分可一起應(yīng)用于本發(fā)明的混合物或組合物中。因此，術(shù)語“主要由...組成”和“由...組成”包含在術(shù)語“含有”或“包括”中。[0064]以下對本發(fā)明的各個方面進行詳述:
[0065]碳化硅陶瓷熱電偶保護管
[0066]在本發(fā)明的第一方面，提供了一種碳化硅陶瓷熱電偶保護管，其中，所述碳化硅陶瓷熱電偶保護管的材料由包括如下原料進行擠出成型和高溫?zé)Y(jié)制得:
[0067]-亞微米級碳化硅粉體；
[0068]-以所述亞微米級碳化硅粉體的重量的0~15wt%的第二相粉體，所述第二相粉體為MoSi2、BN、TiB2、ZrB2或其復(fù)合粉體；
[0069]-適量的燒結(jié)助劑；所述燒結(jié)助劑采用固相燒結(jié)助劑體系，選自B4C-C體系或C-B體系。
[0070]在本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，所述碳化硅陶瓷熱電偶保護管，利用本發(fā)明提供的模具通過常溫擠出成型和高溫?zé)Y(jié)制造。所述碳化硅陶瓷熱電偶保護管的材料由如下原料進行擠出成型和高溫?zé)Y(jié)制得:
[0071 ]-亞微米級碳化硅粉體；
[0072]-以所述亞微米級碳化硅粉體的重量的0~15wt%的第二相粉體，所述第二相粉體能夠提高材料電絕緣性或耐金屬侵蝕性能，可以為MoSi2、BN、TiB2, ZrB2或其復(fù)合粉體；
[0073]-適量的燒結(jié)助劑；所述燒結(jié)助劑為固相燒結(jié)助劑體系，選自B4C-C體系或C-B體系。
[0074]本發(fā)明中，所述原料適合于后續(xù)的常溫水基擠出成型和高溫?zé)Y(jié)工藝。
[0075]在本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，所述碳化硅陶瓷熱電偶保護管的材料由如下組成的原料進行擠出成型和高溫?zé)Y(jié)制得:
[0076]-亞微米級碳化硅粉體；
[0077]-以所述亞微米級碳化硅粉體的重量的0~15wt%的第二相粉體，所述第二相粉體為MoSi2、BN、TiB2、ZrB2或其復(fù)合粉體；
[0078]-適量的燒結(jié)助劑；所述燒結(jié)助劑采用固相燒結(jié)助劑體系，選自B4C-C體系或C-B體系。
[0079]在本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，所述的亞微米級碳化硅粉體平均粒徑為0.2~5.0 u m0
[0080]在一個具體的實施方式中，其優(yōu)化的平均粒徑為0.5~1.5 ii m。在0.5~1.5 ii m中間的材料的綜合性能更好，粒徑太小的容易造成晶粒長大明顯，太大致密度較差。
[0081]在本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，所述第二相粉體的含量為5~10wt%，以亞微米級碳化娃粉體的總重量計。
[0082]在本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，所述B4C-C體系或C-B體系中，
[0083]所述的B4C或B的含量為0.3~1.5wt%,以亞微米級碳化娃粉體的總重量計；[0084]所述的C的含量為0.5~6wt%,以亞微米級碳化娃粉體的總重量計。
[0085]所述的B4C或B的優(yōu)化的含量為0.4~1.0wt%,以亞微米級碳化娃粉體的總重量計。
[0086]所述的C的優(yōu)化的含量為1.0~4.0wt%,以亞微米級碳化硅粉體的總重量計。
[0087]制備方法
[0088]在本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，所述原料進行擠出成型時，采用如下步驟:
