技術領域
[0001] 本（běn）發（fā）明涉及（jí）到非氧化物陶瓷噴霧（wù）造粒的方法，特別（bié）涉及到碳化物陶瓷的噴（pēn）霧造粒（lì）方法。
背（bèi）景技術
[0002] 非氧化物陶瓷（cí）（如碳化物、氮化物）是先進結構陶瓷中的一大類重（chóng）要陶瓷，其性（xìng）能優越，尤其是在特種領域具有著極其重要的作用，並且在未（wèi）來高技術領域將扮演著愈加重要的角色。尤（yóu）其是碳化物陶瓷，如碳化硼，碳化矽（guī），碳化鎢，碳化鉻（gè）等，以其高硬度（dù）、耐磨及耐化學腐蝕，受到（dào）越來越廣泛的關注，在磨具（jù）、各種耐腐（fǔ）蝕用容器及管道、以及機械工業軸承、切削刀具和機械密封（fēng）部件得到應用。
[0003] 這類陶瓷以共價（jià）鍵為主，結合強度很高，不（bú）易製備，或其高性能產品的製備（bèi）需要花（huā）費高（gāo）昂的成本，不利於規模化生產。作為高性能（néng）陶瓷生產過程中的重要一環，成型受到極大地（dì）關注。優（yōu）良的成型工藝，可獲得高致密而（ér）且均勻的陶瓷素坯，有利（lì）於獲得高性能、大尺寸的陶（táo）瓷製品（pǐn）。而噴霧造（zào）粒可為優（yōu）異的成型工藝奠定良好的（de）基礎。
[0004] 專利號為20110312447.9的中國專利公開了碳化硼粉體的噴（pēn）霧幹燥造粒方法，包括如下步驟：將各原料按照以下重量百分比（bǐ）的比（bǐ）例配置：碳化硼微粉30-69%，碳粉0.5-15%，碳化矽粉0-15%，分散劑0-8%，粘結劑0.1-10%，消泡劑0-10%，水30-69%，然後置入球磨機內；控製球磨混料時間、球磨機轉速、球料，製得適於噴霧有幹燥造（zào）粒的漿料；將漿（jiāng）料直（zhí）接噴入噴霧幹燥造（zào）粒機中，通（tōng）過（guò）控製漿料進口、出口溫度以及（jí）壓力或離心轉（zhuǎn）盤轉速，使碳化硼漿料幹燥成為碳化硼造粒料。本發明的噴霧幹燥方法具有產量高（gāo）、成本低、造粒料成型性能好等特點，所製碳化硼（péng）造粒料適宜製備高性能的常壓燒結碳化硼陶瓷。 發明內容
[0005] 本發明提供了一種具有產量（liàng）高（gāo），造粒成型性好的陶瓷噴霧（wù）幹燥（zào）方法，工藝簡單（dān），有利於後續高密度素坯的（de）獲得及致密陶瓷的製備。本發明所采用的技術方案是： 步（bù）驟一，配料：將非氧化物材料（liào）粉體（tǐ）、碳粉、分散劑、粘結劑和水按以下質量百分比配料（liào）：非氧化物粉體35%-65%，碳粉0-3%，分散劑0-4%，粘結（jié）劑0.05-4.5%，去離子水（shuǐ）30-60%%；步驟二，采（cǎi）用球磨、高速攪拌或超（chāo）聲分（fèn）散的方式將步（bù）驟一中的原料製（zhì）成穩定的陶瓷漿料，得到的漿料的粘度不大於5dpa.s；
步驟三，噴霧幹燥造粒，將步驟二中製（zhì）備的漿（jiāng）料通過蠕動泵控製進料速度加（jiā）入噴霧幹燥造粒機中，通過控製漿料進口（kǒu）、出口溫度以及壓力，製得碳化硼造粒料；
所述非氧化物陶瓷為碳化物陶瓷和氮化物陶瓷；
進一步地，所述碳（tàn）化物（wù）陶瓷包括碳化矽、碳化（huà）硼、碳（tàn）化鈦、碳化鎢（wū）、碳化鉻陶瓷，氮化（huà）物（wù）陶瓷包（bāo）括氮化矽、氮（dàn）化鋁（lǚ）、氮化硼陶瓷；
更（gèng）進一步地，步驟一中所用粘結劑為異丁烯類聚合物、酚醛樹脂和聚乙（yǐ）烯醇縮丁醛，異（yì）丁烯類聚合物的分子量（liàng）不低於5500；
步驟一中的燒結助劑為碳粉，鎳粉，鐵粉，碳（tàn）化矽，鋁粉，二氧化矽粉，氧化（huà）鎂粉或者氧化釔粉；
