高强度碳化硅陶瓷管材及其制造方法_2

和高温强度。
[0042](2)对高温烧结后的管材进行热处理，愈合表面裂纹，提高了管材的室温和高温强度。
[0043](3)采用优化的碳化硅颗粒级配，使得高温烧结后碳化硅的密度在合理范围，提高了管材的韧性，有利于长管制造。
[0044](4)采用热固性酚醛树脂作为结合剂和合理的固化工艺，提高管材素坯的结合力和强度。
[0045]本发明的第二目的提供一种高强度反应烧结碳化硅陶瓷管，该管材具有以下特征:
[0046](1)管材游离硅含量在8?12wt %，密度3.04?3.06g/cm3，室温和高温强度(1200°C)达300MPa以上。
[0047](2)管材的室温热导率达到92W/m.K，高温热导率(1200°C)达到65W/m.K。
[0048](3)管材的长度可达4000mm，最小壁厚3.0mm，直线度1.5mm/m，圆度小于0.8mm。
[0049]本发明提供的反应烧结碳化硅管材与目前市场上存在的产品相比，有如下的明显的优点:
[0050](1)密度适中，高强高韧。目前的反应烧结产品大部分集中在2.98?3.0lg/cm3以及3.07?3.10g/cm3，要么强度不高，要么韧性差，前者室温和高温强度低于250MPa。后者外形尺寸不超过500mm，韧性差，一般用于密封领域。
[0051](2)游离硅分布均匀，含量低，耐高温和腐蚀性能好。目前的反应烧结产品游离硅含量一般在15%以上，且分布不均匀，实际使用温度不高于1250°C。而通过本发明制造的碳化硅制品，长期使用温度可达到1300°C。同时，在酸性环境的腐蚀比其他产品寿命提高50%以上。
[0052](3)该产品可以有效利用在腐蚀工况和高温工况下的换热，热交换效率高，使用寿命长。
[0053]如无具体说明，本发明的各种原料均可以通过市售得到；或根据本领域的常规方法制备得到。除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。
[0054]本发明的其他方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是显而易见的。
[0055]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。除非另外说明，否则所有的份数为重量份，所有的百分比为重量百分比，所述的聚合物分子量为数均分子量。
【具体实施方式】
[0056]实施例1
[0057]将50 %的D50为46.3μπι的碳化硅粉体和50 %的D50为9.2μπι的碳化硅粉体共450Kg，50Kg的石油焦碳粉，30Kg的热固性酚醛树脂和1.5Kg的四甲基氢氧化铵溶液，500Kg的去离子水，加入球磨机搅拌均匀。控制喷雾造粒进口温度为220°C，出口温度为95°C，得到造粒粉体，水分含量约1.5 %。将50Kg喷雾造粒粉体，1.5Kg的羧甲基纤维素，1.0Kg的聚乙二醇，1.0Kg的油酸，0.lKg的甘油和75Kg的去离子水加入搅拌机混合，而后在真空练泥机中练泥3遍，得到泥料。泥料在20°C经陈腐2天，在真空挤出成型机挤出口径为20mm，壁厚为3.0mm，长度为1000mm长的素坯管材。将管材转移到V型槽托架中室内阴干2天，将阴干后的管材素坯在烘箱中120°C固化处理，保温2小时。固化后的管材平放在石墨板中，底部铺2_的硅粉，硅粉和管材的重量为1.5，烧结温度为1650°C，保温2小时。烧结后的管材经喷砂处理，而后在1000°C的马弗炉中保温2小时。通过该制造工艺得到的碳化硅陶瓷管材密度为3.04g/cm3，直线度为1.0m/mm，圆度为0.6111111，室温抗弯强度为30610^，热导率为82￥/111.1(。1200°(3的抗弯强度达到320MPa，热导率为56W/m.K。该管材应用于120°C，50%的硫酸工况下的冷凝，热交换相比传统石墨换热器效果良好，使用寿命达2年以上。
[0058]实施例2
