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(jìn)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(xué)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(jī)械工業(yè)軸承、切削刀具和機(jī)械密封部件得到應(yīng)用。
[0003] 這類陶瓷以共價(jià)鍵為主，結(jié)合強(qiáng)度很高，不易制備，或其高性能產(chǎn)品的制備需要花費(fèi)高昂的成本，不利于規(guī)模化生產(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(hào)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(jī)內(nèi)；控制球磨混料時(shí)間、球磨機(jī)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(jī)中，通過控制漿料進(jìn)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(diǎn)，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(dòng)泵控制進(jìn)料速度加入噴霧干燥造粒機(jī)中，通過控制漿料進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(dòng)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(jī)或壓力式噴霧塔內(nèi)，通過控制進(jìn)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(shí)，漿料粘度相對較低，與適當(dāng)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(dá)到65wt%。
附圖說明
[0008] 圖1 本發(fā)明中的造粒料的光學(xué)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(shí)施方式
[0009] 下列實(shí)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(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明，但不僅僅局限于實(shí)施例。
[0010] 實(shí)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(shí)，得到PH=9-10，粘度不大于6dpa.s的漿料。將漿料經(jīng)蠕動(dòng)泵送入到噴霧干燥造粒機(jī)的離心轉(zhuǎn)盤，離心轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為9600rpm，進(jìn)風(fēng)口溫度為230oC，出風(fēng)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(shí)，得到的碳化
3
鈦燒結(jié)體密度為4.86g/cm。
[0012] 實(shí)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(shí)。將漿料經(jīng)蠕動(dòng)泵送入到噴霧干燥造粒機(jī)的離心轉(zhuǎn)盤，離心轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為6400rpm，進(jìn)風(fēng)口溫度為230oC，出風(fēng)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(shí)。燒結(jié)制品密度為15.52g/
3
cm。
[0014] 實(shí)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(shí)，粘度不大于5dpa.s的漿料。
將漿料經(jīng)蠕動(dòng)泵送入到壓力式噴霧干燥塔內(nèi)，噴霧壓力為2.0MPa，進(jìn)風(fēng)口溫度為230oC，出風(fēng)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(shí)。燒結(jié)制
3
品密度為2.49g/cm，硬度3252HV0.3。
[0016] 實(shí)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(shí)。將漿料經(jīng)蠕動(dòng)泵送入到壓力式噴霧干燥塔內(nèi)，噴霧壓力為
1.0MPa，進(jìn)風(fēng)口溫度為260oC，出風(fēng)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(shí)，燒結(jié)制品密度為6.70g/cm。 [0018] 實(shí)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(shí)，粘度不大于5.5dpa.s的漿料。
將漿料經(jīng)蠕動(dòng)泵送入到壓力式噴霧干燥塔內(nèi)，噴霧壓力為1.0MPa，進(jìn)風(fēng)口溫度為260oC，出風(fēng)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(shí)。
3
燒結(jié)制品密度為 2.18 g/cm。
[0020] 實(shí)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(shí)驗(yàn)室攪拌器分散，攪拌轉(zhuǎn)速600rpm，分散5小時(shí)，獲得均勻分散的SiC漿料。漿料經(jīng)蠕動(dòng)泵送入到壓力式噴霧干燥塔內(nèi)，噴霧壓力為
1.5MPa，進(jìn)風(fēng)口溫度為260oC，出風(fēng)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(shí)，得到的SiC燒結(jié)體密度為
3
3.20g/cm，三點(diǎn)抗彎強(qiáng)度為446MPa。
[0022] 實(shí)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(shí)驗(yàn)室攪拌器分散，攪拌轉(zhuǎn)速600rpm，分散2小時(shí)，獲得均勻分散的氮化硅漿料。漿料經(jīng)蠕動(dòng)泵送入到壓力式噴霧干燥塔內(nèi)，噴霧壓力為
1.0MPa，進(jìn)風(fēng)口溫度為260oC，出風(fēng)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(shí)，得到的氮化硅燒結(jié)
3
體密度為 3.06g/cm，三點(diǎn)抗彎強(qiáng)度為470MPa。
[0024] 實(shí)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(shí)，粘度不大于5.6dpa.s的漿料。將漿料經(jīng)蠕動(dòng)泵送入到壓力式噴霧干燥塔內(nèi)，噴霧壓力為1.0MPa，進(jìn)風(fēng)口溫度為260oC，出風(fēng)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(shí)，燒結(jié)制品密度為3.12g/
3
cm。
[0026] 實(shí)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(shí)，粘度不大于5.6dpa.s的漿料。將漿料經(jīng)蠕動(dòng)泵送入到壓力式噴霧干燥塔內(nèi)，噴霧壓力為1.0MPa，進(jìn)風(fēng)口溫度為260oC，出風(fēng)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(shí)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(shí)。將漿料經(jīng)蠕動(dòng)泵送入到噴霧干燥造粒機(jī)的離心轉(zhuǎn)盤，離心轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為6400rpm，進(jìn)風(fēng)口溫度為230oC，出風(fēng)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(biāo)題： 非氧化物陶瓷粉體的噴霧造粒方法
專利標(biāo)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(hào)：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(jì)開發(fā)區(qū)金都路8號(hào)
專利權(quán)人： 常熟華融太陽能新型材料科技有限公司
當(dāng)前專利權(quán)人： 常熟佳合高級陶瓷材料有限公司