[发明专利]硅碳棒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能陶瓷领域，具体涉及一种硅碳棒及其制备方法。

背景技术

硅碳棒是以高纯度碳化硅为主要原料，经2500℃高温烧结而成，由于硅碳棒的最高使用温度可以达到1600℃，表面负荷密度大，具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀、升温快、寿命长、高温变形小、安装维修方便等特点，且有良好的化学稳定性。与自动化电控系统配套，可得到精确的恒定温度，又可根据生产工艺的需要按曲线自动调温。使用碳化硅电热元件加热既方便，又安全可靠，故广泛应用于炉温在600—1500℃的各种电加热窑炉中(如：科研、冶金、电子、陶瓷、建材、化工、造纸、纺织、有色金属、浮法玻璃及航天技术等领域)。

国内硅碳棒行业，大部分企业还是利用传统的埋烧工艺生产发热体，传统的埋烧工艺为：

①发热部：SiC+沥青加热混捏→热压成型→倒焰窑素烧→一次反应烧结(SiO₂埋烧)→二次反应烧结(SiO₂埋烧)；

②端部：SiC+C+沥青加热混捏→热压成型→倒焰窑素烧→金属硅反应烧结；

③发热部+冷端部→焊接。

这种传统的埋烧工艺污染严重，而且在生产过程中需要二次反应烧结，故能耗也高；生产周期长，成品率低，且产出的硅碳棒电阻难控制。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种硅碳棒，硅碳棒的各项性能指标优异，抗折强度高，碳化硅含量高，成本低，可代替进口产品；本发明还提供其制备方法。

本发明所述的硅碳棒，包括发热体，发热体由以下质量分数的原料制成：碳化硅96％-99％、结合剂1％-3％和氮化硼0.1％-0.3％。

碳化硅优选由以下组成：16μm碳化硅微粉15-20份、52μm碳化硅微粉30-35份、f24碳化硅10-15份、f36碳化硅10-15份、f50碳化硅10-15份、f70碳化硅10-15份和f80碳化硅10-15份。

结合剂优选为羟丙基纤维素。

所述发热体的生产工艺，包括以下步骤：

(1)混料：将发热体的所有原料混合搅拌，再加水搅拌；

(2)成型：将搅拌好的原料加入压机进行压制，密度≥2.45g/cm³；

(3)烘干：将压制成型的坯件进行烘干；

(4)定尺切割：将烘干后的坯件根据尺寸进行切割、表面修整，达到产品图纸要求；

(5)烧结：将步骤(4)得到的坯件先预热为500-800℃，再在2300-2600℃下烧结，制得发热体。

步骤(2)将搅拌好的原料加入压机进行压制，密度≥2.45g/cm³，体积密度高，能延长硅碳棒的使用寿命，达到节能效果。

作为一种优选的技术方案，所述发热体的生产工艺，包括以下步骤：

(1)混料：将发热体的所有原料加入干混机，搅拌30-60分钟，再配以原料总质量10％-12％的水加入湿混机，搅拌20-40分钟；

(2)成型：将搅拌好的原料加入压机进行压制，密度≥2.45g/cm³；

(3)烘干：将压制成型的坯件放入烘干箱进行烘干，烘干时间10-15小时，烘干温度200-220℃；

(4)定尺切割：将烘干后的坯件根据尺寸进行切割、表面修整，达到产品图纸要求；

(5)烧结：将步骤(4)得到的坯件放入石墨舟，然后推进预热炉，预热温度为500-800℃，以1m-2m/h的推进速度进入高温炉进行烧结，烧结温度为2300-2600℃，制得发热体。

对制备得到的发热体进行测试，发热体两端分别放在铝粉上面，将发热体通380V以下电源，用电阻测定仪对其进行电阻值检测。

本发明所述的硅碳棒，还包括冷端部，冷端部由以下质量分数的原料制成：碳化硅30％-40％、结合剂3％-8％、石墨粉1％-5％、金属硅8％-15％、煅烧石油焦30％-40％、果壳粉1％-6％和麦芽糊精1％-6％。

结合剂优选为羟丙基纤维素。

所述冷端部的生产工艺，包括以下步骤：

(1)混料：将冷端部的所有原料混合搅拌，再加水搅拌；

(2)成型：将搅拌好的原料加入压机进行压制；

(3)烘干：将压制成型的坯件进行烘干；

(4)烧结：将烘干后的坯件先预热为300-600℃再在500-800℃下烧结；

(5)渗硅：将步骤(4)素烧好的坯件预热为500-700℃，再在2000-2300℃下进行渗硅烧结；