碳化硅陶瓷搅拌头.pdf

本发明公开了一种碳化硅陶瓷搅拌头，其制作工艺为：按以下原料的质量百分比进行配料并混合均匀：SiC-77～84％；Si-14～18％；添加剂-2～5％；外加16～22％的结合剂水溶液，将合成浆物注入模具内成型；将烘干的坯体在氮化炉中经温度为1390～1450℃烧结。结合剂水溶液其构成及质量百分比：丙烯酰胺：12％，双聚丙烯酰胺：0.2％，过硫酸铵：0.5％，四甲基乙二胺：0.3％，余量为水。本发明制作的碳化硅陶瓷搅拌头适合于所有有色金属的净化和均化，包括铝、铜、铅、锌、锡、镍、钛等金属及合金。搅拌头的使用寿命为0.5～1年(约为石墨材料的10倍)，而且由于磨损量很小，带入金属液体中的杂质含量少，减少了对金属液的污染，同时由于不用频繁更换可提高有色金属冶炼的效率约20～30％。

1.  一种碳化硅陶瓷搅拌头，其特征在于：所述碳化硅陶瓷搅拌头的制作工艺如下：
(1)、按以下原料的质量百分比进行配料：
SiC—77～84％；Si—14～18％；添加剂—2～5％；
(2)、将配料混合均匀后再加入结合剂水溶液(百分比以重量计)16～22％(外加)，搅拌为合成浆物；
(3)、将合成浆物注入搅拌头模具内，待凝固后将坯体从模具中取出；
(4)、将坯体装入温度为90～120℃的烘箱内，保温24～36小时烘干；
(5)、将烘干坯体装入氮化炉中，在N₂气体保护下经温度为1390～1450℃、保温6～10小时烧结；
所述添加剂为Al，Al₂O₃；它们的加入量分别为1～5％，0～4％；所述的结合剂水溶液其构成及质量百分比：丙烯酰胺：12％，双聚丙烯酰胺：0.2％，过硫酸铵：0.5％，四甲基乙二胺：0.3％，余量为水。