[0089]將本發(fā)明所述的原料混合，得到混合粉體；
[0090]在上述得到的混合粉體中加入塑化劑、水、潤滑劑、分散劑、消泡劑和其他適用的助劑進行攪拌均勻，在混煉機中進行真空練泥和陳腐處理；得到混合物料；
[0091]所述混合物料利用螺桿式擠出機進行連續(xù)擠出成型，得到碳化硅陶瓷熱電偶保護管的管材還體。
[0092]在一個【具體實施方式】中，所述塑化劑為纖維素。所述的塑化劑還可以是羧甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素或羥乙基纖維素或其混合物。
[0093]在一個具 體實施方式中，先擠出前部泥料，坯體表面均勻后安裝封口模具進行封口，繼續(xù)擠出成型。當(dāng)達到所需長度時，切割轉(zhuǎn)移至托架。而后進行后續(xù)不同長度管材的擠出成型。
[0094]發(fā)明人認(rèn)為，采用常溫混料，真空練泥、擠出成型和在線端頭封口的方法，保證了熱電偶保護管坯體密度均勻，連續(xù)生產(chǎn)，效率高。
[0095]在本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，所述原料進行擠出成型后得到碳化硅陶瓷熱電偶保護管的管材坯體，所述管材坯體進行干燥、熱處理和高溫常壓燒結(jié)得到所述碳化硅陶瓷熱電偶保護管。
[0096]制備方法
[0097]本發(fā)明的第二方面提供一種所述的碳化硅陶瓷熱電偶保護管的制備方法，其包括如下步驟:
[0098]提供本發(fā)明所述的原料；
[0099]所述原料進行擠出成型，得到碳化硅陶瓷熱電偶保護管的管材坯體；
[0100]所述管材坯體經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)制得所述碳化硅陶瓷熱電偶保護管。
[0101]模具
[0102]本發(fā)明的第三方面提供一種陶瓷熱電偶保護管擠出成型用的模具，所述模具具有頭封口。
[0103]在本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，該擠出封口模具主要有(I)擠出芯、(II)連接件、(III)外模套、(IV)封口件組合而成。
[0104]在一個【具體實施方式】中，所述的擠出芯(I)在水平和垂直方向上中部有通氣孔，如圖中B，C，D三處連通，通氣孔直徑可以為0.2~2.5mm，優(yōu)化的直徑尺寸為0.5~1.5mm。
[0105]所述的擠出芯(I)前端D處，設(shè)置有半球形通氣孔直徑在1-4_，優(yōu)化的直徑尺寸為 L 5 ~2.Smnin
[0106]所述的封口件(IV)中部設(shè)置排泥孔，直徑可以為0.2~2.5mm，優(yōu)化的直徑尺寸為
1.0 ~2.0mm0
[0107]所述的位置A處設(shè)置抽氣閥和放氣閥裝置。[0108]擠出成型過程中，先將擠出封口模具的(I) (II) (III)部分進行安裝，當(dāng)坯體管材擠出平穩(wěn)后停止。在擠出芯(I)前端D處放置塑料質(zhì)半球形堵頭，并通過位置A抽空固定。
[0109]安裝封口模具的(IV)封口件部分，繼續(xù)擠出成型直至排泥孔出現(xiàn)泥料停止。
[0110]卸除封口模具的(IV)封口件部分，打開位置A處的放氣閥。
[0111]繼續(xù)擠出成型，得到端頭封閉的陶瓷管材坯體。
[0112]在一個【具體實施方式】中，采用本發(fā)明的模具，將原料進行擠出成型和高溫?zé)Y(jié)制得所述碳化硅陶瓷熱電偶保護管的材料。
[0113]所述模具結(jié)合本發(fā)明的制備方法，保證了熱電偶保護管坯體密度均勻，連續(xù)生產(chǎn)，效率高。
[0114]本發(fā)明的優(yōu)選實施方式