所述步驟一中非氧化物粉體粒徑 D50不大於40μm。
[0006] 該方法中，將非氧化物陶瓷粉體與燒結助劑、粘結劑、分散劑等通過高速攪拌分散、超聲（shēng）或球磨（mó）混合（hé），配製成流（liú）動性良好的（de）均一漿料，然後通過物料（liào）泵直接通入離心噴霧造粒機或壓力式噴霧塔內，通過控製進出口溫（wēn）度等工藝參數（shù）獲得噴霧（wù）造粒料。[0007] 本發明中，所采用的陶瓷（碳化硼、碳化矽等）粉體粒徑 D50不大（dà）於40μm，純度（dù）≥99.0%。采用加入少量碳粉，鎳粉，鐵（tiě）粉，碳化矽，鋁粉，二氧化矽粉，氧化鎂粉或者氧化釔粉作為（wéi）燒結助劑，其加入量為0-3%。粘結劑主（zhǔ）要是異（yì）丁烯類聚合物、酚醛樹脂和聚乙烯醇縮丁醛。分散劑0-4%，粘結劑0.05-4.5%，去離子水30-60%。采用異丁烯類聚合物作為粘結劑時，漿料粘度相對較低（dī），與（yǔ）適當分散劑（磷酸鋁，四甲基氫氧化銨）配合，獲得的可用於噴霧造粒漿料固含量可達到65wt%。
附圖（tú）說明
[0008] 圖1 本發明中的造粒料的光學顯微鏡圖像圖2 本發明中的熱壓B4C陶瓷（cí）顯微結構
具（jù）體實施方式
[0009] 下列實施例中采用的市售原料，噴霧造粒為行業常規設備。下麵將通（tōng）過實施例進一步描述本發明，但不僅僅（jǐn）局限於實施例。
[0010] 實施例1：將碳化鈦粉850g(D50=1.0μm)，鐵粉20g，鋁粉28.57g，異丁烯類聚合物（分子量為
5500）48.57g，去離子水1457.14g，四甲基氫氧化銨（ǎn）24.29g，放入球磨罐（guàn）內，球磨8小（xiǎo）時，得到PH=9-10，粘度不大於6dpa.s的漿料。將漿料經蠕動（dòng）泵送入到噴霧幹燥造粒機的離（lí）心轉盤，離心轉盤轉速為9600rpm，進風口溫度為230ºC，出風口溫度為140ºC。冷卻後收集造粒料，過80目篩網，得到（dào）含水（shuǐ）率為1.13%的（de）造粒（lì）料。
[0011] 將造粒料充入模具（jù）中，經180MPa等靜壓成型，得到Φ60mm×6mm的樣（yàng）品，密度為3
2.95g/cm。放入熱壓模具，放入碳管爐內，於1380ºC，氬氣氣氛下燒結半小時，得到的碳化
3
鈦燒結體密度為（wéi）4.86g/cm。
[0012] 實施（shī）例2：將碳化鎢粉4900g(D50=3.37μm)，碳粉75.38 g，磷酸鋁150.77 g，聚（jù）乙烯醇丁醛50g，聚乙二醇50g，聚丙烯酸50.77g，去離子（zǐ）水2261.54g，高速攪拌分散2小時。將（jiāng）漿料（liào）經蠕動泵送入到噴霧幹燥造粒機的離心轉盤，離心轉盤轉速為6400rpm，進風口溫度為230ºC，出風口溫度為130ºC。冷卻後收集造粒（lì）料，過80目篩網，得到含水率為1.2%的造粒料。
[0013] 將造粒料充（chōng）入模具中，經120MPa壓力（lì）成型，得到30mm×30mm×6mm的樣品，密（mì）度為3
9.07g/cm。放入（rù）碳管爐內，於1350ºC，100MPa，熱壓燒結1小時。燒結製品（pǐn）密度為15.52g/
3
cm。
[0014] 實（shí）施例3：將（jiāng）碳化硼粉1000g(D50=0.8μm)，鎳粉33.33g,聚乙（yǐ）烯醇（chún）20g，聚乙二醇26g，聚丙烯酸
26.67g，磷（lín）酸鋁66.67g，去離子水500g，高速攪拌分散5小時，粘度不大（dà）於（yú）5dpa.s的漿料。
