CN102537510B - 无压烧结碳化硅陶瓷阀芯及其制备工艺 - Google Patents
无压烧结碳化硅陶瓷阀芯及其制备工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明专利涉及陶瓷阀芯的制备工艺，特别是一种利用无压烧结的碳化硅陶瓷阀芯及其制备工艺。该制备工艺的步骤为：原料的配置、喷雾造粒、装模、压力成型、烘干、粗加工、高温烧结、精加工至尺寸，得到成品的阀芯、阀座。通过上述工艺制得的碳化硅陶瓷阀芯，其密度＞3.13g/cm3，抗弯强度≥400Mpa，硬度2000HV，弹性模量＞410Gpa，断裂韧性≥4MPa·M1/2。本发明的技术方案具有大幅度降低模具设计加工难度和模具数量，可有效减少高温烧结后的加工量和降低加工费用；可有效保证阀芯与阀座的密度和均匀性；本工艺制备的阀芯与阀座具备了碳化硅陶瓷材料的一切优良性能，特别适合各种外形陶瓷材料的阀芯与阀座的制备。
Description
技术领域
本发明专利涉及陶瓷阀芯的制备工艺，特别是一种利用无压烧结的碳化硅陶瓷阀芯及其制备工艺。
背景技术
技术
阀门是通过阀门中阀芯的相对位置来调节介质的流量、压力和液位，通常所说的阀芯包括阀座和与阀座相配的阀芯组成。腐蚀与冲刷是化工行业中阀类产品面对的难题。管道内的物流不仅高温、高压、高速，而且夹杂着硬质颗粒，对阀芯、阀座的冲刷磨损十分严重，造成了关不死、打不开、泄漏大、密封可靠性差、使用寿命短等使用问题，是国内外厂家迫切需要解决的问题。目前很多阀门中相配的阀座、阀芯均采用陶瓷材料制作，但其制作均采用高温烧结后进行加工，由于陶瓷材料的硬度大、韧性差等特点，使得加工本身的难度就很大，虽然烧结前是采用精密压模制造，但其烧结后的加工余量大，造成产品的生产成本高、产品的合格率低等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种加工余量小、生产成本低，最终产品的各种技术指标较好的无压烧结碳化硅陶瓷阀芯及其制备工艺。
为实现本发明的目的，所采用的技术方案是：一种无压烧结碳化硅陶瓷阀芯的制备工艺，该制备工艺的步骤为：
1）原料的配置：将重量百分比为80～100份碳化硅、0.1～1份碳化硼粉、0.5～3份聚乙烯醇、适量分散剂、0.1～1份水溶性聚氧乙烯树脂，放入100～150份去离子水中，混合均匀形成水基复合料浆；
2）喷雾造粒、装模、压力成型：将上述水基复合料浆喷雾造粒后，过200目筛后，将过筛后的颗粒装入模具中，在140～200MPa的压力下压制成型，得阀芯与阀体坯体；
3）烘干、粗加工：将上述坯体在≤300℃的条件下烘干1—3小时，随炉冷却至室温，得到建立起初始强度的素坯，将素坯按阀芯与阀体的形状、尺寸进行粗加工；
4）高温烧结：将上述粗加工后的阀芯与阀体放入烧结炉中，加热至2000℃～2100℃烧结成型；
5）将上述高温烧结成型后的阀芯与阀体精加工至图纸尺寸，得成品的阀芯、阀座。
上述碳化硅的指标为：粒度D50≤0.6μm，比表面积＞13m2/g，纯度≥98%。
上述碳化硼粉的粒度小于200目。
上述分散剂为聚乙二醇或氨水或氨基醇。
上述水基复合料浆的PH值为9—10，PH值是通过上述分散剂进行调整。
在上述高温烧结中，将阀芯与阀体放入烧结炉后，抽真空使烧结炉内的真空度＜10-2mbar后，充入氩气，在氩气保护下进行烧结，烧结时的升温速度为0.5～8℃/min，升温至2000℃～2100℃，保温1 小时～1.5小时后，随炉冷却至室温，再进行精加工至图纸尺寸。
无压烧结碳化硅陶瓷阀芯，其特征在于其密度＞3.13g/cm3，抗弯强度≥400Mpa，硬度2000 HV，弹性模量＞410Gpa，断裂韧性≥4MPa·M1/2。
本发明的技术方案的特点如下：
1）采用将配置好的原料压制成型后，低温烘烤，将建立起初始强度的素坯进行粗加工，粗加工后的余量以保证后步高温烧结的收缩量。由于高温烧结前产品的加工硬度较低，使得粗加工非常容易，同时可有效减少高温烧结后的加工量和降低加工费用。
2）由于本工艺是对高温烧结前烘干后的素坯进行了粗加工，这样在高温烧结后，可有效保证最终产品—阀芯与阀体的密度和均匀性。
3）通过本工艺制备的阀芯与阀体具备了碳化硅陶瓷材料的一切优良性能，工作温度可以达到1200℃，最高至1600℃，耐各种强酸、强碱腐蚀，耐冲刷能力比金属高数十倍，特别适合各种形状的碳化硅陶瓷材料的阀芯与阀座的制备。
