本發明涉及一種工業渣漿泵用燒結陶瓷材料及其制備方法，更具體的涉及一種含有金屬塑性相的β-碳化硅結合α-碳化硅燒結陶瓷材料及制備方法，屬于燒結陶瓷材料。

背景技術：

1、隨著現代工業的發展，工業渣漿泵的服役環境變得惡劣，在腐蝕、沖蝕與汽蝕的交互作用下，使得一般工業渣漿泵的金屬過流件的使用壽命降低，性能難以滿足惡劣的工作環境。部分工業渣漿泵采用了燒結陶瓷材料作為泵體過流件，目前，常用的燒結材料是氮化硅結合碳化硅陶瓷。碳化硅顆粒由于其高硬度和穩定的化學結構，使其具有耐磨性和耐腐蝕性好的優點。然而，氮化硅結合碳化硅材料中單質硅與氮氣反應生成的氮化硅(晶須與小顆粒)與原料中的碳化硅顆粒結合并不致密，導致氮化硅結合的碳化硅不緊密、不致密。氮氣氣氛下，氮化硅高于1600℃，氮化硅逐漸分解，因此，燒結最高溫度受限，導致氮化硅結合碳化硅試樣的整體力學性能受限。通常，氮化硅結合碳化硅材料的氣孔率通常在15-18％，抗折強度一般不超過65mpa，并且氮化硅的存在，使得其在高濃度強堿(≥40％wt，naoh溶液)的工況下，腐蝕程度明顯增大。而作為過流回轉件，需要優良的力學性能和耐腐蝕性能，因此降低陶瓷件的氣孔率，增強力學性能和耐腐蝕性能勢在必行。

2、呂春江[1]等人比較了β-碳化硅結合α-碳化硅和反應燒結氮化硅結合碳化硅的熔堿性，可見碳化硅結合碳化硅的熔堿性顯著優于氮化硅結合碳化硅；

3、hui-fang?wang[2]等人在1400℃溫度下，燒結出力學性能為59.33mpa的β-碳化硅結合α-碳化硅的陶瓷材料。再此基礎上，本發明采用1500-1700℃的燒結溫度，同時添加硅鐵鉻合金粉，進行β-碳化硅結合α-碳化硅燒結。

4、與氮化硅結合碳化硅相比，β-碳化硅結合α-碳化硅可升溫到1500℃至1700℃，材料的燒結更加充分，有利于提高力學性能；

5、保證施工性能和素坯強度的基礎上，在漿料配比中，減水劑可以吸附在碳化硅顆粒表面，分子中的長鏈延伸至水相中，通過空間位斥力降低碳化硅顆粒團聚，減少了純凈水的使用，燒結后的陶瓷件氣孔率下降至7％-12％，提升了陶瓷的力學性能。

6、燒結時，埋入石墨中，陶瓷樣件中硅完全反應，殘留的鉻鐵合金與高溫反應生成的β-sic結合，使得陶瓷件具有金屬塑性，力學性能好，同時無滲硅殘留，在高濃度強堿的工況下，也有很好的腐蝕性能。

7、陶瓷件在燒結過程中，存在sio2殘留等問題，引入硅鐵鉻合金粉可以在保證sic生成量的前提下，起到還原sio2的作用，促進sic晶須生長。

8、助燒劑活性氧化鑭微粉和活性氧化鋯微粉的質量分數比(10-30％)：

9、(70-90％)，使得燒結陶瓷樣件更加致密的前提下，也不會產生過多的液相，提升了燒結陶瓷樣件的力學性能。

10、反應燒結過程中，石墨與硅反應生成的碳化硅的膨脹系數大于炭黑生成的碳化硅的膨脹系數，當合理的碳源質量分數比(炭黑、石墨、短切短纖維的質量分數比為(25-40％)：(35-60％)：(15-20％))時，在保證燒結后的陶瓷件不開裂的同時，又最大限度的填充燒結陶瓷件的孔隙，同時新生的β-sic粘附在短切碳纖上，和短切碳纖維一起形成骨架結構，使得燒結陶瓷件的力學性能有顯著提升。

11、反應燒結形成的β-sic，是低溫改性相，具有金剛石結構，提高反應燒結的陶瓷件耐磨性，并且在強堿工況下有優異的耐腐蝕性能。

技術實現思路

1、本發明的目的是為了提供一種工業渣漿泵用燒結陶瓷材料及其制備方法，實現陶瓷材料具有高強度、氣孔率低的特點，既保證陶瓷泵的耐磨性，又有很好的斷裂韌性。

2、本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

3、本發明的一種工業渣漿泵用燒結陶瓷材料，所述燒結陶瓷材料漿料按總重量100份計，各原材料的重量份分別是：α-碳化硅顆粒：50-70份；硅鐵鉻合金粉：5-14份；粘結劑：0.2-1.5份；碳源：4-10份；純凈水：5-10份；分散劑：0.2-2份；減水劑：0.1-1份；助燒劑：0.5-3份；消泡劑：0.5-2份。

