[发明专利]一种凝胶注模成型SiC陶瓷叶轮湿坯的干燥方法

说明书

本发明提供一种凝胶注模成型SiC陶瓷叶轮湿坯的干燥方法，针对凝胶注模成型工艺中陶瓷叶轮湿坯在初期干燥阶段坯体容易开裂、变形等问题，提出用聚乙二醇干燥液干燥叶轮湿坯，同时采用惰性硬质托盘支撑叶轮湿坯的方法，该方法首先配置高浓度的聚乙二醇干燥液，然后将叶轮湿坯和惰性支撑托盘浸入干燥液中，完成第一阶段干燥，继而放入恒温、恒湿干燥箱内完成第二阶段干燥。采用该方法使得干燥环境更为温和，坯体干燥均匀、透彻，避免因重力和干燥应力造成的坯体开裂、变形等缺陷。该方法操作简单，成本低，生产周期短，效率高，大大降低大尺寸叶轮的干燥难度，制备出直径350mm以上的大尺寸叶轮。

技术领域

本发明属于属于陶瓷叶轮制造领域，具体涉及一种凝胶注模成型SiC陶瓷叶轮湿坯的干燥方法。

背景技术

化工、石油及核电站经常需要将高温、强酸碱性溶液或具有腐蚀性的液态金属泵入或泵出，金属材质的叶轮很容易受到腐蚀，迫切需要一种耐高温、耐腐蚀、耐磨损的陶瓷叶轮。SiC陶瓷不仅具有优良的常温力学性能，如高的抗弯强度、优良的抗氧化性、良好的耐腐蚀性、高的抗磨损以及低的摩擦系数，而且高温力学性能(强度、抗蠕变性等)是已知陶瓷材料中最佳的。热压烧结、无压烧结、热等静压烧结的材料，其高温强度可一直维持到1600℃，是陶瓷材料中高温强度最好的材料。抗氧化性也是所有非氧化物陶瓷中最好的。但由于SiC陶瓷分子结构的键合特点，导致其缺乏塑性变形能力，表现出较大的脆性，难以成型大尺寸、复杂形状的陶瓷部件，从而严重影响了其作为结构材料的应用。

美国橡树岭国家实验室于20世纪90年代初发明了一种胶态快速成型技术，即凝胶注模成型技术。该技术将传统的粉体成型工艺与聚合物化学结合起来，把高分子单体的聚合反应特点应用到粉体成型领域中。其技术原理是利用有机单体在聚合成三维网状聚合物的同时，将分散均匀的粉体悬浮液中的颗粒包裹，从而使之原位固化，形成具有粉体与高分子物质复合结构的坯体。该工艺具有所需设备简单、成型坯体组成均匀、缺陷少、不易变形、近净尺寸成型复杂形状结构件及实用性强等突出优点，受到国内外学术界和工业界的广泛关注。目前，凝胶注模成型技术已广泛地应用于A12O3、ZrO2、SiC、AlN、Si3N4等氧化物或非氧化物的精密陶瓷结构件的生产体系中。

采用凝胶注模工艺方法可以获得强度较高的陶瓷湿坯，但在制备直径在350mm以上的SiC陶瓷叶轮过程中，因其尺寸较大，形状过于复杂，且坯体含水量较大，水分体积占比一般达到35～70%，大大增加了脱模后湿坯的干燥难度，增加了干燥时间，拉长了生产周期，降低了生产效率。并且经常因为温度、湿度控制不当或者干燥过程中支撑不合理，而使坯体表面龟裂或产生热应力变形，造成干坯中存在较多缺陷，最终影响烧结体的性能。干燥过程中水分都是从叶轮表面蒸发，但是当叶轮直径大于350mm后，叶片可高达90～150mm、叶轮中间面厚度可达15～30mm，很容易在叶轮各个方向上产生较大的水分溶度梯度差，从而引起叶轮坯体各部分（尤其是各叶片连接处）的不一致收缩，造成叶轮内部的开裂、变形等缺陷。