一種增韌碳化硅棚板及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種增韌碳化硅棚板及其制備方法，所述增韌碳化硅棚板由以下質量百分比的原料組成：碳化硅顆粒、碳化硅粗粉、碳化硅細粉、碳化硅微粉、石墨烯、復合抗氧化劑、復合結合劑、松香末與SiAlON。本發明專利技術產品抗熱震性能優良，抗氧化、抗熔渣、堿金屬侵蝕性能強，耐沖刷、隔熱保溫性能優異、高溫體積穩定性好的輕質硅磚；可以在棚板內部高度均勻分散，促進燒結，并使得棚板具有更均勻的組織結構，提高制品的強度和抗熱震性能。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種高強度、熱傳導性好、抗熱震性能優異的增韌碳化硅棚板及其制 備方法。
技術介紹
碳化硅基體由于具有良好的化學穩定性、優良的耐磨性和優異的高溫性能，故以 碳化硅為基體的棚板也得到了廣泛的使用，而碳化硅棚板使用過程中的熱脹冷縮，容易造 成斷裂或裂縫。 碳化硅棚板在燒制過程中存在以下缺陷：1)由于體積密度不夠，氣孔率偏大，往往 容易形成最低共熔物并造成粘瓷和表面色斑；2)高溫抗折強度不高，在較高溫度、較大負荷 情況下，棚板變形度大，既影響產品的燒造，又大大縮短了棚板的使用壽命；3)由于抗熱震 性和高溫韌性不夠，故在快速燒成、急冷急熱的窯中，棚板容易在薄弱部斷裂，尤其是在收 縮縫位開裂，或角邊部斷裂。 2004年英國曼徹斯頓大學的Geim和Novoselov通過膠帶剝離高定向石墨獲得了 獨立存在的二維石墨稀（Gra_phene，GN)晶體以來，石墨稀已經成為材料科學領域極受關注 的研究熱點之一。石墨烯，實際上就是單原子層的石墨，它擁有獨特的二維結構和優異的力 學、熱力學、光學和電學性能。 石墨烯是目前世界上最薄卻也是最堅硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，至吸 收2. 3%的光，導熱系數高達5300W/m?k，高于碳納米管和金剛石。石墨稀是一種由碳原子 構成的單層片狀結構的新材料，具有強度高，比表面積大，高化學反應活性，高填充性的特 點。 中國專利公布號CN101928117A，公布日2010年12月29日，名稱為鑄造碳化硅，該 申請案的主要原料為黑碳化硅晶粒、雙酚A型環氧樹脂及添加劑，經過真空伴熱混合、真空 澆鑄、預固化、脫模、固化、工件機加工。其不足之處在于，由于體積密度不夠，氣孔率偏大， 往往容易形成最低共熔物并造成粘瓷和表面色斑；高溫抗折強度不高，在較高溫度、較大負 荷情況下，棚板變形度大，既影響產品的燒造，又大大縮短了棚板的使用壽命；由于抗熱震 性和高溫韌性不夠，故在快速燒成、急冷急熱的窯中，棚板容易在薄弱部斷裂，尤其是在收 縮縫位開裂，或角邊部斷裂。
技術實現思路
本專利技術的目的在于為了解決現有碳化硅棚板抗熱震性和高溫韌性不夠，故在快速 燒成、急冷急熱的窯中，棚板容易在薄弱部斷裂，尤其是在收縮縫位開裂，或角邊部斷裂的 缺陷而提供一種高強度、熱傳導性好、抗熱震性能優異的增韌碳化硅棚板。 本專利技術的另一個目的是為了提供該增韌碳化硅棚板的制備方法。 為了實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案： 一種增韌碳化硅棚板，所述增韌碳化硅棚板由以下質量百分比的原料組成：碳化硅顆 粒30-40%、碳化硅粗粉15-20%、碳化硅細粉14-19%、碳化硅微粉5-10%、石墨烯10-15%、復合 抗氧化劑2-4%、復合結合劑6-8%、松香末0. 2-0. 5%與SiAlONO. 7-1. 5%。在本技術方案中， 石墨烯是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料，具有強度高、比表面積大、高化學 反應活性、高填充性的特點；在增韌碳化硅棚板中加入石墨烯使得增韌碳化硅棚板內部接 觸更加緊密，從而減小燒成時因膨脹產生的應力，防止制品疏松或開裂；石墨烯的高強度保 證了增韌碳化硅棚板的優良的力學性能，同時可以提升增韌碳化硅棚板的抗酸堿腐蝕性能 與抗氧化性能。松香可增加碳化硅棚板的彈性，增加其韌性。 抗熱震性能優良，抗氧化、抗熔渣、堿金屬侵蝕性能強，耐沖刷、隔熱保溫性能優 異、高溫體積穩定性好的輕質硅磚；可以在棚板內部高度均勻分散，促進燒結，并使得棚板 具有更均勻的組織結構，提高制品的強度和抗熱震性能。 