附图说明
附图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
图1为本发明的工艺流程图，根据工艺流程的具体实施方式见以下具体实施例。
实施例1：
称取80㎏粒度D50=0.6μm，比表面积：14m2/g左右，纯度=98%的碳化硅粉，0.1㎏粒度小于200目的碳化硼粉，0.5㎏聚乙烯醇和0.1㎏水溶性聚氧乙烯树脂，加入100㎏去离子水，在球磨机中混合，用聚乙烯二醇调整上述水基复合料浆的PH值为9左右，混合均匀均用后，将水基复合料浆喷雾造粒，过200目筛后，装入模具中，在140MPa的压力下压制成型，得阀芯与阀体坯体。将坯体放入烘箱中进行烘干，控制烘干温度在280℃左右，烘干时间1小时，随炉冷却至室温后按图纸进行粗加工。将粗加工的工件放入烧结炉中，加热至2000℃左右高温烧结成型；上述高温烧结成型的具体参数是：抽真空使烧结炉内的真空度＜10-2mbar后，充入氩气，在氩气保护下进行烧结，烧结时的升温速度为0.5/min，升温至2000℃，保温1.5小时后，随炉冷却至室温，再进行精加工至图纸尺寸，即为成品的芯与阀体。
通过检测，芯与阀体的密度和均匀性非常统一。其密度：3.13—3.15g/cm3，抗弯强度：410Mpa，硬度：2000 HV，弹性模量：410Gpa，断裂韧性：4.1MPa·M1/2
实施例2-4：
在上述实施例1的基础上，改变原料配比及工艺参数，具体原料配比见下表1，工艺参数见下表2：
表1
表2
| 实施例 | 成型的压力 | 烘干温度 | 高温烧结温度 | 升温速度 | 保温时间 |
| 实施例2 | 200MPa | 3小时 | 2100℃ | 8℃/min | 1小时 |
| 实施例3 | 160MPa | 2小时 | 2050℃ | 4℃/min | 1.2小时 |
在上述实施例2、3中，分别采用分析纯氨水和氨基醇调整上述水基复合料浆的PH值为9和10左右。
通过检测，芯与阀体的密度和均匀性非常统一。其密度分别为3.13 g/cm3和3.14g/cm3，抗弯强度：410Mpa，硬度：2010 HV，弹性模量：400Gpa，断裂韧性：4.1MPa·M1/2。
Claims (4)
1. 一种无压烧结碳化硅陶瓷阀芯的制备工艺，该制备工艺的步骤为：
1）原料的配置：将重量百分比为80～100份的、粒度D50≤0.6μm、比表面积＞13m2/g、纯度≥98%的碳化硅，0.1～1份的、粒度小于200目的碳化硼粉，0.5～3份聚乙烯醇，适量分散剂，以及0.1～1份水溶性聚氧乙烯树脂，放入100～150份去离子水中，混合均匀形成水基复合料浆；
2）喷雾造粒、装模、压力成型：将上述水基复合料浆喷雾造粒，过200目筛后，装入模具中，在140～200MPa的压力下压制成型，得阀芯与阀体坯体；
3）烘干、粗加工：将上述坯体在280℃～300℃的条件下烘干1～3小时，随炉冷却至室温，得到建立起初始强度的素坯，将素坯按阀芯与阀体的形状、尺寸进行粗加工；
4）高温烧结：将上述粗加工后的阀芯与阀体放入烧结炉中，加热至2000℃～2100℃、在氩气保护下烧结成型；上述烧结成型的具体工艺是：在高温烧结中，将上述粗加工后的阀芯与阀体放入烧结炉后，抽真空使烧结炉内的真空度＜10-2mbar后，充入氩气，在氩气保护下进行烧结，烧结时的升温速度为0.5℃/min，升温至2000℃～2100℃，保温1小时～1.5小时后，随炉冷却至室温；
5）将上述高温烧结成型后的阀芯与阀体精加工至图纸尺寸，得成品的阀芯、阀体。
2. 根据权利要求1所述的无压烧结碳化硅陶瓷阀芯的制备工艺，其特征在于上述分散剂为聚乙二醇、或氨水、或氨基醇。
3. 根据权利要求2所述的无压烧结碳化硅陶瓷阀芯的制备工艺，其特征在于上述水基复合料浆的PH值为9-10，PH值是通过上述分散剂进行调整。
4. 根据上述任一权利要求的制备工艺所制备的无压烧结碳化硅陶瓷阀芯，其特征在于：其密度为3.13—3.15g/cm3，抗弯强度≥400Mpa，硬度2000 HV，弹性模量＞410Gpa，断裂韧性≥4MPa·M1/2，工作温度可以达到1200℃～1600℃。
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