一種制備反應(yīng)燒結(jié)碳化硅含碳多孔素坯的水基流延方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種含碳多孔陶瓷素坯的水基流延方法，屬于流延成型工藝領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]反應(yīng)燒結(jié)碳化硅是一種重要的工程陶瓷材料:主要是讓含碳多孔素坯與具有反應(yīng)活性的硅(或硅合金)反應(yīng)生成碳化硅陶瓷。其優(yōu)點(diǎn)在于制備工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)溫度低，能夠近凈尺寸制備形狀復(fù)雜、高致密度樣品等。反應(yīng)燒結(jié)碳化硅的工藝關(guān)鍵是含碳多孔素坯的制備。
[0003]含碳多孔素坯的成型方法較多，主要分為干法成型和濕法成型兩大類。其中干法成型很難控制素坯的結(jié)構(gòu)均勻性，易在素坯中形成缺陷，不利于優(yōu)化提升燒結(jié)體的性能。濕法成型可有效避免上述缺點(diǎn):素坯的結(jié)構(gòu)可以在成型過程中調(diào)控，有利于得到結(jié)構(gòu)均勻、性能優(yōu)異的燒結(jié)體，并且可以近凈尺寸制備復(fù)雜形狀的陶瓷制品。流延成型就是一種易于得到厚度可控層狀結(jié)構(gòu)的低成本膠態(tài)成型工藝，并且可以對(duì)陶瓷材料的層狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)控優(yōu)化。
[0004]流延成型根據(jù)引入溶劑的不同可以分為兩類:水基流延成型和非水基流延成型。非水基流延往往需要大量的有毒有機(jī)溶劑，不僅成本高，而且對(duì)人體有害，容易造成環(huán)境污染。而水基流延采用水作為唯一的溶劑，成本低廉，并且無毒無害，環(huán)境友好，越來越被人們研究關(guān)注。
[0005]目前，基于水基流延成型工藝制備含碳多孔素坯的反應(yīng)燒結(jié)碳化硅尚未有報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種水基流延工藝，用來制備反應(yīng)燒結(jié)碳化硅的含碳多孔素坯。
[0007]在此，本發(fā)明提供一種含碳多孔陶瓷素坯的水基流延的方法，包括以下步驟:
(1)將作為陶瓷粉體的碳化硅粉體與炭黑、分散劑、粘結(jié)劑、塑性劑按一定比例在水中分散均勻，球磨后得到陶瓷漿料；
(2)將所得的陶瓷漿料經(jīng)過真空消泡后流延成型成流延膜；
(3)將所得的流延膜干燥、疊層并放入模具，加壓成型后脫模，得到流延膜素坯；
(4)將所得的流延膜素坯于一定溫度保溫脫粘得到孔徑分布均勻的含碳多孔素坯。
[0008]本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單穩(wěn)定，條件易于控制；用水作為流延工藝唯一溶劑，不僅成本低廉，并且無毒無害，環(huán)境友好；近凈尺寸成型，制得的流延膜具備優(yōu)良的強(qiáng)度與韌性，可任意裁剪，可靠性高；通過一系列有機(jī)添加劑的引入，得到穩(wěn)定懸浮、粘度合適的陶瓷漿料，有利于流延成型的順利實(shí)施，同時(shí)，成型后素坯的多孔微觀結(jié)構(gòu)均勻、孔徑分布區(qū)間較窄，方便后續(xù)的滲硅處理，從而有益于制備出高性能的反應(yīng)燒結(jié)碳化硅制品。
[0009]較佳地，步驟⑴包括:將分散劑溶于水，球磨12?24小時(shí)，然后加入1/3質(zhì)量的第一部分陶瓷粉體球磨20?24小時(shí)，然后再加入余下2/3的第二部分陶瓷粉體繼續(xù)球磨20?24小時(shí)，接著加入粘結(jié)劑和塑性劑再球磨20?24小時(shí)，得到適合流延的漿料，在所述陶瓷粉體中，碳化硅和炭黑的質(zhì)量比為1: (0.3?0.5)。
[0010]較佳地，所述分散劑為聚乙烯吡咯烷酮和四甲基氫氧化銨，其加入量分別為炭黑和碳化硅質(zhì)量的5%?10%和2%?4%。
[0011]較佳地，所述粘結(jié)劑為水溶性聚乙烯醇、甲基纖維素、聚丙烯酸乳液、和聚氨酯中的至少一種，其加入量為陶瓷粉體質(zhì)量的8%?12%。