[0115]該方法包括配料、擠出成型、干燥、熱處理和高溫?zé)Y(jié)等工藝步驟:
[0116](I)將碳化硅粉體，第二相粉體及燒結(jié)助劑混合均勻，攪拌均勻，干燥過篩得到混合粉體。
[0117]所述的碳化硅粉體平均粒徑可以為0.2~5.0ii m，優(yōu)化的平均粒徑為0.5~L 5 u m0
[0118]所述的第二相粉體可以為MoSi2、BN、TiB2, ZrB2或其復(fù)合粉體等，其含量為0~15wt%，優(yōu)化的含量為5~10wt%。
[0119]所述的燒結(jié)助劑可以包括B4C-C, C-B體系，其中C的引入方式可以是粉末，也可以`為有機聚合物裂解產(chǎn)生。
[0120]所述的B4C或B的含量為0~1.5wt%,優(yōu)化的含量為0.4~1.0wt%。所述的C的含量為0~6wt%，優(yōu)化的含量為1.0~4.0wt%。
[0121](2)在上述得到的混合粉體中加入塑化劑、水、潤滑劑、分散劑、消泡劑等攪拌均勻，在混煉機中進行真空練泥，陳腐處理。
[0122](3)利用螺桿式擠出機進行連續(xù)擠出成型。先擠出前部泥料，坯體表面均勻后安裝封口模具進行封口，繼續(xù)擠出成型。當(dāng)達到所需長度時，切割轉(zhuǎn)移至托架。而后進行后續(xù)不同長度管材的擠出成型。
[0123](4)管材坯體經(jīng)干燥、熱處理得到碳化硅陶瓷熱電偶保護管。
[0124]本發(fā)明的第二目的在于提供一種熱電偶保護管擠出成型用端頭封口模具和使用方法，其特點如圖1所示:
[0125](I)該擠出封口模具主要有⑴擠出芯、(II)連接件、(III)外模套、(IV)封口件組合而成。
[0126]所述的擠出芯(I)在水平和垂直方向上中部有通氣孔，如圖中B，C，D三處連通，通氣孔直徑可以為0.2~2.5mm,優(yōu)化的直徑尺寸為0.5~1.5mm。
[0127]所述的擠出芯(I)前端D處，設(shè)置有半球形通氣孔直徑在1-4_，優(yōu)化的直徑尺寸為 L 5 ~2.Smnin
[0128]所述的封口件(IV)中部設(shè)置排泥孔，直徑可以為0.2~2.5_，優(yōu)化的直徑尺寸為1.0 ~2.0mm0
[0129]所述的位置A處設(shè)置抽氣閥和放氣閥裝置。
[0130](2)擠出成型過程中，先將擠出封口模具的(I)(II)(III)部分進行安裝，當(dāng)坯體管材擠出平穩(wěn)后停止。在擠出芯(I)前端D處放置塑料質(zhì)半球形堵頭，并通過位置A抽空固定。
[0131](3)安裝封口模具的(IV)封口件部分，繼續(xù)擠出成型直至排泥孔出現(xiàn)泥料停止。
[0132](4)卸除封口模具的(IV)封口件部分，打開位置A處的放氣閥。
[0133](5)繼續(xù)擠出成型，得到端頭封閉的陶瓷管材坯體。
[0134]與已有的碳化硅陶瓷熱電偶保護管的制備方法比較，本發(fā)明有以下的優(yōu)點:
[0135](1)采用常溫混料，真空練泥、擠出成型和在線端頭封口的方法，保證了熱電偶保護管坯體密度均勻，連續(xù)生產(chǎn)，效率高。
[0136](2)采用固相燒結(jié)助劑燒結(jié)得到的碳化硅熱交換管致密度達90%T.D以上，熱導(dǎo)率達 100-140ff(m ? K)。
[0137](3)通過泥料配方第二相的添加，可以得到性能調(diào)控的熱電偶保護管，提高材
[0138]料的抗氧化性能和耐熔融金屬腐蝕性能。
[0139]如無具體說明，本發(fā)明的各種原料均可以通過市售得到；或根據(jù)本領(lǐng)域的常規(guī)方法制備得到。除非另有定義或說明，本文中所使用的所有專業(yè)與科學(xué)用語與本領(lǐng)域技術(shù)熟練人員所熟悉的意義相同。此外任何與所記載內(nèi)容相似或均等的方法及材料皆可應(yīng)用于本發(fā)明方法中。
