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激光熔注用纳米碳化硅含胶浆料及其制备方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2016-01-29
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2016-07-20
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2018-02-13
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2036-01-29
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201610061898.2 申请日 2016-01-29
公开/公告号 CN105695983B 公开/公告日 2018-02-13
授权日 2018-02-13 预估到期日 2036-01-29
申请年 2016年 公开/公告年 2018年
缴费截止日
分类号 C23C24/10C04B35/565C04B35/626C04B35/634 主分类号 C23C24/10
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 4
权利要求数量 5 非专利引证数量 1
引用专利数量 2 被引证专利数量 0
非专利引证 1、陈健等.碳化硅在乙醇水溶液中的分散性. 《稀有金属材料与工程增刊1》.2008,第37卷第82页2实验方法、第83页3.2SiC在酒精水溶液中的稳定性及图3. 郭兴忠等.水基SiC料浆的分散稳定机制及喷雾造粒《.硅酸盐学报》.2008,第36卷(第5期),第644页左栏.;
引用专利 CN104451660A、CN104437154A 被引证专利
专利权维持 2 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 江苏大学 当前专利权人 江苏大学
发明人 王宏宇、阚鹏、邹承洪、袁晓明、汪涵、黄舒、黎向锋、崔万里、赵前、庞婧 第一发明人 王宏宇
地址 江苏省镇江市学府路301号 邮编 212013
申请人数量 1 发明人数量 10
申请人所在省 江苏省 申请人所在市 江苏省镇江市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
南京天华专利代理有限责任公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
瞿网兰
摘要
本发明公开了一种激光熔注用纳米碳化硅含胶浆料,其特征是它由占浆料质量分数3‑5%的纳米碳化硅粉体、占浆料质量分数0.2%‑0.3%的聚乙二醇、占浆料质量分数0.2%‑0.3%的四甲基氢氧化铵以及余量的含胶醇水混合溶液组成。所述含胶醇水混合溶液由去离子水、无水乙醇和聚醋酸乙烯酯乳液(俗称白乳胶)组成;其中,聚醋酸乙烯酯乳液占含胶醇水混合溶液的体积分数为5‑10%,余量则为无水乙醇和去离子水体积比为1:1的醇水混合溶液。这一浆料可适应于采用刷涂、浸涂和喷涂等涂覆方法;而且,其具有良好的悬浮稳定性,可稳定悬浮2个月不沉降,能够满足激光熔注等颗粒表面改性技术领域引入微细粉体的需要。
  • 摘要附图
    激光熔注用纳米碳化硅含胶浆料及其制备方法
  • 说明书附图:图1
    激光熔注用纳米碳化硅含胶浆料及其制备方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2018-02-13 授权
2 2016-07-20 实质审查的生效 IPC(主分类): C23C 24/10 专利申请号: 201610061898.2 申请日: 2016.01.29
3 2016-06-22 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种激光熔注用纳米碳化硅含胶浆料,它由占浆料质量百分数3-5%的纳米碳化硅粉体、占浆料质量百分数0.2%-0.3%的聚乙二醇、占浆料质量分数0.2%-0.3%的四甲基氢氧化铵以及余量的含胶醇水混合溶液组成;所述含胶醇水混合溶液由去离子水、无水乙醇和聚醋酸乙烯酯乳液组成;其中,聚醋酸乙烯酯乳液占含胶醇水混合溶液的体积分数为5-10%,余量则为无水乙醇和去离子水体积比为1:1的醇水混合溶液,其特征是它由以下方法制备而成:
首先,按照无水乙醇和去离子水的体积比1:1配制醇水混合溶液;
其次,量取体积分数为5-10%的聚醋酸乙烯酯乳液和余量的醇水混合溶液,将两者放入容器中混合后搅拌不少于5分钟,获得含胶醇水混合溶液,并测量其密度;纳米碳化硅粉体在量取前进行碱洗处理以去除粉体中杂质并对粉体颗粒表面进行预处理;所述的碱洗处理包括如下步骤:① 碱洗;将纳米碳化硅粉体放入装有浓度为10%的氢氧化钠水溶液容器中,搅拌不少于20分钟;② 去除碱液;搅拌后静置直至纳米碳化硅粉体全部沉淀在容器底部,用吸管吸出容器中的碱液;③ 清洗;在底部留有纳米碳化硅粉体的容器中加入去离子水,对碱洗后的纳米碳化硅粉体进行反复清洗,每次搅拌不少于5分钟后去除去离子水,并重新加入干净的去离子水,直至清洗干净即加入去离子水搅拌后的pH值等于7;④ 干燥粉体;将清洗后的纳米碳化硅粉体,置于干燥箱中烘干;
再次,量取质量分数占浆料质量分数3-5%的纳米碳化硅粉体、质量分数占浆料质量分数0.2%-0.3%的聚乙二醇、质量分数占浆料质量分数0.2%-0.3%的四甲基氢氧化铵以及余量的含胶醇水混合溶液,将它们放入容器中混合后搅拌不少于10分钟,获得纳米碳化硅含胶分散液;
最后,将搅拌后的纳米碳化硅含胶分散液置于超声设备中进行超声分散,分散时间为
30 60分钟,即得到激光熔注用纳米碳化硅含胶浆料成品。
~

