[发明专利]一种碳化硅陶瓷热交换管的制备方法及其制得的产品

说明书

本发明提供一种碳化硅陶瓷热交换管的制备方法及其制得的产品，该制备方法包括如下步骤：(1)将碳化硅微粉、炭黑、减水剂混合均匀，后添加由水、分散剂、粘合剂、润滑剂所组成的混合物，搅拌；(2)将步骤(1)得到的物料在压力1.0～1.5MPa、真空度‑0.08～0.1MPa下练泥，重复3～5次至含水量15～30wt％；(3)将步骤(2)得到的物料经陈腐处理后成型处理，得到热交换管素坯；(4)将步骤(3)处理后的热交换管素坯升温至60～80℃，保温，烘干；(5)在经步骤(4)处理的热交换管素坯表面均匀洒入助结剂，升温至600～1100℃，后充入保护气体，继续升温至1500～1700℃，保温，后自然冷却至25～200℃；本发明原料中不需要B₄C、Y₂O₃等烧结助剂，降低了游离金属硅对碳化硅陶瓷性能的影响，使素坯强度高，提高了成品率。

技术领域

本发明属于工程陶瓷制备领域，具体涉及一种碳化硅陶瓷热交换管的制备方法以及通过该方法制得的产品。

背景技术

金属材料的导热性强，其所制成的热能交换器具有换热效率高、良好的加工性能等优点，因而，作为热交换器的重要组成部件之一的金属热交换管则被广泛应用在热交换器中。然而，普通金属材料耐热性差、易与酸碱反应，特别是在高于200℃时，金属热交换管易发生腐蚀而存在明显的结垢现象，严重地降低了热交换器的换热效率和寿命。因此，金属热交换管所制成的热交换器对于环境温度、交换介质酸碱度有严格的要求，这极大地限制了金属材料在热交换管的使用。

碳化硅陶瓷具有化学性能稳定、热导率高、热膨胀系数小、硬度高、耐磨耐腐蚀性能好等优良性能，因而其广泛应用于高温、腐蚀等苛刻环境下的热交换系统中。此外，薄壁碳化硅陶瓷热交换管具有薄壁、热交换效率高等优点，成为了目前热交换器发展的主流，而如何以较低的成本制备高性能薄壁碳化硅陶瓷热交换管成为亟待解决的难题。

中国专利CN101581552公开了一种碳化硅热交换管的制备方法。该发明中采用固相B₄C+C、Al₂O₃+Y₂O₃等烧结助剂，以均匀混合的亚微米级碳化硅粉体为原料粉体，并添加有机塑化剂、润滑剂、分散剂和消泡剂等，通过真空练泥、陈腐和挤出成型获得管材坯体；坯体后续经过干燥、热处理和高温烧结得到碳化硅热交换管，该热交换管直度小于2.5mm/m，等效外径小于400mm，径厚比为5～20，致密度高，热导率高，热膨胀系数低，热交换效率高。但是，该方法烧结温度高，B₄C等烧结助剂价格昂贵，因此批量生产碳化硅陶瓷生产成本会大幅提高。

中国专利CN104926309A公开了一种无硼或稀土元素的致密碳化硅陶瓷的制备方法。该方法中将铝源、碳源、碳化硅粉体和无水乙醇均匀混合后烘干、研磨过筛后得到混合粉体，经过压制得到陶瓷素坯；将陶瓷素坯进行加热裂解，后进行碳热还原反应，再在惰性气氛、2050℃～2300℃下烧结得到致密碳化硅陶瓷。但是，此方法中需要利用中间过程将Al在碳粉和碳化硅粉体中合成氮化铝，效率低且耗时长。

以上方法均对SiC管挤出成型时素坯强度要求较高，成型合格率相对较低；此外其烧结温度都要在2000℃以上，设备投入和能源消耗较大，制造成本高，不利于SiC换热器的推广。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种成本低、强度高的碳化硅陶瓷热交换管的制备方法；本发明所述制备方法的原料中不需要B₄C等助结剂，降低了生产成本，同时降低了游离金属硅对碳化硅陶瓷性能的影响，使挤出成型阶段得到的素坯强度高，提高了成品率。因此，本发明还提供通过该方法制得的碳化硅陶瓷热交换管。

用于实现上述目的的技术方案如下：

本发明提供一种碳化硅陶瓷热交换管的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

(1)将碳化硅微粉、炭黑、减水剂混合均匀，后添加由水、分散剂、粘合剂、润滑剂所组成的混合物，搅拌；