[0140]本發(fā)明的其他方面由于本文的公開內(nèi)容，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的。
[0141]下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照國家標(biāo)準(zhǔn)測定。若沒有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，則按照通用的國際標(biāo)準(zhǔn)、常規(guī)條件、或按照制造廠商所建議的條件進行。除非另外說明，否則所有的份數(shù)為重量份，所有的百分比為重量百分比，所述的聚合物分子量為數(shù)均分子量。
[0142]除非另有定義或說明，本文中所使用的所有專業(yè)與科學(xué)用語與本領(lǐng)域技術(shù)熟練人員所熟悉的意義相同。此外任何與所記載內(nèi)容相似或均等的方法及材料皆可應(yīng)用于本發(fā)明方法中。
[0143]實施例
[0144]本發(fā)明用下列非限定性實例進一步說明實施方式和效果:
[0145]實施例1
[0146]將平均粒徑為0.5 ii m的碳化娃粉體與0.4wt%B4C粉體和1.0wt%炭黑均勻混合，攪拌均勻，干燥過篩得到混合粉體。在混合粉體中加入塑化劑、水、潤滑劑、分散劑、消泡劑等攪拌均勻，在混煉機中進行真空練泥，陳腐處理。將泥料在真空擠出機上裝置擠出模具進行擠出成型，當(dāng)管材坯體穩(wěn)定時，安置封口件。其中通氣孔的直徑為0.5mm,半球形塑料堵頭的直徑為1.5mm,排泥孔的直徑為1.0mm。擠出管材外徑為15mm,壁厚為1.5mm,表面光滑，封口均勻。將擠出成型后的碳化硅熱電偶保護套管坯體進行干燥，高溫?zé)崽幚淼玫教蓟杼沾?。致密度達96.2%T.D，室溫?zé)釋?dǎo)率達125W(m ? K)，微觀結(jié)構(gòu)均勻，無明顯缺陷。
[0147]實施例2
[0148]將平均粒徑為1.5 ii m的碳化硅粉體與5.0wt%MoSi2粉體、1.0wt%B4C粉體和
4.0wt%炭黑均勻混合，攪拌均勻，干燥過篩得到混合粉體。在混合粉體中加入塑化劑、水、潤滑劑、分散劑、消泡劑等攪拌均勻，在混煉機中進行真空練泥，陳腐處理。將泥料在真空擠出機上裝置擠出模具進行擠出成型，當(dāng)管材坯體穩(wěn)定時，安置封口件。其中通氣孔的直徑為
1.5mm,半球形塑料堵頭的直徑為2.5mm,排泥孔的直徑為2.0_。擠出管材外徑為20mm,壁厚為2.0_，表面光滑，封口均勻。將擠出成型后的碳化硅熱電偶保護套管坯體進行干燥，高溫?zé)崽幚淼玫教蓟杼沾伞Ｖ旅芏冗_93.2%T.D，室溫?zé)釋?dǎo)率達109W(m -K)，微觀結(jié)構(gòu)均勻，無明顯缺陷。
[0149]實施例3
[0150]將平均粒徑為0.6 ii m的碳化硅粉體與5.0wt%BN粉體、0.6wt%B4C粉體和2.0wt%炭黑均勻混合，攪拌均勻，干燥過篩得到混合粉體。在混合粉體中加入塑化劑、水、潤滑劑、分散劑、消泡劑等攪拌均勻，在混煉機中進行真空練泥，陳腐處理。將泥料在真空擠出機上裝置擠出模具進行擠出成型，當(dāng)管材坯體穩(wěn)定時，安置封口件。其中通氣孔的直徑為1.0mm,半球形塑料堵頭的直徑為2.0mm,排泥孔的直徑為1.5mm。擠出管材外徑為30mm,壁厚為
3.0_，表面光滑，封口均勻。將擠出成型后的碳化硅熱電偶保護套管坯體進行干燥，高溫?zé)崽幚淼玫教蓟杼沾?。致密度達95.8%T.D，室溫?zé)釋?dǎo)率達118W(m -K)，微觀結(jié)構(gòu)均勻，無明顯缺陷。
[0151]實施例4