將漿料經蠕動泵送（sòng）入到壓力式噴霧幹燥塔內，噴霧壓力為2.0MPa，進風口溫度為230ºC，出風口溫度為130ºC。冷卻（què）後收集造粒料，過80目篩網，得到含水率為0.97%的球形造粒料。
[0015] 將造粒料（liào）充入模具中，經250MPa等靜壓成型，得到60mm×60mm×6mm的樣品（pǐn），密度3
為1.42g/cm。放入熱壓模具，放入碳管爐（lú）內，於1925ºC，25MPa，熱壓燒結1小時。燒結製
3
品（pǐn）密度為2.49g/cm，硬（yìng）度3252HV0.3。
[0016] 實施例4：將碳化鉻粉940g(D50=15μm)，異丁烯類聚合物56.4 g ，磷酸（suān）鋁37.6g，去（qù）離子水
846g，放入球磨罐內球磨5小（xiǎo）時。將漿料經蠕動泵送入到壓力（lì）式噴霧（wù）幹燥塔內，噴霧壓力為
1.0MPa，進風口溫度為（wéi）260ºC，出風口溫度為140ºC。冷卻後收集造粒料，過80目篩網，得到含（hán）水率為1.12%的球形造粒料。
[0017] 將造（zào）粒料充（chōng）入（rù）模具中，經180MPa等靜壓成型，得到（dào）Φ60mm×6mm的樣品，密度為3 3
3.79g/cm。放入碳管爐（lú）內，於1450ºC，氬氣氣氛下燒結半小時，燒結製品密度為6.70g/cm。 [0018] 實施例5：
將氮化硼粉960g(D50=1.5μm)，SiO2粉末（D50=1μm）52.36g，異丁烯類聚合（hé）物（分子量為5500）0.87g，去離子水（shuǐ）749.67g，高（gāo）速攪拌分散3小時，粘（zhān）度不大（dà）於5.5dpa.s的漿料。
將漿（jiāng）料經蠕動泵送入（rù）到（dào）壓力式噴霧幹燥塔內，噴霧壓力（lì）為1.0MPa，進（jìn）風口溫度為260ºC，出風口溫度為（wéi）140ºC。冷（lěng）卻後收集造（zào）粒料，過（guò）80目篩網，得到含水率為1.09%的球形造粒料。
[0019] 將造粒（lì）料充入模（mó）具中，經250MPa等（děng）靜壓成型，得到60mm×60mm×6mm的樣品，密度3
為1.41g/cm。放入熱壓模具內，於碳管爐中，N2氣氛下， 1750ºC，35MPa，熱壓燒結1小時。
3
燒（shāo）結製品密度為 2.18 g/cm。
[0020] 實施例6：將碳化（huà）矽粉960g(D50=0.45μm)，酚醛（quán）樹脂22.73g，B4C微粉10g，聚乙烯醇12.73g，正丁醇20g，去離子水1090.91g，采用超聲輔助實驗室攪拌（bàn）器分散，攪拌轉速600rpm，分散5小時，獲得均勻分（fèn）散的SiC漿料。漿料經蠕動泵送入到壓力式噴霧幹燥塔內，噴霧壓力為
1.5MPa，進（jìn）風口溫（wēn）度為260ºC，出（chū）風口溫度為130ºC。冷卻後收集造粒料，過60目篩網，得到含水率為0.92%的造粒（lì）料。
[0021] 將造粒料充（chōng）入金屬模具中，經30MPa壓力成型，然後在180MPa壓力下等靜壓（yā）成（chéng）型，3
得到素坯密（mì）度為2.03g/cm。真空（kōng）爐內2050ºC燒製1.5小時，得（dé）到的SiC燒結體密度為
3
3.20g/cm，三點抗彎強度為（wéi）446MPa。
[0022] 實（shí）施例7：將氮化矽粉980g(D50=0.6μm)，MgO粉（fěn）53.26g，PVA30g，正丁醇23.26g，，磷酸鋁,63.91g，去離子水980g，采用超聲輔（fǔ）助實驗室攪（jiǎo）拌器分散，攪拌（bàn）轉（zhuǎn）速600rpm，分散2小時，獲得均勻（yún）分散的氮化（huà）矽漿料。漿料經蠕動（dòng）泵送入到壓力式噴霧幹（gàn）燥塔內，噴霧壓力為