碳化硅陶瓷搅拌头
技术领域
本发明涉及有色金属精炼设备技术领域，尤其是一种碳化硅陶瓷搅拌头。
背景技术
有色金属熔炼旋转吹气净化处理法(spinning nozzle inert floatation，简称SNIF法)是一种效率高、无污染、省时节能、便于操作的在线精炼工艺。其方法是用搅拌头的搅拌叶片高速搅拌金属熔液，同时也可通过搅拌叶片向熔液中吹入所需气体，达到净化、均化金属熔液的目的。传统的有色金属精炼用搅拌头都是用石墨加工而成的，其缺点是：(1)使用寿命太短(15～30天)，检修更换频繁，影响冶炼效率；(2)磨损的石墨容易进入到金属液的内部，污染金属液，影响金属制品的质量。
搅拌头要求在熔融的金属液中长时间地高速旋转，它的使用寿命取决于其耐磨性和耐侵蚀性。石墨作为搅拌头寿命短的主要原因是由于强度低，耐磨性差，易氧化。SiC(碳化硅)陶瓷由于其硬度高、耐高温，是一种非常优良的高温耐磨材料。但由于SiC烧结性能差，靠液相烧结无法制作纯SiC陶瓷制品。
发明内容
本发明的目的是为有色金属精炼时提供一种耐高温、长寿命的碳化硅陶瓷搅拌头。
本发明完成其发明任务采用的技术方案是：本发明选择Si₃N₄结合SiC陶瓷制作搅拌头，利用SiC陶瓷硬度高、耐高温、Si₃N₄陶瓷材料具有热震稳定性高、抗氧化能力强、耐侵蚀性强等优良性能；使本发明的搅拌头具有耐高温、耐侵蚀、耐磨损等优良性能。
本发明碳化硅陶瓷搅拌头的制作工艺如下：
1、按以下原料的质量百分比进行配料：
SiC77～84％，Si14～18％，添加剂2～5％；
2、将配料混合均匀后再加入结合剂水溶液(百分比以重量计)16～22％(外加)，搅拌成浆物；
3、将浆物注入搅拌头模具内，待凝固后将坯体从模具中取出；
4、将坯体装入温度为90～120℃的烘箱内，保温24～36小时烘干；
5、将烘干坯体装入氮化炉中，在N2气体保护下经温度为1390～1450℃、保温6～10小时烧结。
所述的添加剂为Al，Al₂O₃；它们的加入量分别为1～5％，0～4％。
选择金属Al作添加剂是由于Al能残留在Si₃N₄中。当遇到空气时，空气中的O₂首先与Al发生反应生成Al₂O₃，防止Si₃N₄被氧化。
选择Al₂O₃作添加剂是由于Al₂O₃能与Si在N₂作用下生成Sialon(赛隆)。Sialon是一种性能优良的氮氧化合物，它不仅具有很高的抗氧化性和耐侵蚀性，而且对SiC具有很强的结合性能。
所述的结合剂水溶液其构成及质量百分比：丙烯酰胺：12％，双聚丙烯酰胺：0.2％，过硫酸铵：0.5％，四甲基乙二胺：0.3％，余量为水。
在结合剂水溶液中，丙烯酰胺和双聚丙烯酰胺在引发剂过硫酸铵的作用下形成网状聚丙烯酰胺凝聚体，将各种原料结合为一体。四甲基乙二胺作为催化剂，其作用是加快聚丙烯酰胺凝聚体的形成。
Si₃N₄结合SiC陶瓷材料的理化性能如下(百分比以重量计)：
SiC                       78～80％
Si₃N₄                     10～20％
其它成分                  5～10％
体积密度                  ≥2.6g/cm³
常温抗折强度              ≥40Mpa
本发明制作的Si₃N₄结合SiC陶瓷搅拌头在金属铝液精炼现场经过多次试验和使用，结果证明搅拌头的使用寿命为0.5～1年(约为石墨材料的10倍)，而且由于磨损量很小，带入金属液体中的杂质含量少，减少了对金属液的污染，同时由于不用频繁更换可提高有色金属冶炼的效率约20～30％。
本发明制作的碳化硅陶瓷搅拌头适合于所有有色金属的净化和均化，包括铝、铜、铅、锌、锡、镍、钛等金属及合金。
附图说明
图1是本发明的搅拌头结构示意图；
图2是搅拌头的紧箍式传动轴结构示意图；
图3是图1的K向视图；
图4是板型搅拌叶片结构示意图。
具体实施方式
本发明结合搅拌头结构说明如下，但不对搅拌头的结构形成任何限制：
如图1、2、3、4所示，本发明的碳化硅陶瓷搅拌头由传动轴1(或传动轴1’)和搅拌叶片2(或搅拌叶片2’)两部分组成。传动轴1分别与搅拌叶片2(或搅拌叶片2’)通过螺纹连接；同样，传动轴1’分别与搅拌叶片2(或搅拌叶片2’)通过螺纹连接。传动轴1上端螺纹3与搅拌机主轴螺纹连接；传动轴1’上端紧箍槽6与搅拌机主轴夹头连接。传动轴1(或传动轴1’)中间空心部分为进气孔4。如图1、3所示的搅拌叶片2的搅拌齿7下端均设有吹气孔5。
使用时搅拌叶片在有色金属液中进行搅拌，需要吹气时，气体(通常为氮气或氩气)通过传动轴中间的进气孔4和搅拌叶片的吹气孔5均匀进入到金属液中，达到净化和均化金属的目的。
本发明的碳化硅陶瓷搅拌头的制作工艺实施例如下：
实施例1
(1)、按以下原料配比进行配料(百分比以重量计)：
SiC—84％；Si—14％；Al—2％。
(2)、将配料混合均匀后再加结入合剂水溶液(百分比以重量计)16％(外加)，搅拌成浆物。
(3)、将浆物注入搅拌头模具内，待凝固后将坯体从模具中取出。
(4)、将坯体装入温度为80℃的烘箱内，保温30小时烘干。
(5)、将烘干坯体装入氮化炉中，在N₂气体保护下经温度为1390℃、保温10小时烧结。
实施例2
(1)、按以下原料配比进行配料(百分比以重量计)：
SiC—80％；Si—17％；Al—1％；Al₂O₃—3％。
(2)、将配料混合均匀后再加入结合剂水溶液(百分比以重量计)20％(外加)，搅拌成浆物。
(3)、将浆物注入搅拌头模具内，待凝固后将坯体从模具中取出。
(4)、将坯体装入温度为100℃的烘箱内，保温24小时烘干。
(5)、将烘干坯体装入氮化炉中，在N₂气体保护下经温度为1430℃、保温8小时烧结。
实施例3
(1)、按以下原料配比进行配料(百分比以重量计)：
SiC—77％；Si—18％；Al—3；Al₂O₃—2％。
(2)、将配料混合均匀后再加入结合剂水溶液(百分比以重量计)22％(外加)，搅拌成浆物。
(3)、将浆物注入搅拌头模具内，待凝固后将坯体从模具中取出。
(4)、将坯体装入温度为120℃的烘箱内，保温36小时烘干。
(5)、将烘干坯体装入氮化炉中，在N₂气体保护下经温度为1450℃、保温10小时烧结。