2.根据权利要求1所述的激光熔注用纳米碳化硅含胶浆料,其特征是:所述纳米碳化硅粉体的平均粒径为20-60纳米。

3.根据权利要求1所述的激光熔注用纳米碳化硅含胶浆料,其特征是:所述聚醋酸乙烯酯乳液中的醋酸乙烯含量介于20%至40%。

4.根据权利要求1所述的激光熔注用纳米碳化硅含胶浆料,其特征是所述纳米碳化硅粉体若为非真空包装粉体,在量取时需在所需质量分数基础上除以其分散率后进行称量。

5.根据权利要求4所述的激光熔注用纳米碳化硅含胶浆料,其特征是所述分散率的测量方法为:称量1g经120℃×4小时干燥后的非真空包装粉体,将其放入已放有10ml无水乙醇和去离子水的体积比为1:1的醇水混合溶液容器中,超声分散30分钟;静置10分钟后,量取容器中上层浆料5ml,并测量出这5ml浆料中所含颗粒质量再除以0.5g,即可得到分散率。
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及一种纳米碳化硅浆料,尤其是一种纳米碳化硅含胶浆料及其制备方法,具体地说是一种激光熔注用纳米碳化硅含胶浆料及其制备方法。

背景技术

[0002] 激光熔注技术是近年来备受关注的一种颗粒增强表面改性技术。其基本原理是:在利用高能量密度激光加热改性工件表面使其形成熔池的同时,将增强颗粒引入改性工件表面熔池,冷凝后在改性工件表面形成颗粒增强表面层,从而实现提高工件的耐磨性、耐蚀性等性能。目前,在激光熔注过程中粉体引入主要依靠送粉器;然而,现有送粉器对粉体粒径有着严格要求,对于粒径小于10微米的粉体很难实现输送,更谈不上输送纳米粉体。可以说,在激光熔注技术中纳米颗粒的引入目前只能采用预置方法。
[0003] 众所周知,纳米颗粒由于其颗粒粒径很小,极容易发生团聚现象,造成纳米颗粒许多优异的改性特性得不到充分发挥。纳米碳化硅粉体作为一种用途极其广泛的纳米材料,应用中呈现高分散性特征也是其始终追求的目标之一。将纳米碳化硅粉体分散在某一特定溶液中制备成纳米碳化硅浆料后再进行应用,是其团聚问题的一个很好的解决途径。这方面的国内外的相关研究已经较多,例如邓斌等的研究论文“纳米SiC水悬浮稳定性的研究”(《长沙电力学院学报》,2003年,第18卷第1期),等等。然而,这些浆料干燥固化后,纳米碳化硅颗粒与改性材料表面粘附性很差,难以满足激光熔注引入纳米碳化硅颗粒的要求。
[0004] 解决这一问题最容易想到的方法是,将纳米碳化硅粉体分散在某一特定含胶溶液中,使其具有干燥固化后能够呈高分散特征并很好地粘附在改性材料表面的特性。然而,根据颗粒分散理论,微细颗粒只能在与之相适配的溶液体系中才具有高分散稳定悬浮特征,也就是说微细颗粒与其分散溶液具有唯一性。例如,根据王宏宇、程满等的研究论文“纳米氧化铈在醇水混合溶液中的分散行为”(《稀土》,2014年,第35卷第3期)可知,对于纳米氧化铈而言,其无论是采用纯水或是乙醇作为分散溶液均无法获得高分散稳定悬浮特征,而在醇水混合溶液中则具有很好的高分散稳定悬浮性。换言之,针对不同种类的微细颗粒开发高分散稳定悬浮的含胶浆料,必须基于颗粒分散理论创造性地选择与之适配的分散溶液和采用特定的分散方法。
[0005] 据申请人所知,目前尚无一种纳米碳化硅含胶浆料可供使用,一定程度制约了纳米碳化硅这一具有优异特性的纳米材料在激光熔注等颗粒表面改性技术领域的应用。