[0059]将55 %的D50为49.6μπι的碳化硅粉体和45 %的D50为10.8μπι的碳化硅粉体共425Kg，75Kg的石油焦碳粉，50Kg的热固性酚醛树脂和4.0Kg的四甲基氢氧化铵溶液，333Kg的去离子水，加入球磨机搅拌均匀。控制喷雾造粒进口温度为250°C，出口温度为110°C，得到造粒粉体，水分含量约ο.5 %。将50Kg喷雾造粒粉体，3.0Kg的羧甲基纤维素，2.5Kg的聚乙二醇，2.0Kg的油酸，0.5Kg的甘油和125Kg的去离子水加入搅拌机混合，而后在真空练泥机中练泥5遍，得到泥料。泥料在30°C经陈腐4天，在真空挤出成型机挤出口径为25mm，壁厚为3.0mm，长度为1500mm长的素坯管材。将管材转移到V型槽托架中室内阴干4天，将阴干后的管材素坯在烘箱中160°C固化处理，保温2小时。固化后的管材平放在石墨板中，底部铺5_的硅粉，硅粉和管材的重量为2.5，烧结温度为1850°C，保温2小时。烧结后的管材经喷砂处理，而后在1200°C的马弗炉中保温2小时。通过该制造工艺得到的碳化硅陶瓷管材密度为3.05g/cm3，直线度为1.0m/mm，圆度为0.7111111，室温抗弯强度为31210^，热导率为85￥/111.1(。1200°C的抗弯强度达到328MPa，热导率为58W/m.K。该管材应用于120°C，60%的磷酸工况下的冷凝，热交换相比传统石墨换热器效果良好，使用寿命达2年以上。
[0060] 实施例3
[0061 ] 将52 %的D50为45.2μπι的碳化硅粉体和48 %的D50为9.9μπι的碳化硅粉体共440Kg，60Kg的石油焦碳粉，40Kg的热固性酚醛树脂和2.0Kg的四甲基氢氧化铵溶液，409Kg的去离子水，加入球磨机搅拌均匀。控制喷雾造粒进口温度为240°C，出口温度为105°C，得到造粒粉体，水分含量约0.8%。将50Kg喷雾造粒粉体，2.5Kg的羧甲基纤维素，1.5Kg的聚乙二醇，1.25Kg的油酸，0.3Kg的甘油和90Kg的去离子水加入搅拌机混合，而后在真空练泥机中练泥3遍，得到泥料。泥料在25°C经陈腐3天，在真空挤出成型机挤出口径为30_，壁厚为3.5mm，长度为2000mm长的素坯管材。将管材转移到V型槽托架中室内阴干3天，将阴干后的管材素坯在烘箱中140°C固化处理，保温2小时。固化后的管材平放在石墨板中，底部铺3_的硅粉，硅粉和管材的重量为2.0，烧结温度为1720°C，保温2小时。烧结后的管材经喷砂处理，而后在1150°C的马弗炉中保温2小时。通过该制造工艺得到的碳化硅陶瓷管材密度为3.04g/cm3，直线度为1.5m/mm，圆度为0.6mm，室温抗弯强度为317MPa，热导率为92W/m.K。1200°C的抗弯强度达到338MPa，热导率为65W/m.K。该管材应用于100°C，25%的硫酸和10%盐酸混合酸工况下的加热，热交换相比传统搪瓷换热器效果良好，使用寿命达2年以上。
[0062]实施例4
[0063]将50 %的D50为46.3μπι的碳化硅粉体和50 %的D50为9.2μπι的碳化硅粉体共460Kg，40Kg的石油焦碳粉，40Kg的热固性酚醛树脂和1.5Kg的四甲基氢氧化铵溶液，500Kg的去离子水，加入球磨机搅拌均匀。控制喷雾造粒进口温度为230°C，出口温度为100°C，得到造粒粉体，水分含量约1.2%。将50Kg喷雾造粒粉体，2.5Kg的羧甲基纤维素，1.0Kg的聚乙二醇，1.0Kg的油酸，0.lKg的甘油和90Kg的去离子水加入搅拌机混合，而后在真空练泥机中练泥5遍，得到泥料。泥料在25°C经陈腐4天，在真空挤出成型机挤出口径为35mm，壁厚为4.0_，长度为3000mm长的素坯管材。将管材转移到V型槽托架中室内阴干3天，将阴干后的管材素坯在烘箱中150°C固化处理，保温2小时。固化后的管材平放在石墨板中，底部铺3_的硅粉，硅粉和管材的重量为2.0，烧结温度为1820°C，保温2小时。烧结后的管材经喷砂处理，而后在1180°C的马弗炉中保温2小时。通过该制造工艺得到的碳化硅陶瓷管材密度为3.05g/cm3，直线度为1.6m/m