碳化硅復合材料構件及其制備工藝方法技術

本發明專利技術公開一種碳化硅復合材料構件的制備方法，包括：S1：選取碳化硅材料為基體材料、任選碳材料為輔料，酚醛樹脂、呋喃樹脂、PVA或者PVB中的一種或幾種為粘結劑，采用增材制造技術成形所需結構的第一坯體；以及S2：將所述第一坯體浸漬在樹脂溶液中。本發明專利技術采用3D打印方法，又稱增材制造，改進工藝解決大型結構復雜泵用碳化硅復合材料構件的制備，有利于拓展其應用領域并實現工業化大規模生產。其應用領域并實現工業化大規模生產。

【技術實現步驟摘要】
碳化硅復合材料構件及其制備工藝方法


[0001]本專利技術涉及先進制造增材制造
，具體涉及一種3D打印泵用碳化硅復合材料構件及其制備方法和包含該結構件的泵。

技術介紹

[0002]渣漿泵是用來輸送固液混合物的泵，廣泛應用于礦山、電廠、疏浚、冶金、化工、建材等
，用于輸送含有腐蝕性固體顆粒的漿體。應用工況一般比較惡劣，具有磨蝕性和腐蝕性的漿體容易損壞渣漿泵的過流件，現有的渣漿泵其護套材質主要有A49、A33、Cr30、A05、A07、雙相不銹鋼，橡膠R55等，但是這些材料的耐腐蝕特性和耐磨性相對較低，導致重型渣漿泵的使用壽命減短，更換頻繁，不僅費時費力，而且增加了設備的維護成本。陶瓷渣漿泵是一種護套材質為陶瓷的渣漿泵，可以用來替代原來的橡膠護套渣漿泵，金屬護套渣漿泵等。陶瓷渣漿泵最大的特點是既耐磨，又耐腐蝕，并且耐磨和耐腐蝕性遠遠高于合金泵和橡膠泵。通過多項試驗和多年在金屬礦選廠使用數據反饋，陶瓷渣漿泵使用壽命一般為同等工況下高鉻合金泵的3
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6倍。目前采用最多的陶瓷渣漿泵陶瓷材料主要材質為碳化硅材料，各個廠家工藝不同，主要包括樹脂結合碳化硅和燒結碳化硅，并且相比于高鉻鋼，雙相鋼，碳化硅材料價格上也較低，使得陶瓷渣漿泵在原料價格上相比于上等的合金也有很大的經濟優勢。
[0003]碳化硅莫氏硬度為9.5，僅次于自然界中最硬的物質金剛石(硬度為10)，并且具有良好的化學性能穩定、導熱系數高、熱膨脹系數小、耐磨性能好，主要用于碳化硅陶瓷主要有四大應用領域，即：結構陶瓷、高級耐火材料、磨料及冶金原料。碳化硅材料的性能很適合用于磨蝕，腐蝕的工況環境，但碳化硅陶瓷易碎，抗沖擊性能差，不能承受渣漿泵中固體顆粒的沖擊，需要通過工藝改進，提高碳化硅材料的抗沖擊性能，解決碳化硅材料易碎的問題，并成功將其用于渣漿泵中。

