技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及到非氧化物陶瓷噴霧造粒的方法，特別涉及到碳化物陶瓷的噴霧造粒方法。
背景技術(shù)
[0002] 非氧化物陶瓷（如碳化物、氮化物）是先進結(jié)構(gòu)陶瓷中的一大類重要陶瓷，其性能優(yōu)越，尤其是在特種領(lǐng)域具有著極其重要的作用，并且在未來高技術(shù)領(lǐng)域?qū)缪葜又匾慕巧?。尤其是碳化物陶瓷，如碳化硼，碳化硅，碳化鎢，碳化鉻等，以其高硬度、耐磨及耐化學腐蝕，受到越來越廣泛的關(guān)注，在磨具、各種耐腐蝕用容器及管道、以及機械工業(yè)軸承、切削刀具和機械密封部件得到應用。
[0003] 這類陶瓷以共價鍵為主，結(jié)合強度很高，不易制備，或其高性能產(chǎn)品的制備需要花費高昂的成本，不利于規(guī)?；a(chǎn)。作為高性能陶瓷生產(chǎn)過程中的重要一環(huán)，成型受到極大地關(guān)注。優(yōu)良的成型工藝，可獲得高致密而且均勻的陶瓷素坯，有利于獲得高性能、大尺寸的陶瓷制品。而噴霧造?？蔀閮?yōu)異的成型工藝奠定良好的基礎(chǔ)。
[0004] 專利號為20110312447.9的中國專利公開了碳化硼粉體的噴霧干燥造粒方法，包括如下步驟：將各原料按照以下重量百分比的比例配置：碳化硼微粉30-69%，碳粉0.5-15%，碳化硅粉0-15%，分散劑0-8%，粘結(jié)劑0.1-10%，消泡劑0-10%，水30-69%，然后置入球磨機內(nèi)；控制球磨混料時間、球磨機轉(zhuǎn)速、球料，制得適于噴霧有干燥造粒的漿料；將漿料直接噴入噴霧干燥造粒機中，通過控制漿料進口、出口溫度以及壓力或離心轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速，使碳化硼漿料干燥成為碳化硼造粒料。本發(fā)明的噴霧干燥方法具有產(chǎn)量高、成本低、造粒料成型性能好等特點，所制碳化硼造粒料適宜制備高性能的常壓燒結(jié)碳化硼陶瓷。 發(fā)明內(nèi)容
[0005] 本發(fā)明提供了一種具有產(chǎn)量高，造粒成型性好的陶瓷噴霧干燥方法，工藝簡單，有利于后續(xù)高密度素坯的獲得及致密陶瓷的制備。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是： 步驟一，配料：將非氧化物材料粉體、碳粉、分散劑、粘結(jié)劑和水按以下質(zhì)量百分比配料：非氧化物粉體35%-65%，碳粉0-3%，分散劑0-4%，粘結(jié)劑0.05-4.5%，去離子水30-60%%；步驟二，采用球磨、高速攪拌或超聲分散的方式將步驟一中的原料制成穩(wěn)定的陶瓷漿料，得到的漿料的粘度不大于5dpa.s；
步驟三，噴霧干燥造粒，將步驟二中制備的漿料通過蠕動泵控制進料速度加入噴霧干燥造粒機中，通過控制漿料進口、出口溫度以及壓力，制得碳化硼造粒料；
所述非氧化物陶瓷為碳化物陶瓷和氮化物陶瓷；
進一步地，所述碳化物陶瓷包括碳化硅、碳化硼、碳化鈦、碳化鎢、碳化鉻陶瓷，氮化物陶瓷包括氮化硅、氮化鋁、氮化硼陶瓷；
更進一步地，步驟一中所用粘結(jié)劑為異丁烯類聚合物、酚醛樹脂和聚乙烯醇縮丁醛，異丁烯類聚合物的分子量不低于5500；
步驟一中的燒結(jié)助劑為碳粉，鎳粉，鐵粉，碳化硅，鋁粉，二氧化硅粉，氧化鎂粉或者氧化釔粉；