[0152]將平均粒徑為0.6 ii m的碳化硅粉體與5.0wt%TiB2粉體、0.6wt%B4C粉體和3.0wt%炭黑均勻混合，攪拌均勻，干燥過篩得到混合粉體。在混合粉體中加入塑化劑、水、潤滑劑、分散劑、消泡劑等攪 拌均勻，在混煉機中進行真空練泥，陳腐處理。將泥料在真空擠出機上裝置擠出模具進行擠出成型，當(dāng)管材坯體穩(wěn)定時，安置封口件。其中通氣孔的直徑為1.0mm,半球形塑料堵頭的直徑為2.0mm,排泥孔的直徑為1.5mm。擠出管材外徑為40mm,壁厚為
4.0_，表面光滑，封口均勻。將擠出成型后的碳化硅熱電偶保護套管坯體進行干燥，高溫?zé)崽幚淼玫教蓟杼沾伞Ｖ旅芏冗_97.8%T.D，室溫?zé)釋?dǎo)率達132W(m -K)，微觀結(jié)構(gòu)均勻，無明顯缺陷。
[0153]實施例5
[0154]將平均粒徑為0.6 ii m的碳化硅粉體與10.0wt%ZrB2粉體、0.8wt%B4C粉體和
2.5wt%炭黑均勻混合，攪拌均勻，干燥過篩得到混合粉體。在混合粉體中加入塑化劑、水、潤滑劑、分散劑、消泡劑等攪拌均勻，在混煉機中進行真空練泥，陳腐處理。將泥料在真空擠出機上裝置擠出模具進行擠出成型，當(dāng)管材坯體穩(wěn)定時，安置封口件。其中通氣孔的直徑為
1.0mm,半球形塑料堵頭的直徑為2.0mm,排泥孔的直徑為1.5_。擠出管材外徑為20mm,壁厚為2.0_，表面光滑，封口均勻。將擠出成型后的碳化硅熱電偶保護套管坯體進行干燥，高溫?zé)崽幚淼玫教蓟杼沾?。致密度達98.7%T.D，室溫?zé)釋?dǎo)率達140W(m -K)，微觀結(jié)構(gòu)均勻，無明顯缺陷。
[0155]實施例6
[0156]將平均粒徑為0.6 ii m的碳化硅粉體與5.0wt%MoSi2、5.0wt%TiB2粉體、0.6wt%B4C粉體和2.0wt%炭黑均勻混合，攪拌均勻，干燥過篩得到混合粉體。在混合粉體中加入塑化劑、水、潤滑劑、分散劑、消泡劑等攪拌均勻，在混煉機中進行真空練泥，陳腐處理。將泥料在真空擠出機上裝置擠出模具進行擠出成型，當(dāng)管材坯體穩(wěn)定時，安置封口件。其中通氣孔的直徑為1.0mm,半球形塑料堵頭的直徑為2.0mm,排泥孔的直徑為1.5mm。擠出管材外徑為15mm，壁厚為1.5mm，表面光滑，封口均勻。將擠出成型后的碳化硅熱電偶保護套管坯體進行干燥，高溫?zé)崽幚淼玫教蓟杼沾伞Ｖ旅芏冗_99.2%T.D，室溫?zé)釋?dǎo)率達135W(m -K)，微觀結(jié)構(gòu)均勻，無明顯缺陷。
[0157]結(jié)論
[0158]從實施例來看，本發(fā)明提供了本領(lǐng)域迫切需要開發(fā)的一種具有優(yōu)異的耐高溫和耐腐蝕性能，與其他材料熱電偶保護管相比，熱導(dǎo)率高，溫度相應(yīng)速度快，能夠廣泛應(yīng)用于各種強酸強堿、高溫蒸汽、熔融金屬等苛刻環(huán)境下的測溫的碳化硅陶瓷熱電偶保護管；還提供了一種生產(chǎn)效率高，特別適用于工業(yè)連續(xù)化生產(chǎn)的碳化硅陶瓷熱電偶保護管的制備方法。
[0159]在優(yōu)選實施方式中MoSi2、BN、TiB2、ZrB2或其復(fù)合粉體還能夠提高材料電絕緣性或耐金屬侵蝕性能。