1.0MPa，進風口溫度為（wéi）260ºC，出風口溫度為（wéi）150ºC。冷卻後收集造粒料，過（guò）60目篩（shāi）網，得到含水率為1.03%的造（zào）粒料。
[0023] 將造粒料充入金（jīn）屬模具中，經（jīng）30MPa壓力成型，然後在180MPa壓力下（xià）等靜壓成型，3
得到素坯密度為1.82g/cm。0.1MPa N2氣壓力下，1750ºC燒（shāo）製1小時，得到的氮化矽燒結（jié）
3
體密度為 3.06g/cm，三點抗彎強度為（wéi）470MPa。
[0024] 實施例8：將氮化鋁粉（fěn）990g(D50=1.0μm)，Y2O3粉末44g，聚乙二醇99g，磷（lín）酸鋁77g,去離子水
990g，高速攪拌分散2小（xiǎo）時，粘度不大於5.6dpa.s的漿料。將漿料經蠕動泵送入到壓力式噴（pēn）霧（wù）幹燥塔內，噴霧壓力（lì）為1.0MPa，進風（fēng）口溫度為260ºC，出（chū）風口溫度為150ºC。冷卻後收集造（zào）粒料，過80目篩網，得到含水率為1.10%的（de）球形（xíng）造粒料。
[0025] 將造粒料充（chōng）入模具（jù）中，經250MPa等靜壓成型，得到60mm×60mm×6mm的樣（yàng）品，密度3
為1.84g/cm。放入碳管爐內，於1800ºC，氬氣氣氛下燒結（jié）1小時（shí），燒結製品密度為（wéi）3.12g/
3
cm。
[0026] 實施例9：將氮化鋁粉990g(D50=1.0μm)，Y2O3粉末44g，異丁烯類聚合物（分子量為90000）99g，磷酸鋁77g,去離子水990g，高速攪拌分（fèn）散2小時，粘（zhān）度不大於5.6dpa.s的漿料。將漿料經蠕動泵送入到壓力式噴霧幹燥（zào）塔內，噴霧壓力為1.0MPa，進（jìn）風口溫度為（wéi）260ºC，出風口（kǒu）溫度為150ºC。冷卻後收集造（zào）粒料，過80目篩網（wǎng），得到含（hán）水率為（wéi）1.10%的球形造粒料。
[0027] 將造粒（lì）料充入模具中，經250MPa等靜壓成型，得到60mm×60mm×6mm的樣品。 [0028] 實施例10將碳（tàn）化鎢粉4900g(D50=3.37μm)，碳粉75.38 g，磷酸（suān）鋁150.77 g，異（yì）丁烯類聚合物（分子量為（wéi）160000）150.77g，去離（lí）子水2261.54g，高速攪拌分（fèn）散2小時。將漿料（liào）經蠕動泵送入到（dào）噴霧幹燥造粒機的離（lí）心轉盤，離心轉盤轉速為6400rpm，進風口溫度為230ºC，出風口溫度為130ºC。冷卻後收集（jí）造粒（lì）料，過80目篩網，得（dé）到含水率為1.2%的造（zào）粒料。

[0029] 將造粒料充入模具中，經120MPa壓力成型，得到30mm×30mm×6mm的樣品。

專利標（biāo）題： 非氧化物陶瓷粉體的噴霧造粒方法
專利標題（英）：Spray granulation method of non-oxide ceramic powder
申請號：CN201310042714.4 申請日：2013-02-04
公開(公告)號：CN103172380A 公開(公告)日：2013-06-26
發明人 ： 張福軍
申請人： 常熟華融太陽能新型材料（liào）科（kē）技有限公司
申請人（rén）地址： 江蘇省蘇（sū）州市常熟市東南經濟開發區（qū）金都路8號
專利（lì）權人： 常熟華融太陽能新型材料科（kē）技有限公司
當前專利權人： 常熟佳合高級陶瓷材料有限公司