所述步驟一中非氧化物粉體粒徑 D50不大于40μm。
[0006] 該方法中，將非氧化物陶瓷粉體與燒結(jié)助劑、粘結(jié)劑、分散劑等通過高速攪拌分散、超聲或球磨混合，配制成流動性良好的均一漿料，然后通過物料泵直接通入離心噴霧造粒機或壓力式噴霧塔內(nèi)，通過控制進出口溫度等工藝參數(shù)獲得噴霧造粒料。[0007] 本發(fā)明中，所采用的陶瓷（碳化硼、碳化硅等）粉體粒徑 D50不大于40μm，純度≥99.0%。采用加入少量碳粉，鎳粉，鐵粉，碳化硅，鋁粉，二氧化硅粉，氧化鎂粉或者氧化釔粉作為燒結(jié)助劑，其加入量為0-3%。粘結(jié)劑主要是異丁烯類聚合物、酚醛樹脂和聚乙烯醇縮丁醛。分散劑0-4%，粘結(jié)劑0.05-4.5%，去離子水30-60%。采用異丁烯類聚合物作為粘結(jié)劑時，漿料粘度相對較低，與適當分散劑（磷酸鋁，四甲基氫氧化銨）配合，獲得的可用于噴霧造粒漿料固含量可達到65wt%。
附圖說明
[0008] 圖1 本發(fā)明中的造粒料的光學顯微鏡圖像圖2 本發(fā)明中的熱壓B4C陶瓷顯微結(jié)構(gòu)
具體實施方式
[0009] 下列實施例中采用的市售原料，噴霧造粒為行業(yè)常規(guī)設(shè)備。下面將通過實施例進一步描述本發(fā)明，但不僅僅局限于實施例。
[0010] 實施例1：將碳化鈦粉850g(D50=1.0μm)，鐵粉20g，鋁粉28.57g，異丁烯類聚合物（分子量為
5500）48.57g，去離子水1457.14g，四甲基氫氧化銨24.29g，放入球磨罐內(nèi)，球磨8小時，得到PH=9-10，粘度不大于6dpa.s的漿料。將漿料經(jīng)蠕動泵送入到噴霧干燥造粒機的離心轉(zhuǎn)盤，離心轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為9600rpm，進風口溫度為230oC，出風口溫度為140oC。冷卻后收集造粒料，過80目篩網(wǎng)，得到含水率為1.13%的造粒料。
[0011] 將造粒料充入模具中，經(jīng)180MPa等靜壓成型，得到Φ60mm×6mm的樣品，密度為3
2.95g/cm。放入熱壓模具，放入碳管爐內(nèi)，于1380oC，氬氣氣氛下燒結(jié)半小時，得到的碳化
3
鈦燒結(jié)體密度為4.86g/cm。
[0012] 實施例2：將碳化鎢粉4900g(D50=3.37μm)，碳粉75.38 g，磷酸鋁150.77 g，聚乙烯醇丁醛50g，聚乙二醇50g，聚丙烯酸50.77g，去離子水2261.54g，高速攪拌分散2小時。將漿料經(jīng)蠕動泵送入到噴霧干燥造粒機的離心轉(zhuǎn)盤，離心轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為6400rpm，進風口溫度為230oC，出風口溫度為130oC。冷卻后收集造粒料，過80目篩網(wǎng)，得到含水率為1.2%的造粒料。
[0013] 將造粒料充入模具中，經(jīng)120MPa壓力成型，得到30mm×30mm×6mm的樣品，密度為3
9.07g/cm。放入碳管爐內(nèi)，于1350oC，100MPa，熱壓燒結(jié)1小時。燒結(jié)制品密度為15.52g/
3
cm。
[0014] 實施例3：將碳化硼粉1000g(D50=0.8μm)，鎳粉33.33g,聚乙烯醇20g，聚乙二醇26g，聚丙烯酸
