[发明专利]一种凝胶注模成型制备的碳化硅陶瓷转子材料及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种碳化硅陶瓷材料的制备方法，尤其是一种凝胶注模成型制备铝合金熔体旋转喷吹用碳化硅陶瓷转子材料的制备工艺，属于铝合金熔体净化处理领域。

背景技术

铝合金由于具有比强度和比刚度高、导电、导热性优良和耐腐蚀、耐氧化性好等显著优点，目前已在航空航天、汽车、船舶和电子等各个领域得到日益广泛的应用。最近几十年以来，国内外围绕铝合金的合金化、熔体净化、细化变质、热处理和/或成形工艺等方面进行了大量的研究和开发，以期研制出高性能的新型铝合金材料和/或生产出符合使用要求的高质量铝合金零部件。众所周知，在铝合金熔炼过程时，铝合金熔体中不可避免会存在气体和各种夹杂物，从而使铝合金锭坯产生气孔和/或夹杂等缺陷，并直接影响锭坯的后续加工性能以及制品的力学性能。很显然，没有高质量的铝合金熔体，即使后续的变质和晶粒细化效果再有效、加工成形控制再先进、采取的成形工艺以及热处理工艺再合理，也难以获得令人满意的高质量铝合金零部件。因此，铝合金熔体的净化处理被认为是生产高品质铝合金零部件最为重要的保证措施和手段之一。

目前，国内外对于铝合金熔体净化方法的开发及工艺优化等方面的研究一直给予了广泛关注和高度重视，并对此开展了大量研究，先后开发出了包括气泡浮游法、过滤法、溶剂法、超声波净化法和电磁净化法等在内的铝合金熔体净化方法。在这些已开发出的铝合金熔体净化方法中，又以气泡浮游法中的旋转喷吹法相对较为流行和绿色高效。目前，尽管旋转喷吹法净化铝合金熔体已在国内外得到了较为广泛的应用，但由于作为旋转喷吹装置关键部件的转子主要由石墨制成，而石墨转子在熔体净化过程中由于和铝合金溶液一直接触，加之处于高温下的高速旋转状态，会使其受到高温氧化和铝液侵蚀冲刷的双重作用，从而产生严重的损耗。此外，净化完毕后将处于红热状态下的石墨转子从铝液中取出暴露在空气中也会进一步更加剧其氧化损耗。可以说，这些因素大大降低了石墨转子的工作寿命，从而极大影响了旋转喷吹法在铝合金熔体净化上的进一步推广应用。因此，有必要研究开发用于铝合金熔体净化的旋转喷吹新型转子材料。

由于碳化硅陶瓷材料具有高温强度高、抗氧化性强、热稳定性好、耐磨损和耐腐蚀等优点，可以很好地满足旋转喷吹用转子的选材要求，因此铝合金熔体旋转喷吹用SiC陶瓷转子材料的开发正逐渐受到国内外研究者和使用厂家的重视。目前，虽然国内外基于挤压成型、压延成型和/或注射成型等方法针对旋转喷吹用碳化硅陶瓷转子材料的开发进行了一些研究，但目前也还仅局限在实验室和实验工厂，其还未进入产业化批量生产阶段，究其原因，主要是由于这些传统成型方法制备碳化硅陶瓷转子难以净近成型，导致后续机械加工的工作量较大和成本较高。由于凝胶注模成型制备陶瓷材料具有近净成型和高致密等优点，可以大大降低SiC陶瓷转子的生产和制造成本。此外，如果对凝胶注模成型的碳化硅陶瓷材料进行氮化烧结，还可得到碳化硅结合氮化硅的陶瓷转子，从而使碳化硅陶瓷转子的抗高温氧化性、抗热震性、抗渣侵蚀能力以及耐磨损性能得到进一步提高，并大大延长转子的工作寿命。因此，针对凝胶注模成型制备铝合金熔体旋转喷吹用SiC陶瓷转子材料展开研究意义重大。

发明内容

本发明的目的在于针对现有铝合金熔体旋转喷吹用碳化硅陶瓷转子材料在制备方法上存在的不足，提供一种凝胶注模成型制备铝合金熔体旋转喷吹用碳化硅陶瓷转子材料的方法。

本发明通过凝胶注模成型碳化硅陶瓷转子材料的工艺步骤有5步，包括单体预混溶液的配制、初始和稳定陶瓷浆料的配制、稳定陶瓷浆料的除泡、陶瓷素坯的制备和陶瓷素坯的烧结，具体工艺如下：

（1）单体预混溶液的配制，将7.6wt%的丙烯酰胺、0.5wt%的聚甲基丙烯酰胺和3wt%的25wt%四甲基氢氧化胺水溶液加入88.9wt%的水中，充分溶解得到单体预混溶液;

（2）初始和稳定陶瓷浆料的配制：将粒径范围均为40-60um的碳化硅粉和硅粉以及氧化铝、氧化镧和氧化钇加入步骤（1）得到的单体预混溶液中得到初始陶瓷浆料，同时通过调整单体预混溶液的用量保证得到的初始陶瓷浆料的固相体积分数为55Vol%，将初始陶瓷浆料球磨4h以得到稳定陶瓷浆料。其中：1）氧化铝、氧化镧和氧化钇均为商用化学试剂；2）碳化硅粉、硅粉、氧化铝、氧化镧和氧化钇的重量百分比为：碳化硅粉：65-75%；硅粉：22-32%；氧化铝：1.2%；氧化镧：0.9%；氧化钇：0.9%。