一种含少量游离硅的反应烧结碳化硅制品及其生产方法与流程

本发明实施例涉及精细陶瓷制品，具体涉及一种含少量游离硅的反应烧结碳化硅制品及其生产方法。

背景技术：

1、反应烧结碳化硅制品是一种新型精细陶瓷，具有很多优异的性能：高强度、高硬度，良好的耐腐蚀性能、抗热震性能、高导电导热性能等等。生产场地主要集中在山东和河南一带。碳化硅制品应用领域很广，主要有陶瓷窑具、电子、航空航天、半导体、光伏等，主要制备方法为：用不同粒度的α-sic和炭黑在结合剂的作用下，通过各种成型方式制得坯体，之后进行烧结，在高温下，坯体中的炭黑与渗入的硅发生反应生成β-sic，并与α-sic相结合形成致密的烧结体，多余的硅以游离硅的形式存在于孔隙中，进而提高产品的致密度。

2、目前，反应烧结碳化硅主要生产方式有两种，一种挤出成型，碳化硅制品中游离硅含量约为20％，坯体的体积密度2.2g/cm3以上，成品体积密度2.90g/cm3左右，20℃抗弯强度约为240mpa，1200℃抗弯强度约为250mpa。另一种注浆成型，碳化硅制品中游离硅含量约为10％，坯体的体积密度2.3g/cm3以上，成品体积密度3.00g/cm3左右，20℃抗弯强度约为250mpa，1200℃抗弯强度约为260mpa。以上两种成型工艺所得碳化硅制品中游离硅含量均较高，导致其高温使用效果差，存在高温环境下使用受限的缺陷。

技术实现思路

1、为此，本发明实施例提供一种含少量游离硅的反应烧结碳化硅制品及其生产方法，以解决现有反应烧结碳化硅制品中游离硅含量高导致高温使用性能差的缺陷。

2、为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

3、根据本发明实施例的第一方面，提供一种含少量游离硅的反应烧结碳化硅制品，包括以下重量份的原料：纯净水20-30份，碳化硅微粉25-35份，碳化硅粗颗粒40-65份，炭黑6-10份，结合剂1.1-2.3份；其中，

4、所述碳化硅微粉的d10＝0-1.2μm，d50＝1.8-2.5μm，d90＝5-10μm；

5、按重量百分含量计，所述碳化硅粗颗粒的粒度分布为：0-100目0-5％，100-140目5-20％，140-200目32-45％，200-325目30-50％，325目以上2-10％。

6、申请发现，产品的体积密度与原料碳化硅的颗粒级配有很大关系，碳化硅颗粒之间级配越合理，产品的体积密度越大，进而强度越高、使用寿命越长。申请人通过大量试验发现，上述优选的碳化硅微粉和碳化硅粗颗粒粒径跨度大，且颗粒级配合理，有利于提高碳化硅制品的综合性能。

7、进一步地，所述结合剂按重量份数计由羧甲基纤维素钠0.2-0.5份，分散剂0.3-0.8份，解凝剂0.5-1份组成。

8、炭黑是纳米级，与渗入的硅能很好的发生反应生成β-sic，当炭黑转化成体积和质量更大的碳化硅时，孔隙率降低。硅过量，通过提高炭黑的用量可以生成更多量的β-sic，进而提高制品的致密度，同时坯体的孔隙率将进一步降低，有助于降低反应烧结碳化硅制品中的游离硅的含量。研究发现，当增加炭黑用量时，炭黑易团聚，分散性差，仍不能有效降低游离硅含量。

9、结合剂用于提高炭黑在水中的分散性能，从而能够增加炭黑的添加量，提升产品的综合性能。目前常用的结合剂是羧甲基纤维素钠或腐殖酸钠等，其仍然存在分散性差，导致产品的综合性能不佳的现象。

10、本申请通过大量研究发现，加入特定用量的羧甲基纤维素钠、分散剂和解凝剂，其中，分散剂为腐殖酸盐-硅酸盐混合物，用于将纳米级的炭黑均匀分散在泥浆中，上述分散剂优选德国司马化工生产的dolapix sp neu；解凝剂为磷酸盐-硅酸盐，能够使碳化硅颗粒很好地悬浮在泥浆中不易沉淀，上述解凝剂优选德国司马化工的glessfix c 91。采用上述结合剂在提高炭黑使用量的同时，更有利于获得均匀一致的产品，进而使吸浆过程中颗粒更能有序的排列，增加坯体的体积密度，降低制作难度，同时保证炭黑能充分的和硅发生反应生成β-sic，达到降低制品中游离硅含量的效果。