26.67g，磷酸鋁66.67g，去離子水500g，高速攪拌分散5小時，粘度不大于5dpa.s的漿料。
將漿料經(jīng)蠕動泵送入到壓力式噴霧干燥塔內(nèi)，噴霧壓力為2.0MPa，進風口溫度為230oC，出風口溫度為130oC。冷卻后收集造粒料，過80目篩網(wǎng)，得到含水率為0.97%的球形造粒料。
[0015] 將造粒料充入模具中，經(jīng)250MPa等靜壓成型，得到60mm×60mm×6mm的樣品，密度3
為1.42g/cm。放入熱壓模具，放入碳管爐內(nèi)，于1925oC，25MPa，熱壓燒結(jié)1小時。燒結(jié)制
3
品密度為2.49g/cm，硬度3252HV0.3。
[0016] 實施例4：將碳化鉻粉940g(D50=15μm)，異丁烯類聚合物56.4 g ，磷酸鋁37.6g，去離子水
846g，放入球磨罐內(nèi)球磨5小時。將漿料經(jīng)蠕動泵送入到壓力式噴霧干燥塔內(nèi)，噴霧壓力為
1.0MPa，進風口溫度為260oC，出風口溫度為140oC。冷卻后收集造粒料，過80目篩網(wǎng)，得到含水率為1.12%的球形造粒料。
[0017] 將造粒料充入模具中，經(jīng)180MPa等靜壓成型，得到Φ60mm×6mm的樣品，密度為3 3
3.79g/cm。放入碳管爐內(nèi)，于1450oC，氬氣氣氛下燒結(jié)半小時，燒結(jié)制品密度為6.70g/cm。 [0018] 實施例5：
將氮化硼粉960g(D50=1.5μm)，SiO2粉末（D50=1μm）52.36g，異丁烯類聚合物（分子量為5500）0.87g，去離子水749.67g，高速攪拌分散3小時，粘度不大于5.5dpa.s的漿料。
將漿料經(jīng)蠕動泵送入到壓力式噴霧干燥塔內(nèi)，噴霧壓力為1.0MPa，進風口溫度為260oC，出風口溫度為140oC。冷卻后收集造粒料，過80目篩網(wǎng)，得到含水率為1.09%的球形造粒料。
[0019] 將造粒料充入模具中，經(jīng)250MPa等靜壓成型，得到60mm×60mm×6mm的樣品，密度3
為1.41g/cm。放入熱壓模具內(nèi)，于碳管爐中，N2氣氛下， 1750oC，35MPa，熱壓燒結(jié)1小時。
3
燒結(jié)制品密度為 2.18 g/cm。
[0020] 實施例6：將碳化硅粉960g(D50=0.45μm)，酚醛樹脂22.73g，B4C微粉10g，聚乙烯醇12.73g，正丁醇20g，去離子水1090.91g，采用超聲輔助實驗室攪拌器分散，攪拌轉(zhuǎn)速600rpm，分散5小時，獲得均勻分散的SiC漿料。漿料經(jīng)蠕動泵送入到壓力式噴霧干燥塔內(nèi)，噴霧壓力為
1.5MPa，進風口溫度為260oC，出風口溫度為130oC。冷卻后收集造粒料，過60目篩網(wǎng)，得到含水率為0.92%的造粒料。
[0021] 將造粒料充入金屬模具中，經(jīng)30MPa壓力成型，然后在180MPa壓力下等靜壓成型，3
得到素坯密度為2.03g/cm。真空爐內(nèi)2050oC燒制1.5小時，得到的SiC燒結(jié)體密度為
3
3.20g/cm，三點抗彎強度為446MPa。
[0022] 實施例7：將氮化硅粉980g(D50=0.6μm)，MgO粉53.26g，PVA30g，正丁醇23.26g，，磷酸鋁,63.91g，去離子水980g，采用超聲輔助實驗室攪拌器分散，攪拌轉(zhuǎn)速600rpm，分散2小時，獲得均勻分散的氮化硅漿料。漿料經(jīng)蠕動泵送入到壓力式噴霧干燥塔內(nèi)，噴霧壓力為
