一種研磨介質(zhì)用碳化硅陶瓷及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種研磨介質(zhì)用碳化硅陶瓷及其制備方法，屬于陶瓷生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化硅陶瓷由于其硬度高的特點而被廣泛用于耐磨機械零件中，特別是球磨機中的研磨介質(zhì)。球磨機中所用的磨介對研磨效率有著重要的影響，磨介的硬度高、韌性好能夠保證研磨效率高、摻雜少的要求，并且碳化硅陶瓷還具有優(yōu)良的耐酸堿腐蝕、磨損率小、使用壽命長和良好的力學(xué)性能，但是由于其設(shè)備和技術(shù)工藝的不成熟大大限制了其應(yīng)用性，本發(fā)明通過復(fù)合化改善陶瓷的加工性能，并且引進短切碳纖維提高碳化硅的力學(xué)性能，提高材料的斷裂韌性，提高素坯的強度和致密度，抑制素坯制備中各種缺陷的產(chǎn)生，滿足機械加工要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種研磨介質(zhì)用碳化硅陶瓷及其制備方法。
[0004]為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明通過以下方案實施:
一種研磨介質(zhì)用碳化硅陶瓷及其制備方法，由下列重量份的原料制成:碳化硅68-78、碳化鎢3-5、短切碳纖維預(yù)分散體12-14、燒結(jié)助劑3-4、鎂橄欖石粉5-7、鋁粉3-4、聚乙烯醇2-3、硬脂酸鎂2-3、硅酸鈣1-2、硼酸鋅3-4、去離子水70-80 ；
所述燒結(jié)助劑是由10-15重量份的氧化鋁、8-12重量份的硼化鋯、15-20重量份的碳粉混合研磨成200-300目粉末，加入0.4-0.8重量份的亞甲基雙丙烯酰胺和10-15重量份的乙醇溶液混合攪拌均勻，加熱蒸去溶劑在10-15MPa下壓制成胚料，然后于600-800° C下干燥粉碎成150-200目粉末即可。
[0005]本發(fā)明所述短切碳纖維預(yù)分散體的制備方法為:將碳纖維短切為長度在l_3mm，在500-600° C下低溫氧化1-2小時，再將其浸入體積比為3:7的稀硝酸和丙酮的混合溶液中，浸泡1-2天后用去離子水反復(fù)沖洗表面直至溶液呈中性，烘干后采用溶膠-凝膠法在碳纖維表面形成氧化鋯涂層，再將該碳纖維完全浸入水中，超聲波分散10-20分鐘，再加入碳纖維0.3-0.5倍重量份的0P-10乳化劑，繼續(xù)超聲分散1-2小時即可。
[0006]本發(fā)明所述一種研磨介質(zhì)用碳化硅陶瓷及其制備方法，由以下具體步驟制成:
(1)將碳化硅、碳化鎢、鎂橄欖石粉、鋁粉和去離子水混合加到球磨罐中，以高純度氧化鋁磨球球磨2-3小時，再加入除短切碳纖維預(yù)分散體之外其余剩余的成分以300-400轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進行濕法混合，混合1-2小時；
(2)將短切碳纖維預(yù)分散體加到步驟(I)中，轉(zhuǎn)速降低至100-200轉(zhuǎn)/分，繼續(xù)球磨1-2小時，將混合均勻的漿料在室溫下抽氣緩慢加到金屬模具中，然后置于保溫箱中于80° C下保溫30-50分鐘后脫模，在室溫下自然干燥至重量不再減少；
(3)將步驟(2)得到的碳化硅陶瓷素坯置入反應(yīng)燒結(jié)爐中，將燒結(jié)爐抽真空，以20-25° C/min升溫至1600-1700° C，恒溫保持3_5小時，試樣隨爐冷卻即可得到。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點是:本發(fā)明添加的短切碳纖維提高碳化硅的力學(xué)性能，提高陶瓷的斷裂韌性，提高素坯的強度和致密度，滿足機械加工要求，本發(fā)明通過多組配方體系實驗找到精確的原料配比，在燒結(jié)助劑的作用下制備出較高的強度、硬度、耐酸堿腐蝕和良好的力學(xué)性能的陶瓷，作為研磨介質(zhì)材料具有良好的應(yīng)用前景。
[0008]具體實施方案
下面通過具體實例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0009]一種研磨介質(zhì)用碳化硅陶瓷及其制備方法，由下列重量份(公斤)的原料制成??碳化硅75、碳化鎢5、短切碳纖維預(yù)分散體14、燒結(jié)助劑4、鎂橄欖石粉7、鋁粉4、聚乙烯醇3、硬脂酸鎂2、硅酸鈣1、硼酸鋅4、去離子水80 ;
所述燒結(jié)助劑是由15重量份的氧化鋁、8重量份的硼化鋯、18重量份的碳粉混合研磨成300目粉末，加入0.6重量份的亞甲基雙丙烯酰胺和15重量份的乙醇溶液混合攪拌均勻，加熱蒸去溶劑在12MPa下壓制成胚料，然后于700° C下干燥粉碎成200目粉末即可。
[0010]本發(fā)明所述短切碳纖維預(yù)分散體的制備方法為:將碳纖維短切為長度在3mm，在600° C下低溫氧化2小時，再將其浸入體積比為3:7的稀硝酸和丙酮的混合溶液中，浸泡I天后用去離子水反復(fù)沖洗表面直至溶液呈中性，烘干后采用溶膠-凝膠法在碳纖維表面形成氧化鋯涂層，再將該碳纖維完全浸入水中，超聲波分散20分鐘，再加入碳纖維0.5倍重量份的0P-10乳化劑，繼續(xù)超聲分散2小時即可。