11、进一步地，所述炭黑d10＝0-20nm，d50＝30-50nm，d90＝60-150nm。

12、进一步地，所述纯净水的电导率为5μs/cm以下。

13、根据本发明实施例的第二方面，提供如上任一项所述的含少量游离硅的反应烧结碳化硅制品的制备方法，所述方法包括：

14、将结合剂溶于纯净水中，加入碳化硅微粉，搅拌30-60min，加入碳化硅粗颗粒，搅拌45-60min，采用少量多次模式加入炭黑，快速搅拌48-72h，之后依次进行注浆成型、脱模、干燥、烧结。

15、进一步地，待上一次加入的炭黑完全融入到泥浆时，再加入少量炭黑，所述炭黑的添加时间为2-3h；所述干燥的温度为80-120℃。

16、进一步地，所述烧结的烧成工序为：真空状态下，室温-800℃，升温时间3-4h；800-1150℃，升温时间3-4h；1150-1350℃，升温时间2-3h；同时充惰性气体，1350-1700℃，升温时间5-8h；充惰性气体，1700℃，保温2-3h；1700-1300℃，充惰性气体降温，1300℃后，充氦气快速降温。

17、本发明实施例具有以下优点：

18、本发明对反应烧结碳化硅制品的原料及工艺进行深入研究，发现具有特定粒度分布的碳化硅微粉和碳化硅粗颗粒与结合剂，利用搅拌方式，通过注浆成型工艺得到坯体，在高温下烧结得到反应烧结碳化硅游离硅含量小于等于4％，达到优异的高温使用稳定性，提高产品的高温使用极限。

19、经检测，坯体的体积密度2.38-2.48g/cm3，成品体积密度3.07-3.12g/cm3，20℃抗弯强度为270mpa-300mpa，1200℃抗弯强度为290mpa-330mpa，从坯体的制作强度、体积密度以及不同温度下的抗弯强度都得到了大幅的提高。

技术特征：

1.一种含少量游离硅的反应烧结碳化硅制品，其特征在于，包括以下重量份的原料：纯净水20-30份，碳化硅微粉25-35份，碳化硅粗颗粒40-65份，炭黑6-10份，结合剂1.1-2.3份，其中，

2.根据权利要求1所述的含少量游离硅的反应烧结碳化硅制品，其特征在于，所述结合剂按重量份数计由羧甲基纤维素钠0.2-0.5份，分散剂0.3-0.8份，解凝剂0.5-1份组成。

3.根据权利要求2所述的含少量游离硅的反应烧结碳化硅制品，其特征在于，所述分散剂为腐殖酸盐-硅酸盐混合物；所述解凝剂为磷酸盐-硅酸盐。

4.根据权利要求1所述的含少量游离硅的反应烧结碳化硅制品，其特征在于，所述炭黑d10＝0-10nm，d50＝30-50nm，d90＝60-150nm。

5.根据权利要求1所述的含少量游离硅的反应烧结碳化硅制品，其特征在于，所述纯净水的电导率为5μs/cm以下。

6.权利要求1-5任一项所述的含少量游离硅的反应烧结碳化硅制品的生产方法，其特征在于，所述方法包括：

7.根据权利要求6所述的含少量游离硅的反应烧结碳化硅制品的制备方法，其特征在于，待上一次加入的炭黑完全融入到泥浆时，再加入少量炭黑，所述炭黑的添加时间为2-3h；所述干燥的温度为80-120℃。

8.根据权利要求6所述的含少量游离硅的反应烧结碳化硅制品的制备方法，其特征在于，所述烧结的烧成工序为：真空状态下，室温-800℃，升温时间3-4h；800-1150℃，升温时间3-4h；1150-1350℃，升温时间2-3h；同时充

技术总结
本发明实施例公开了一种含少量游离硅的反应烧结碳化硅制品及其生产方法。该反应烧结碳化硅制品包括以下重量份的组分：纯净水20‑30份，碳化硅微粉25‑35份，碳化硅粗颗粒40‑65份，炭黑6‑10份，结合剂1.1‑2.3份。本发明得到反应烧结碳化硅游离硅含量小于等于4％，达到优异的高温使用稳定性，提高了产品的高温使用极限。经检测，坯体的体积密度2.38‑2.48g/cm<supgt;3</supgt;，成品体积密度3.07‑3.12g/cm<supgt;3</supgt;，20℃抗弯强度约为270‑300MPa，1200℃抗弯强度约为290‑330MPa。从坯体的制作强度、体积密度以及不同温度下的抗弯强度都得到了大幅的提高。

技术研发人员：任云,任霞,刘岩哲,宋思雨,祁永莲
受保护的技术使用者：沈阳长信新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13