技術實現思路

[0004]為解決上述問題，本專利技術提供一種碳化硅復合材料構件的制備方法及用該方法制備的碳化硅復合材料構件和包含該結構件的泵。
[0005]本專利技術提供一種碳化硅復合材料構件的制備方法，包括：S1：選取碳化硅材料為基體材料、任選碳材料為輔料，酚醛樹脂、呋喃樹脂、PVA或者PVB中的一種或幾種為粘結劑；優選，所述粘結劑為所述基體材料和輔料總質量的0.5wt％～5wt％；采用增材制造技術成形所需結構的第一坯體；以及S2：將所述第一坯體浸漬在樹脂溶液中。
[0006]根據本專利技術的一實施方式，在所述S1步驟中，所述碳化硅材料為碳化硅微粉、短切碳化硅纖維、碳化硅晶須和碳化硅納米線中的一種或幾種；所述碳材料為球狀石墨、片狀石墨、金剛石微粉、石墨烯和碳纖維中的一種或幾種；優選碳化硅微粉和石墨粉，更優選碳化硅微粉和球狀石墨；以所述碳化硅材料和所述碳材料的總質量為100％計，所述碳化硅材料和所述碳材料的質量百分比分別為55～100％和0～45％。
[0007]根據本專利技術的另一實施方式，在S1步驟中所述增材制造技術為立體光固化、粉末床熔融、材料擠出、定向能量沉積、粘接劑噴射或者薄材疊層。
[0008]根據本專利技術的另一實施方式，所述S2步驟中增密處理采用化學氣相滲透或先驅體浸漬裂解。
[0009]根據本專利技術的另一實施方式，所述第一坯體的孔隙率為45％～70％。
[0010]根據本專利技術的另一實施方式，所述S2步驟后還包括：S3：對浸漬樹脂后的第一坯體進行增密和/或反應燒結處理。
[0011]根據本專利技術的另一實施方式，所述S3步驟中增密處理采用化學氣相滲透或先驅體浸漬裂解；反應燒結采用液相滲硅或氣相滲硅；優選，所述氣相滲硅在真空或保護性氣氛下進行，所述保護性氣氛為氮氣、氬氣和氦氣中的一種或幾種，真空度為～100Pa，滲硅溫度為1550℃～1800℃，升溫速率為5℃/min～15℃/min，滲硅時間為0.5h～5h。
[0012]根據本專利技術的另一實施方式，在所述S3步驟之后重復所述S2步驟；優選，所述樹脂為環氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、乙烯基脂及高殘Si基陶瓷的前驅體PDCs聚碳硅烷、聚硅氧烷、聚硅氮烷樹脂中的一種或多種；更優選，坯體浸漬在所述樹脂溶液中，抽真空到1000pa以下，給定0.2
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2MPa壓力，并在60
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180℃下固化。
[0013]根據本專利技術的另一實施方式，所述碳化硅復合材料構件的孔隙率為0～70％，抗拉強度≥100Mpa，抗彎強度≥90Mpa，剪切強度≥60Mpa，洛氏硬度≥70HRA。
[0014]本專利技術還提供一種由上述方法制備的碳化硅復合材料構件及包含該結構件的泵。
[0015]傳統的制備大型和結構復雜泵用碳化硅復合材料產品一般采用注漿成型法，其制備過程較為復雜，效率較低，不利于工業化大規模生產。本專利技術采用3D打印方法，又稱增材制造，改進工藝解決大型結構復雜泵用碳化硅復合材料構件的制備，有利于拓展其應用領域并實現工業化大規模生產。
具體實施方式
[0016]下面結合具體實施方式對本專利技術作詳細說明。
[0017]本專利技術的3D打印泵用碳化硅復合材料構件的制備方法，包括：S1：選取碳化硅材料為基體材料、任選碳材料為輔料，酚醛樹脂、呋喃樹脂、PVA或者PVB中的一種或幾種為粘結劑，采用增材制造技術成形所需結構的第一坯體；以及S2：將所述第一坯體浸漬在樹脂溶液中。本專利技術通過將坯體浸漬在樹脂溶液中從而得到樹脂增強的復合構件，可以改善了構件的易碎性，提高構件的抗沖擊性，從而可以承受渣漿泵中固體顆粒的沖擊，作為泵用構件使用。粘結劑的用量為基體材料和輔料總質量的0.5wt％～5wt％。
[0018]在可選的實施方式中，在S1步驟中，碳化硅材料為碳化硅微粉、短切碳化硅纖維、碳化硅晶須和碳化硅納米線中的一種或幾種；碳材料為球狀石墨、片狀石墨、金剛石微粉、石墨烯和碳纖維中的一種或幾種。優選，基體材料為碳化硅微粉和石墨粉，更優選為碳化硅微粉和球狀石墨。以碳化硅材料和碳材料的總質量為100％計，碳化硅材料和碳材料的質量百分比分別為55～100％和0～45％。
[0019]S1步驟中，增材制造技術可以為立體光固化、粉末床熔融、材料擠出、定向能量沉積、粘接劑噴射或者薄材疊層。
[0020]S2步驟中，增密處理采用化學氣相滲透或先驅體浸漬裂解。該步驟得到的第一坯
體的孔隙率為45％～70％。
[0021]在可選的實施方式中，S2步驟后還可以包括：S3：對浸漬樹脂后的第一坯體進行增密和/或反應燒結處理。
[0022]增密處理采用化學氣相滲透或先驅體浸漬裂解。反應燒結采用液相滲硅或氣相滲硅。氣相滲硅可以在真空或保護性氣氛下進行，保護性氣氛為氮氣、氬氣和氦氣中的一種或幾種，真空度為～100Pa，滲硅溫度為1550℃～1800℃，升溫速率為5℃/min～15℃/min，滲硅時間為0.5h～5h。
[0023]在可選的實施方式中，在S3步驟之后重復S2步驟，即將經過增密和/或反應燒結后的坯體再次浸漬到樹脂溶液中。該步驟浸漬的樹脂溶液可以與本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種碳化硅復合材料構件的制備方法，其特征在于，包括：S1：選取碳化硅材料為基體材料、任選碳材料為輔料，酚醛樹脂、呋喃樹脂、PVA或者PVB中的一種或幾種為粘結劑；優選，所述粘結劑為所述基體材料和輔料總質量的0.5wt％～5wt％；采用增材制造技術成形所需結構的第一坯體；以及S2：將所述第一坯體浸漬在樹脂溶液中。2.如權利要求1所述的碳化硅復合材料構件的制備方法，其特征在于，在所述S1步驟中，所述碳化硅材料為碳化硅微粉、短切碳化硅纖維、碳化硅晶須和碳化硅納米線中的一種或幾種；所述碳材料為球狀石墨、片狀石墨、金剛石微粉、石墨烯和碳纖維中的一種或幾種；優選碳化硅微粉和石墨粉，更優選碳化硅微粉和球狀石墨；以所述碳化硅材料和所述碳材料的總質量為100％計，所述碳化硅材料和所述碳材料的質量百分比分別為55～100％和0～45％。3.如權利要求1所述的碳化硅復合材料構件的制備方法，其特征在于，在S1步驟中所述增材制造技術為立體光固化、粉末床熔融、材料擠出、定向能量沉積、粘接劑噴射或者薄材疊層。4.如權利要求1所述的碳化硅復合材料構件的制備方法，其特征在于，所述第一坯體的孔隙率為45％～70％。5.如權利要求1所述的碳化硅復合材料構件的制備方法，其特征在于，所述S2步驟后還包括：S3：對浸漬樹脂后的第一坯體進行增密和/或反應燒結處理。6.如權利...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王東，黃海興，石威，李偉強，王強，
申請(專利權)人：山東華美新材料科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：