发明内容

[0006] 本发明的目的是针对目前尚无一种纳米碳化硅含胶浆料可供其在激光熔注等颗粒表面改性技术领域中使用,发明一种激光熔注用纳米碳化硅含胶浆料及其制备方法。
[0007] 本发明的技术方案之一是:
[0008] 一种激光熔注用纳米碳化硅含胶浆料,其特征是它由占浆料质量分数3-5%的纳米碳化硅粉体、占浆料质量分数0.2%-0.3%的聚乙二醇、占浆料质量分数0.2%-0.3%的四甲基氢氧化铵以及余量的含胶醇水混合溶液组成。所述含胶醇水混合溶液由去离子水、无水乙醇和聚醋酸乙烯酯乳液(俗称白乳胶)组成;其中,聚醋酸乙烯酯乳液占含胶醇水混合溶液的体积分数为5-10%,余量则为无水乙醇和去离子水体积比为1:1的醇水混合溶液。
[0009] 所述纳米碳化硅粉体的平均粒径为20-60纳米。
[0010] 所述聚醋酸乙烯酯乳液中的醋酸乙烯含量为介于20%至40%。
[0011] 本发明的技术方案之二是:
[0012] 一种激光熔注用纳米碳化硅含胶浆料制备方法,其特征是它包括以下步骤:
[0013] 首先,按照无水乙醇和去离子水的体积比1:1配制醇水混合溶液;
[0014] 其次,量取体积分数为5-10%的聚醋酸乙烯酯乳液和余量的已配制好的无水乙醇和去离子水体积比为1:1的醇水混合溶液,将两者放入容器中混合后搅拌不少于5分钟,获得含胶醇水混合溶液,并测量其密度;
[0015] 再次,量取质量分数占浆料质量分数3-5%的纳米碳化硅粉体、质量分数占浆料质量分数0.25%的聚乙二醇、质量分数占浆料质量分数0.25%的四甲基氢氧化铵以及余量的含胶醇水混合溶液,将它们放入容器中混合后搅拌不少于10分钟,获得纳米碳化硅含胶分散液;
[0016] 最后,将搅拌后的纳米碳化硅含胶分散液置于超声设备中进行超声分散,分散时间为30 60分钟,即可得到激光熔注用纳米碳化硅含胶浆料成品。~
[0017] 所述纳米碳化硅粉体在量取前最好进行碱洗处理以去除粉体中杂质并对粉体颗粒表面进行预处理,其特征是碱洗处理包括如下步骤:① 碱洗;将纳米碳化硅粉体放入装有浓度为10%的氢氧化钠水溶液容器中,搅拌不少于20分钟。② 去除碱液;搅拌后静置直至纳米碳化硅粉体全部沉淀在容器底部,用吸管吸出容器中的碱液。③ 清洗;在底部留有纳米碳化硅粉体的容器中加入去离子水,对碱洗后的纳米碳化硅粉体进行反复清洗,每次搅拌不少于5分钟后去除去离子水,并重新加入干净的去离子水,直至清洗干净即加入去离子水搅拌后的PH值等于7。④ 干燥粉体;将清洗后的纳米碳化硅粉体,置于干燥箱中烘干。
[0018] 所述纳米碳化硅粉体若为非真空包装粉体,在量取时需在所需质量分数基础上除以其分散率后进行称量。
[0019] 所述分散率的测量方法为:称量1g经120℃×4小时干燥后的非真空包装粉体,将其放入已放有10ml的醇水混合溶液(无水乙醇和去离子水的体积比为1:1)的容器中,超声分散30分钟;静置10分钟后,量取容器中上层浆料5ml,并测量出这5ml浆料中所含颗粒质量再除以0.5g,即可得到分散率。
[0020] 本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术实现。
[0021] 本发明的有益效果:
[0022] (1)本发明获得了一种激光熔注用纳米碳化硅含胶浆料,将其涂覆在待改性材料表面,干燥固化后可在待改性材料表面形成粘附性强且弥散分布的纳米碳化硅颗粒预置层,能够满足激光熔注等颗粒表面改性技术领域引入纳米颗粒需要。
[0023] (2)本发明所述激光熔注用纳米碳化硅含胶浆料,可适应于采用刷涂、浸涂和喷涂等涂覆方法;而且,该浆料具有良好的悬浮稳定性,可稳定悬浮2个月不沉降,具有极佳的使用性能。
[0024] (3)本发明所述激光熔注用纳米碳化硅含胶浆料制备方法简便易行,生产率极高,不需要特殊设备;同时,对于非真空包装颗粒引入了分散率,可实现纳米碳化硅含量的精细控制。