1.0MPa，進風口溫度為260oC，出風口溫度為150oC。冷卻后收集造粒料，過60目篩網(wǎng)，得到含水率為1.03%的造粒料。
[0023] 將造粒料充入金屬模具中，經(jīng)30MPa壓力成型，然后在180MPa壓力下等靜壓成型，3
得到素坯密度為1.82g/cm。0.1MPa N2氣壓力下，1750oC燒制1小時，得到的氮化硅燒結(jié)
3
體密度為 3.06g/cm，三點抗彎強度為470MPa。
[0024] 實施例8：將氮化鋁粉990g(D50=1.0μm)，Y2O3粉末44g，聚乙二醇99g，磷酸鋁77g,去離子水
990g，高速攪拌分散2小時，粘度不大于5.6dpa.s的漿料。將漿料經(jīng)蠕動泵送入到壓力式噴霧干燥塔內(nèi)，噴霧壓力為1.0MPa，進風口溫度為260oC，出風口溫度為150oC。冷卻后收集造粒料，過80目篩網(wǎng)，得到含水率為1.10%的球形造粒料。
[0025] 將造粒料充入模具中，經(jīng)250MPa等靜壓成型，得到60mm×60mm×6mm的樣品，密度3
為1.84g/cm。放入碳管爐內(nèi)，于1800oC，氬氣氣氛下燒結(jié)1小時，燒結(jié)制品密度為3.12g/
3
cm。
[0026] 實施例9：將氮化鋁粉990g(D50=1.0μm)，Y2O3粉末44g，異丁烯類聚合物（分子量為90000）99g，磷酸鋁77g,去離子水990g，高速攪拌分散2小時，粘度不大于5.6dpa.s的漿料。將漿料經(jīng)蠕動泵送入到壓力式噴霧干燥塔內(nèi)，噴霧壓力為1.0MPa，進風口溫度為260oC，出風口溫度為150oC。冷卻后收集造粒料，過80目篩網(wǎng)，得到含水率為1.10%的球形造粒料。
[0027] 將造粒料充入模具中，經(jīng)250MPa等靜壓成型，得到60mm×60mm×6mm的樣品。 [0028] 實施例10將碳化鎢粉4900g(D50=3.37μm)，碳粉75.38 g，磷酸鋁150.77 g，異丁烯類聚合物（分子量為160000）150.77g，去離子水2261.54g，高速攪拌分散2小時。將漿料經(jīng)蠕動泵送入到噴霧干燥造粒機的離心轉(zhuǎn)盤，離心轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為6400rpm，進風口溫度為230oC，出風口溫度為130oC。冷卻后收集造粒料，過80目篩網(wǎng)，得到含水率為1.2%的造粒料。

[0029] 將造粒料充入模具中，經(jīng)120MPa壓力成型，得到30mm×30mm×6mm的樣品。

專利標題： 非氧化物陶瓷粉體的噴霧造粒方法
專利標題（英）：Spray granulation method of non-oxide ceramic powder
申請?zhí)枺篊N201310042714.4 申請日：2013-02-04
公開(公告)號：CN103172380A 公開(公告)日：2013-06-26
發(fā)明人 ： 張福軍
申請人： 常熟華融太陽能新型材料科技有限公司
申請人地址： 江蘇省蘇州市常熟市東南經(jīng)濟開發(fā)區(qū)金都路8號
專利權(quán)人： 常熟華融太陽能新型材料科技有限公司
當前專利權(quán)人： 常熟佳合高級陶瓷材料有限公司