【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種泵用氮化硅結合碳化硅燒結陶瓷材料及其制備方法，屬于特種工業泵。
技術介紹
1、隨著現代工業的發展，工業渣漿泵的服役環境變得惡劣，在腐蝕、沖蝕與汽蝕的交互作用下，使得一般工業渣漿泵的金屬過流件的使用壽命降低，性能難以滿足惡劣的工作環境。部分工業渣漿泵采用了陶瓷材料作為泵體過流件，目前，常用的燒結材料是氮化硅結合碳化硅陶瓷。氮化硅燒結碳化硅陶瓷，由于其高硬度和穩定的化學結構，使其具有耐磨性和耐腐蝕性好的優點。傳統的氮化硅結合碳化硅是金屬硅在氮氣氣氛下，反應生成，坯體通常需要一定的氣孔率(15％-20％)，以保證氮化反應完全。但是15-20％氣孔率較高，導致氮化硅結合碳化硅力學性能受到限制，抗折強度一般在(40-50)±5mpa，并且易導致腐蝕液體滲透至陶瓷件外部的金屬與陶瓷連接處。作為過流回轉件，需要優良的力學性能和耐腐蝕性能。因此，降低陶瓷件的氣孔率，增強力學性能和耐腐蝕性能勢在必行。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是為了解決現有泵用陶瓷材料存在氣孔率高、力學性能和耐腐蝕性能不好等問題，為此提供一種泵用氮化硅結合碳化硅燒結陶瓷材料及其制備方法。
2、本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的：
3、本專利技術的一種泵用氮化硅結合碳化硅燒結陶瓷材料，所述燒結陶瓷材料按總重120份計，各原材料的重量份數為：55～70份的碳化硅顆粒；10～15份的硅粉；5～15份的硅鐵鉻合金粉；5～10份的水溶性酚醛樹脂粉；5～10份的純凈水；0.5～3份的消泡
4、所述碳化硅顆粒的粒徑大于75μm；碳化硅顆粒的粒度分布在：5-3mm，3-2mm，2-1mm，三種碳化硅顆粒的質量比分別為(1-14)：(1-5)：1，其顆粒致密度大于98％。
5、硅粉純度≥98％，粒徑為5-74μm。
6、硅鐵鉻合金粉的粒徑在20-240μm，純度≥99.8％，所述硅鐵鉻合金粉中硅元素、鐵元素、鉻元素的質量比為(7-8):(2-3):(1-2)。
7、所述水溶性酚醛樹脂粉選用牌號為rs-710、rs-619、rs-518、rs-122中的一種或者幾種混合。
8、所述消泡劑為二乙基己醇、異辛醇、異戊醇、二異丁基甲醇中一種或多種的混合。
9、所述助燒劑為活性氧化釔微粉、活性氧化鑭微粉和活性氧化鋁微粉按質量比(9-14)：(1-4)：(3-6)復配；所述助燒劑各組分的粒徑為1-74μm。
10、所述分散劑是由7-9份重量的聚乙烯吡咯烷酮k90和2-3份重量的聚乙烯吡咯烷酮k30混合而成。
11、本專利技術的一種泵用氮化硅結合碳化硅燒結陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟：
12、s1、按上述配方比例量將硅粉、硅鐵鉻合金粉、水溶性酚醛樹脂粉、純凈水、消泡劑、助燒劑和分散劑混合后在80-120r/min的轉速下球磨1-48h；再加入配方比例量的碳化硅顆粒后，在10-50r/min的轉速下輪碾處理2-12h，將原料混合均勻。
13、s2、將s1得到的混合漿料注滿模具的成型腔室，靜置0.5-2h后，補充所述混合漿料使模具的成型腔室再次注滿，然后在室溫下固化1-2天，得到固化后的陶瓷坯體；
14、s3、將s2得到的陶瓷坯體以3-10℃/min的升溫速率升溫至50-180℃，然后干燥1-7天后脫模，獲得干燥后的陶瓷坯體；
15、s4、將s3得到的陶瓷坯體在氮氣環境下，以3-10℃/min的升溫速率加熱至1350-1450℃后，保溫時間為2-8h；再以3-10℃/min的降溫速率降溫800℃后，隨爐冷卻至室溫，獲得燒結陶瓷件；
16、s5、將s4得到的燒結陶瓷件在0.1-1kpa的真空環境下完全浸沒在浸潤液內，浸潤處理10min-1h，然后將浸潤處理后的陶瓷件在80℃-150℃烘干4-10h，再重復上述浸潤處理、烘干操作2-3次，得到目標產物；
17、所述浸潤液由環氧樹脂、固化劑、納米二氧化硅和消泡劑按照質量比(8-12)：(1-4)：(0.2-3)：(0.1-0.3)混合而成。
18、所述環氧樹脂選用牌號為e-20、e-41、e-44、e-51中的一種或多種混合，所述固化劑選用牌號為t31、t520、t31x、t31s、t33中的一種或多種混合，所述消泡劑選用二乙基己醇、異辛醇、異戊醇、二異丁基甲醇中的一種或多種混合。
19、有益效果