4、所述α-碳化硅顆粒是由12-20目，20-36目，36-70目，70-100目，100-150目，150-200目，大于200目的粒度分別按照質量比(0-50％)：(0-25％)：(5-20％)：(5-20％)：(5-15％)：(25-60％)混合而成，所述α-碳化硅顆粒的致密度均大于98％。

5、所述硅鐵鉻合金粉是由質量比為(55-75％)：(5-10％)：(5-15％)的硅，鐵，鉻混合而成；所述硅鐵鉻合金粉的粒徑為10-88μm，純度≥99.8％。

6、所述粘接劑為水溶性酚醛樹脂、阿拉伯樹膠、羥甲基纖維素鈉、羧甲基纖維素鈉中的一種或多種復合。

7、所述碳源是由質量分數比為(25-40％)：(35-60％)：(15-20％)的炭黑、石墨、短切碳纖維混合而成；所述炭黑的粒徑為200-500nm；所述石墨的粒徑＜45μm；所述短切碳纖維的長度為0.1-7mm，直徑為5-70μm。

8、所述分散劑由質量分數比為(30-100％)：(0-40％)：(0-40％)的聚乙烯毗咯烷酮k30或k90、聚乙二醇、聚乙烯醇混合而成。

9、所述減水劑為聚羥酸。

10、所述助燒劑是由質量分數比為(10-30％)：(70-90％)的活性活性氧化鑭微粉和活性氧化鋯微粉混合而成，所述助燒劑的粒徑為1-74μm。

11、所選消泡劑為二乙基己醇、異辛醇、異戊醇、二異丁基甲醇中的一種或多種混合。

12、本發明的一種工業渣漿泵用燒結陶瓷材料的制備方法，具體制備步驟如下：

13、1)按照上述配方比例進行配料，先將配方中粒徑≤88μm的固定顆粒，在80-120r/min的轉速下球磨1-48h；再加入配方中粒徑＞88μm的固定顆粒，在10-50r/min的轉速下輪碾處理2-12h；然后加入配方中液體物料，在50-350r/min捏合速度下捏合1-5h，獲得均勻分布的混合漿料，之后困料10-48h；

14、2)將步驟1)得到混合漿料注入模具中，靜置0.5h以上，將下降的液面補充完全，放置在室溫下常溫固化1-2天，得到成型陶瓷件；

15、3)將步驟2)得到的成型陶瓷件在50-180℃下干燥1-7天，脫模后獲得固化后的陶瓷坯體；

16、4)將步驟3)得到的將陶瓷坯體埋入膨脹石墨中，在高純氬氣/氮氣環境下，以3-10℃/min升溫至800±30℃，保溫0.5-2h；然后以3-5℃/min升溫至1500-1700℃，保溫時間為2-8h；再以3-5℃/min降溫至800-1000℃，最后隨爐冷卻至室溫，獲得燒結陶瓷件產品。

17、有益效果

18、1、在漿料配比中，減水劑的使用減少了水的含量，燒結后的陶瓷件氣孔率下降至7-12％，提升了陶瓷的力學性能。2、材料燒結溫度最高可達1500℃至1700℃，使得部分α-碳化硅轉化為β-碳化硅，形成混合晶體形態，與氮化硅結合碳化硅相比，不僅材料的燒結更加充分，更有利于提高力學性能；3、高溫反應生成的是β-sic與原料中未完全反應的金屬合金網狀物相結合，提升陶瓷件力學性能好，抗折強度達到85至110mpa。4、反應燒結過程中，石墨與硅反應生成的碳化硅的膨脹率大于炭黑生成的碳化硅的膨脹率，當使用合理的碳源質量比(炭黑、石墨、短切短纖維的質量分數比為(25-40％)：(35-60％)：(15-20％))時，在保證燒結后的陶瓷件不開裂的同時，又最大限度的填充燒結陶瓷件的孔隙，同時新生的β-sic粘附在短切碳纖上，和短切碳纖維一起形成骨架結構，使得燒結陶瓷件的力學性能有顯著提升；5、助燒劑活性氧化鑭微粉和活性氧化鋯微粉的質量分數比(10-30％)：(70-90％)，使得燒結陶瓷樣件更加致密的前提下，也不會產生過多的液相，提升了燒結陶瓷樣件的力學性能。6、反應燒結形成的β-sic，是低溫改性相，具有金剛石結構，提高反應燒結的陶瓷件耐磨性，并且在強堿工況下有優異的耐腐蝕性能。