[0160]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用以限定本發(fā)明的實質(zhì)技術(shù)內(nèi)容范圍，本發(fā)明的實質(zhì)技術(shù)內(nèi)容是廣義地定義于申請的權(quán)利要求范圍中，任何他人完成的技術(shù)實體或方法，若是與申請的權(quán)利要求范圍所定義的完全相同，也或是一種等效的變更，均將被視為涵蓋于該權(quán)利要求范圍之中。[0161]在本發(fā)明提及的所有文獻都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻被單獨引用作為參考那樣。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的上述內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種碳化硅陶瓷熱電偶保護管，其中，所述碳化硅陶瓷熱電偶保護管的材料由包括如下原料進行擠出成型和高溫?zé)Y(jié)制得: -亞微米級碳化硅粉體； -以所述亞微米級碳化硅粉體的重量的O~15wt%的第二相粉體，所述第二相粉體為MoSi2, BN、TiB2, ZrB2 或其復(fù)合粉體； -適量的燒結(jié)助劑；所述燒結(jié)助劑采用固相燒結(jié)助劑體系，選自B4C-C體系或C-B體系。
2.如權(quán)利要求1所述的碳化硅陶瓷熱電偶保護管，其中，所述碳化硅陶瓷熱電偶保護管的材料由如下組成的原料進行擠出成型和高溫?zé)Y(jié)制得: -亞微米級碳化硅粉體； -以所述亞微米級碳化硅粉體的重量的0~15wt%的第二相粉體，所述第二相粉體為MoSi2, BN、TiB2, ZrB2 或其復(fù)合粉體； -適量的燒結(jié)助劑；所述燒結(jié)助劑采用固相燒結(jié)助劑體系，選自B4C-C體系或C-B體系。
3.如權(quán)利要求1所述的碳化硅陶瓷熱電偶保護管，其特征在于，所述的亞微米級碳化硅粉體平均粒徑為0.2~5.0 ii m。
4.如權(quán)利要求1所述的碳化硅陶瓷熱電偶保護管，其特征在于，所述第二相粉體的含量為5~10wt%,以亞微米級碳化娃粉體的總重量計。
5.如權(quán)利要求1所述的碳化硅陶瓷熱電偶保護管，其特征在于，所述B4C-C體系或C-B體系中， 所述的B4C或B的含量為0.3~1.5wt%,以亞微米級碳化娃粉體的總重量計；` 所述的C的含量為0.5~6wt%,以亞微米級碳化娃粉體的總重量計。
6.如權(quán)利要求1所述的碳化硅陶瓷熱電偶保護管，其特征在于，所述原料進行擠出成型時，采用如下步驟: 將如權(quán)利要求1所述的原料混合，得到混合粉體； 在上述得到的混合粉體中加入塑化劑、水、潤滑劑、分散劑、消泡劑和其他適用的助劑進行攪拌均勻，在混煉機中進行真空練泥和陳腐處理；得到混合物料； 所述混合物料利用螺桿式擠出機進行連續(xù)擠出成型，得到碳化硅陶瓷熱電偶保護管的管材坯體。
7.—種如權(quán)利要求1所述的碳化硅陶瓷熱電偶保護管的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 提供如權(quán)利要求1所述的原料； 所述原料進行擠出成型，得到碳化硅陶瓷熱電偶保護管的管材坯體； 所述管材坯體經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)制得所述碳化硅陶瓷熱電偶保護管。
8.—種陶瓷熱電偶保護管擠出成型用的模具，其特征在于，所述模具具有端頭封口。
9.如權(quán)利要求8所述的模具，其特征在于，該擠出封口模具主要有(I)擠出芯、(II)連接件、(III)外模套、(IV)封口件組合而成。
10.一種如權(quán)利要求8所述的陶瓷熱電偶保護管擠出成型用的模具在制備碳化硅陶瓷熱電偶保護管中的應(yīng)用。
【文檔編號】C04B35/565GK103739289SQ201310753557
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】閆永杰, 黃政仁, 劉學(xué)建, 陳忠明 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所