[0011]本發(fā)明所述一種研磨介質(zhì)用碳化硅陶瓷及其制備方法，由以下具體步驟制成:
(1)將碳化硅、碳化鎢、鎂橄欖石粉、鋁粉和去離子水混合加到球磨罐中，以高純度氧化鋁磨球球磨3小時，再加入除短切碳纖維預(yù)分散體之外其余剩余的成分以400轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進行濕法混合，混合2小時；
(2)將短切碳纖維預(yù)分散體加到步驟(I)中，轉(zhuǎn)速降低至100轉(zhuǎn)/分，繼續(xù)球磨I小時，將混合均勻的漿料在室溫下抽氣緩慢加到金屬模具中，然后置于保溫箱中于80° C下保溫50分鐘后脫模，在室溫下自然干燥至重量不再減少；
(3)將步驟(2)得到的碳化硅陶瓷素坯置入反應(yīng)燒結(jié)爐中，將燒結(jié)爐抽真空，以20°C/min升溫至1600° C，恒溫保持4小時，試樣隨爐冷卻即可得到。
[0012]本實施例中陶瓷的性能指標結(jié)果如下:
硬度(GPa):40.5 ；
彈性模量(GPa):390 ；
抗折強度(MPa):240 ；
斷裂韌性(Mpa/m1/2):4.55 ；
熱膨脹系數(shù)(10_5/K):2.4 ；
熱傳導(dǎo)率(W/mK):90o
【主權(quán)項】
1.一種研磨介質(zhì)用碳化硅陶瓷及其制備方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成:碳化硅68-78、碳化鎢3-5、短切碳纖維預(yù)分散體12-14、燒結(jié)助劑3-4、鎂橄欖石粉5-7、鋁粉3-4、聚乙烯醇2-3、硬脂酸鎂2-3、硅酸鈣1-2、硼酸鋅3_4、去離子水70-80 ; 所述的燒結(jié)助劑是由10-15重量份的氧化鋁、8-12重量份的硼化鋯、15-20重量份的碳粉混合研磨成200-300目粉末，加入0.4-0.8重量份的亞甲基雙丙烯酰胺和10-15重量份的乙醇溶液混合攪拌均勻，加熱蒸去溶劑在10-15MPa下壓制成胚料，然后于600-800° C下干燥粉碎成150-200目粉末即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種研磨介質(zhì)用碳化硅陶瓷及其制備方法，其特征在于，所述短切碳纖維預(yù)分散體的制備方法為:將碳纖維短切為長度在1-3_，在500-600° C下低溫氧化1-2小時，再將其浸入體積比為3:7的稀硝酸和丙酮的混合溶液中，浸泡1-2天后用去離子水反復(fù)沖洗表面直至溶液呈中性，烘干后采用溶膠-凝膠法在碳纖維表面形成氧化鋯涂層，再將該碳纖維完全浸入水中，超聲波分散10-20分鐘，再加入碳纖維0.3-0.5倍重量份的OP-1O乳化劑，繼續(xù)超聲分散1-2小時即可。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種研磨介質(zhì)用碳化硅陶瓷及其制備方法，其特征在于，由以下具體步驟制成: (1)將碳化硅、碳化鎢、鎂橄欖石粉、鋁粉和去離子水混合加到球磨罐中，以高純度氧化鋁磨球球磨2-3小時，再加入除短切碳纖維預(yù)分散體之外其余剩余的成分以300-400轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進行濕法混合，混合1-2小時； (2)將短切碳纖維預(yù)分散體加到步驟(I)中，轉(zhuǎn)速降低至100-200轉(zhuǎn)/分，繼續(xù)球磨1-2小時，將混合均勻的漿料在室溫下抽氣緩慢加到金屬模具中，然后置于保溫箱中于80° C下保溫30-50分鐘后脫模，在室溫下自然干燥至重量不再減少； (3)將步驟(2)得到的碳化硅陶瓷素坯置入反應(yīng)燒結(jié)爐中，將燒結(jié)爐抽真空，以20-25° C/min升溫至1600-1700° C，恒溫保持3_5小時，試樣隨爐冷卻即可得到。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種研磨介質(zhì)用碳化硅陶瓷及其制備方法，其特征在于，由下列重量份的原料制成：碳化硅68-78、碳化鎢3-5、短切碳纖維預(yù)分散體12-14、燒結(jié)助劑3-4、鎂橄欖石粉5-7、鋁粉3-4、聚乙烯醇2-3、硬脂酸鎂2-3、硅酸鈣1-2、硼酸鋅3-4、去離子水70-80；本發(fā)明添加的短切碳纖維提高碳化硅的力學(xué)性能，提高陶瓷的斷裂韌性，提高素坯的強度和致密度，滿足機械加工要求，本發(fā)明通過多組配方體系實驗找到精確的原料配比，在燒結(jié)助劑的作用下制備出較高的強度、硬度、耐酸堿腐蝕和良好的力學(xué)性能的陶瓷，作為研磨介質(zhì)材料具有良好的應(yīng)用前景。
【IPC分類】C04B35-622, C04B35-565, C04B35-80
【公開號】CN104876582
【申請?zhí)枴緾N201510184688
【發(fā)明人】張波
【申請人】鳳陽徽亨商貿(mào)有限公司
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年4月20日