作為優選，所述復合抗氧化劑由抗氧劑1010、抗氧劑DLTP與蜂蜜組成，其質量比 為2:2:5。在本技術方案中，蜂蜜本身具有抗氧化性，抗氧劑1010、抗氧劑DLTP的結合具有 協同作用，而蜂蜜在復合抗氧化劑中又起到了潤滑劑的效果，使得抗氧化劑性能更佳。 作為優選，所述結合劑為糠醛樹脂、海藻提取物與聚丙烯酰胺的混合物，糠醛樹 月旨、海藻提取物與聚丙烯酰胺的質量比為5:2:1。 作為優選，海藻提取物的制備方法如下：1)清洗：海藻原料用45-50°C的自來水浸 泡2-3小時，然后清洗干凈； 2) 粉碎、離心：清洗干凈的海藻，真空破碎，加入海藻體積30倍的乙醇與丁二酯溶液浸 泡并煮沸，乙醇與丁二酯的體積比為1: 1，然后離心分離去渣得海藻清液，離心機的轉速為 4000~6000rpm，離心時間為 15_20min; 3) 納濾：將海藻清液用5-10倍體積的純水稀釋，然后用納濾膜進行透析濃縮，海藻 清液透析濃縮至稀釋前體積的〇. 1-0. 2倍得納濾濃縮液，所述納濾膜的截留分子量為 600-700Da； 4) 濃縮干燥：納濾濃縮液進一步真空濃縮至固形物含量為40-60%，然后在噴霧干燥器 中噴霧干燥得含水量2-3%的粉末狀海藻提取物。 作為優選，復合抗氧化劑是將抗氧劑1010、抗氧劑DLTP在蜂蜜中混合，然后在 60-70°C下水浴超聲分散2-5小時得到。 作為優選，碳化硅顆粒的粒徑為1-3厘米，碳化硅粗粉0. 5-15毫米，碳化硅細粉 0. 2-12微米、碳化硅微粉10-100納米。 -種增韌碳化硅棚板的制備方法，所述制備方法包括以下步驟： a) 選料：選取碳化娃顆粒的粒徑為1-3厘米，碳化娃粗粉0. 5-15毫米，碳化娃細粉 0. 2-12微米，碳化硅微粉10-100納米，松香末過400目篩； b) 按照配方重量百分比稱重，將碳化硅顆粒、碳化硅粗粉、碳化硅細粉、碳化硅微粉、石 墨烯、復合抗氧化劑、復合結合劑、松香末混合攪拌，得到混合粉料； c) 將步驟b)得到的混合粉料采用振動成型壓力機進行壓制成型，得到碳化硅素坯； d) 將步驟c)得到的碳化硅素坯在280-320°C下干燥1-3小時，然后在65-85°C下繼續 干燥12-24小時； e) 將步驟d)處理后的碳化硅素坯在真空爐內燒制，溫度2100-2300°C，時間5-10小時， 然后在1750-1850°C下保溫12-16小時，冷卻得到碳化硅棚板半成品； f)使用等離子噴射技術將SiAlON噴涂至步驟e)得到的碳化硅板半成品的表面，厚度 0. 5-0. 8微米，得到增韌碳化硅棚板。在本技術方案中，在碳化硅棚板表面噴涂SiAlON以形 成一層致密的保護膜，進一步提升碳化硅棚板的抗侵蝕性，抗氧化性，抗熱沖擊性。 SiAlON材料的熱膨脹系數低，具有較高的韌性和熱導性，高溫強度高，在使用過程 中不易產生熱應力，制得的增韌碳化硅棚板的抗熱沖擊能力優異，抗熱震性能檢測采用國 家標準1KKTC水冷實驗，經水冷循環50-60次后，增韌碳化硅棚板在水冷端出現少量微裂 紋。 作為優選，等離子噴射技術的工藝參數為：氬氣壓力〇? 85-0. 95Mpa，氮氣壓力為 0? 45-0. 60Mpa，電壓 90-120V，電流 700-850A，噴涂距離 160-200 毫米。 本專利技術的有益效果是：本專利技術產品抗熱震性能優良，抗氧化、抗熔渣、堿金屬侵蝕 性能強，耐沖刷、隔熱保溫性能優異、高溫體積穩定性好的輕質硅磚；可以在棚板內部高度 均勻分散，促進燒結，并使得棚板具有更均勻的組織結構，提高制品的強度和抗熱震性能?！揪唧w實施方式】 以下結合具體實施例，對本專利技術作進一步的解釋，并非對其保護范圍本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種增韌碳化硅棚板，其特征在于，所述增韌碳化硅棚板由以下質量百分比的原料組成：碳化硅顆粒30?40%、碳化硅粗粉15?20%、碳化硅細粉14?19%、碳化硅微粉5?10%、石墨烯10?15%、復合抗氧化劑2?4%、復合結合劑6?8%、松香末0.2?0.5%與SiAlON0.7?1.5%。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：景紅衛，
申請(專利權)人：浙江長興銀興窯業有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江;33