实施方案

[0026] 下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
[0027] 以下是本发明激光熔注用纳米碳化硅含胶浆料及其制备方法的实例,但不仅仅限于这些实例,只要采用本发明所述方法,均可达到本发明的目的。
[0028] 以下实例中假定乙醇的比重为0.78、水的比重为1,实际使用时可根据实际比重进行相应的计算和调整。同时,考虑到加入纳米碳化硅粉体后浆料体积变化很小,故不考虑加入粉体后浆料体积的变化。下述实施例中的纳米碳化硅粉体在量取前最好进行碱洗处理以去除粉体中杂质并对粉体颗粒表面采用以下方法进行碱洗预处理,具体处理步骤为:① 碱洗;将纳米碳化硅粉体放入装有浓度为10%的氢氧化钠水溶液容器中,搅拌不少于20分钟。② 去除碱液;搅拌后静置直至纳米碳化硅粉体全部沉淀在容器底部,用吸管吸出容器中的碱液。③ 清洗;在底部留有纳米碳化硅粉体的容器中加入去离子水,对碱洗后的纳米碳化硅粉体进行反复清洗,每次搅拌不少于5分钟后去除去离子水,并重新加入干净的去离子水,直至清洗干净即加入去离子水搅拌后的PH值等于7。④ 干燥粉体;将清洗后的纳米碳化硅粉体,置于干燥箱中烘干。如纳米碳化硅粉体为非真空包装粉体,在量取时需在所需质量分数基础上除以其分散率后进行称量。分散率的测量方法为:称量1g经120℃×4小时干燥后的非真空包装粉体,将其放入已放有10ml的醇水混合溶液(无水乙醇和去离子水的体积比为1:1)的容器中,超声分散30分钟;静置10分钟后,量取容器中上层浆料5ml,并测量出这
5ml浆料中所含颗粒质量再除以0.5g,即可得到分散率。
[0029] 实施例一。
[0030] 选用平均粒径为40纳米的真空包装纳米碳化硅粉体,制备纳米碳化硅质量分数为5%的含胶浆料100ml。配制含胶醇水混合溶液时,所使用乙醇为试剂级无水乙醇、水为去离子水,所添加的聚醋酸乙烯酯乳液为市购白乳胶,其醋酸乙烯含量为大于20%至40%。
[0031] 首先,按照乙醇和水的体积比1:1配制醇水混合溶液。其次,量取5ml的聚醋酸乙烯酯乳液和95ml的已配制好的乙醇和水体积比为1:1的醇水混合溶液,将两者放入容器中混合后搅拌不少于5分钟,获得含胶醇水混合溶液,测量其密度为0.9g/ml。再次,量取4.8g碱洗处理后的纳米碳化硅粉体、0.24g(也可为0.196 g -0.288 g之间的任意值)的聚乙二醇、0.24g(也可为0.196 g -0.288 g之间的任意值)的四甲基氢氧化铵以及100ml的含胶醇水混合溶液(其质量为90g),将它们放入容器中混合后搅拌不少于10分钟,获得纳米碳化硅含胶分散液。最后,将搅拌后的纳米碳化硅含胶分散液置于超声设备中进行超声分散,分散时间为45分钟,即可得到纳米碳化硅质量分数为5%激光熔注用纳米碳化硅含胶浆料成品。
[0032] 实施例二。
[0033] 选用平均粒径为40纳米的的真空包装纳米碳化硅粉体,制备纳米碳化硅质量分数为4%的含胶浆料100ml。配制含胶醇水混合溶液时,所使用原料与实施例一相同。
[0034] 首先,按照乙醇和水的体积比1:1配制醇水混合溶液。其次,量取10ml的聚醋酸乙烯酯乳液和90ml的已配制好的乙醇和水体积比为1:1的醇水混合溶液,将两者放入容器中混合后搅拌不少于5分钟,获得含胶醇水混合溶液,测量其密度为0.9g/ml。再次,量取3.8g碱洗处理后的纳米碳化硅粉体、0.24g(也可为0.196 g -0.288 g之间的任意值)的聚乙二醇、0.24g(也可为0.196 g -0.288 g之间的任意值)的四甲基氢氧化铵以及100ml的含胶醇水混合溶液(其质量为90g),将它们放入容器中混合后搅拌不少于10分钟,获得纳米碳化硅含胶分散液。最后,将搅拌后的纳米碳化硅含胶分散液置于超声设备中进行超声分散,分散时间为60分钟,即可得到纳米碳化硅质量分数为4%激光熔注用纳米碳化硅含胶浆料成品。