20、本專利技術的燒結陶瓷材料中，降低了水溶性酚醛樹脂粉和純凈水的含量，燒結后的陶瓷件氣孔率下降至6％-12％，提升了陶瓷的力學性能。在氮氣燒結過程中，陶瓷件表層(5-15mm)充分氮化，生成高硬度的金屬氮化物，如氮化鐵、氮化鉻、氮化硅和氮化硅鐵等，顯著提高陶瓷件表面的硬度，從而提高了陶瓷件表面的耐磨性。而陶瓷件內部由于氣孔率降低，未能充分與氮氣發生反應，具有一定金屬殘余相，少量被氧化為氧化鐵、氧化鉻等，對燒結有促進作用；多數殘余金屬相(鐵、鉻和硅)存在于陶瓷基質中，從而提高了陶瓷件的力學性能，增加了陶瓷件的韌性，形成具有內韌外硬的陶瓷/金屬復合材料。在氮氣氣氛下，金屬/硅粉在有氣孔處發生氮化反應，形成具有耐腐蝕性的氮化物，如氮化鉻和氮化硅等，形成的金屬氮化物，包裹住陶瓷件內部金屬塑性相，形成耐腐蝕性保護層，顯著提高陶瓷件的耐腐蝕性能。燒結好的陶瓷件用樹脂浸潤，將殘留的氣孔進一步進行封堵，陶瓷件表面更加致密，進一步防止腐蝕性漿液滲入，既保證了陶瓷件表面更加耐腐蝕，也防止腐蝕液體進入內部腐蝕金屬合金，同時也提升了陶瓷件的韌性。在浸潤使用的樹脂中加入納米二氧化硅，納米二氧化硅表面有大量的硅羥基，能夠通過自身或和液體分子直接或者間接產生氫鍵作用，形成三維網狀結構，受到剪切力作用時，先破壞三維網狀結構，因此增加了陶瓷件的韌性。同時，納米顆粒的加入，增加了樹脂的強度，提高了其耐磨性。
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1.一種泵用氮化硅結合碳化硅燒結陶瓷材料，其特征是：所述燒結陶瓷材料按總重120份計，各原材料的重量份數為：55～70份的碳化硅顆粒；10～15份的硅粉；5～15份的硅鐵鉻合金粉；5～10份的水溶性酚醛樹脂粉；5～10份的純凈水；0.5～3份的消泡劑；3～5份的助燒劑；3～5份的分散劑；
2.如權利要求1所述的一種泵用氮化硅結合碳化硅燒結陶瓷材料，其特征是：所述碳化硅顆粒的粒徑大于75μm；碳化硅顆粒的粒度分布在：5-3mm，3-2mm，2-1mm，三種碳化硅顆粒的質量比分別為(1-14)：(1-5)：1，其顆粒致密度大于98％。
3.如權利要求1所述的一種泵用氮化硅結合碳化硅燒結陶瓷材料，其特征是：所述硅粉的純度≥98％，粒徑為5-74μm。
4.如權利要求1所述的一種泵用氮化硅結合碳化硅燒結陶瓷材料，其特征是：所述硅鐵鉻合金粉的粒徑在20-240μm，純度≥99.8％，所述硅鐵鉻合金粉中硅元素、鐵元素、鉻元素的質量比為(7-8):(2-3):(1-2)。
5.如權利要求1所述的一種泵用氮化硅結合碳化硅燒結陶瓷材料，其特征是：所述
6.如權利要求1所述的一種泵用氮化硅結合碳化硅燒結陶瓷材料，其特征是：所述助燒劑各組分的粒徑為1-74μm。
7.一種泵用氮化硅結合碳化硅燒結陶瓷材料的制備方法，其特征是包括以下步驟：
8.如權利要求7所述的一種泵用氮化硅結合碳化硅燒結陶瓷材料的制備方法，其特征是：所述浸潤液中的環氧樹脂選用牌號為E-20、E-41、E-44、E-51中的一種或多種混合，所述浸潤液中的固化劑選用牌號為T31、T520、T31X、T31S、T33中的一種或多種混合，所述浸潤液中的消泡劑選用二乙基己醇、異辛醇、異戊醇、二異丁基甲醇中的一種或多種混合。
...【技術特征摘要】
1.一種泵用氮化硅結合碳化硅燒結陶瓷材料，其特征是：所述燒結陶瓷材料按總重120份計，各原材料的重量份數為：55～70份的碳化硅顆粒；10～15份的硅粉；5～15份的硅鐵鉻合金粉；5～10份的水溶性酚醛樹脂粉；5～10份的純凈水；0.5～3份的消泡劑；3～5份的助燒劑；3～5份的分散劑；
2.如權利要求1所述的一種泵用氮化硅結合碳化硅燒結陶瓷材料，其特征是：所述碳化硅顆粒的粒徑大于75μm；碳化硅顆粒的粒度分布在：5-3mm，3-2mm，2-1mm，三種碳化硅顆粒的質量比分別為(1-14)：(1-5)：1，其顆粒致密度大于98％。
3.如權利要求1所述的一種泵用氮化硅結合碳化硅燒結陶瓷材料，其特征是：所述硅粉的純度≥98％，粒徑為5-74μm。
4.如權利要求1所述的一種泵用氮化硅結合碳化硅燒結陶瓷材料，其特征是：所述硅鐵鉻合金粉的粒徑在20-240μm，純度≥99.8％，所述硅鐵鉻合金...
【專利技術屬性】
技術研發人員：文鈺斌，惠越，熊華，鄭澤強，易治華，趙強，
申請(專利權)人：襄陽五二五泵業有限公司，
類型：發明
國別省市：
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