[0012]較佳地，所述塑性劑為聚乙二醇、聚丙二醇、鄰苯二甲酸二丁酯、和鄰苯二甲酸芐丁酯中的至少一種，其加入量為所述粘結(jié)劑質(zhì)量的30%?50%。
[0013]較佳地，所述陶瓷粉體的平均粒徑為0.1?0.5 μ m，所述陶瓷漿料的pH值為8?10。
[0014]較佳地，步驟(2)中，真空消泡時(shí)真空度為1?20Pa。
[0015]較佳地，步驟⑵中，流延成型中刮刀的高度為100?500 μπι。
[0016]較佳地，步驟(3)中，所述加壓成型包括:垂直于流延膜施加10?30MPa的壓力并保壓20?40分鐘。
[0017]較佳地，步驟(4)中，所述一定溫度為600°C?1200°C，脫粘時(shí)的升溫速率為
0.5?5°C /分鐘，保溫時(shí)間為30?90分鐘。
【附圖說明】
[0018]圖1實(shí)施例1所得的漿料的流變特性曲線圖；
圖2實(shí)施例1所得的流延膜素坯疊層后的實(shí)物圖；
圖3實(shí)施例4所得素還脫粘后的SEM圖；
圖4實(shí)施例4所得素坯脫粘后的孔徑分布曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖及下述【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步說明本發(fā)明，應(yīng)理解，下述實(shí)施方式和/或附圖僅用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。
[0020]本發(fā)明提供一種含碳多孔陶瓷素坯的水基流延的方法，其特征在于用水作為流延工藝唯一溶劑。此外，通過一系列有機(jī)添加劑的引入，得到穩(wěn)定懸浮、粘度合適的陶瓷漿料，有利于流延成型的順利實(shí)施。具體而言，將分散劑、陶瓷粉體、粘結(jié)劑、塑性劑在水中分散均勻，球磨后得到粘度合適的，適合于流延成型的陶瓷漿料。經(jīng)過真空消泡，流延成型，干燥后得到均勻光滑的流延膜。
[0021]所述陶瓷粉體為碳化硅和炭黑，兩者的質(zhì)量比可為1: (0.3?0.5)。陶瓷粉體的平均粒徑可為0.1?0.5 μ m。陶瓷粉體與水的體積比可為(30?50): (70?50)。
[0022]所述分散劑可為聚乙烯吡咯烷酮(K29)和四甲基氫氧化銨(TMAH)，其加入量可分別為炭黑和碳化硅質(zhì)量的5%?10%和2%?4%。
[0023]所述粘結(jié)劑可為水溶性聚乙烯醇和/或甲基纖維素和/或聚丙烯酸乳液和/或聚氨酯，其加入量可為陶瓷粉體總質(zhì)量的8%?12%。
[0024]所述增塑劑可為聚乙二醇和/或聚丙二醇和/或鄰苯二甲酸二丁酯和/或鄰苯二甲酸芐丁酯，其加入量可為粘結(jié)劑質(zhì)量的30%?50%。
[0025]陶瓷漿料可以通過球磨或攪拌的制備方法獲得。在一個(gè)優(yōu)選的示例中，通過如下方法制備陶瓷漿料:將分散劑溶于水，球磨12-24h，然后加入1/3質(zhì)量的炭黑和碳化硅陶瓷粉體球磨20-24h，然后再加入余下2/3的陶瓷粉體球磨20-24h，接著加入粘結(jié)劑和塑性劑再球磨20-24h。所述分散劑為聚乙烯吡咯烷酮(K29)和四甲基氫氧化銨(TMAH)，加入量分別為炭黑和碳化硅質(zhì)量的5% -10%和2% -4%。所述粘結(jié)劑為水溶性聚乙烯醇、甲基纖維素、聚丙烯酸乳液或聚氨酯的一種，粘結(jié)劑的固含量為陶瓷粉體質(zhì)量的8%-12%;塑性劑是聚乙二醇、聚丙二醇、鄰苯二甲酸二丁酯或鄰苯二甲酸芐丁酯的一種，塑性劑的固含量是粘結(jié)劑質(zhì)量的30% -50%。
[0026]上述方法制備陶瓷漿料，通過分步加入的方式逐步加入分散劑、陶瓷粉體、粘結(jié)劑和塑性劑等可以增加漿料的固含量，有利于制備出高固含量的流延膜。
[0027]本發(fā)明中，陶瓷漿料的pH值可為8?10，在此pH范圍的陶瓷漿料具有良好的流動(dòng)性能。陶瓷漿料呈現(xiàn)典型的剪切變稀的特性，適合流延成型。
[0028]將制得的漿料經(jīng)過真空消泡后流延成型成流延膜。真空消泡時(shí)真空度可為1?20Pa。流延成型中刮刀的高度可為100?500 μπι。通過調(diào)節(jié)刮刀的高度，可以調(diào)節(jié)流延膜的厚度。本發(fā)明中，流延膜的厚度可為50?300 μπ