[0035] 实施例三。
[0036] 选用平均粒径为60纳米的的真空包装纳米碳化硅粉体,制备纳米碳化硅质量分数为3%的含胶浆料100ml。配制含胶醇水混合溶液时,所使用原料与实施例一相同。
[0037] 首先,按照乙醇和水的体积比1:1配制醇水混合溶液。其次,量取5ml的聚醋酸乙烯酯乳液和95ml的已配制好的乙醇和水体积比为1:1的醇水混合溶液,将两者放入容器中混合后搅拌不少于5分钟,获得含胶醇水混合溶液,测量其密度为0.9g/ml。再次,量取3g碱洗处理后的纳米碳化硅粉体、0.23g(或0.184 g -0.276 g之间的任意值)的聚乙二醇、0.23g(或0.184 g -0.276 g之间的任意值)的四甲基氢氧化铵以及100ml的含胶醇水混合溶液(其质量为90g),将它们放入容器中混合后搅拌不少于10分钟,获得纳米碳化硅含胶分散液。最后,将搅拌后的纳米碳化硅含胶分散液置于超声设备中进行超声分散,分散时间为30分钟,即可得到纳米碳化硅质量分数为4%激光熔注用纳米碳化硅含胶浆料成品。
[0038] 实施例四。
[0039] 选用平均粒径为50纳米的普通袋装纳米碳化硅粉体,制备纳米碳化硅质量分数为4%的含胶浆料100ml。配制含胶醇水混合溶液时,所使用原料与实施例一相同。
[0040] 首先,按照乙醇和水的体积比1:1配制醇水混合溶液。其次,量取10ml的聚醋酸乙烯酯乳液和90ml的已配制好的乙醇和水体积比为1:1的醇水混合溶液,将两者放入容器中混合后搅拌不少于5分钟,获得含胶醇水混合溶液,测量其密度为0.9g/ml。再次,测量50纳米的普通袋装纳米碳化硅粉体的分散率为35%即0.35,量取10.86g碱洗处理后的纳米碳化硅粉体、0.24g的聚乙二醇、0.24g的四甲基氢氧化铵以及100ml的含胶醇水混合溶液(其质量为90g),将它们放入容器中混合后搅拌不少于10分钟,获得纳米碳化硅含胶分散液。最后,将搅拌后的纳米碳化硅含胶分散液置于超声设备中进行超声分散,分散时间为50分钟,静置10分钟后去除容器底部沉淀即可得到纳米碳化硅质量分数为4%激光熔注用纳米碳化硅含胶浆料成品。
[0041] 分别以“已配制好的100ml的乙醇和水体积比为1:1的醇水混合溶液”和“10ml的氰基丙烯酸酯胶液(俗称万能胶)和90ml的已配制好的乙醇和水体积比为1:1的醇水混合溶液”取代实施例四中“10ml的聚醋酸乙烯酯乳液和90ml的已配制好的乙醇和水体积比为1:1的醇水混合溶液”,其他条件均相同,制备无胶纳米碳化硅浆料和添加其他胶液的纳米碳化硅含胶浆料。
[0042] 上述本发明纳米碳化硅含胶浆料、无胶纳米碳化硅浆料和添加其他胶液的纳米碳化硅含胶浆料的性能对比,如表1所示,实物效果如图1所示。
[0043] 试验表明,实施例一至三的实物效果与图1相似,性能参数与表1相近似。
[0044] 表1
[0045]
[0046] 将实施例一至三所得的含胶浆料与不含胶浆料进行对比试验,试验证明其性能与表1相似或相吻合。涂覆或熔注效果明显优于现有不含胶浆料,不再一一列举。
[0047] 上述描述和说明只是表达了本发明的技术构思和特点及其具有代表性的实施案例,并不能以此限制本发明的保护范围,凡根据本发明构思实质所做的等效变化或者修饰,都应涵盖在本发明的保护范围内。
[0048] 本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

附图说明

[0025] 图1 添加其他胶液的纳米碳化硅含胶浆料(左边试管)和本发明纳米碳化硅含胶浆料(右边试管)样品实物照片。
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