專利名稱：無壓燒結(jié)碳化硅陶瓷閥芯及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及陶瓷閥芯的制備工藝，特別是一種利用無壓燒結(jié)的碳化硅陶瓷閥芯及其制備工藝。
背景技術(shù)：
技術(shù)
閥門是通過閥門中閥芯的相對位置來調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量、壓力和液位，通常所說的閥芯包括閥座和與閥座相配的閥芯組成。腐蝕與沖刷是化工行業(yè)中閥類產(chǎn)品面對的難題。管道內(nèi)的物流不僅高溫、高壓、高速，而且夾雜著硬質(zhì)顆粒，對閥芯、閥座的沖刷磨損十分嚴(yán)重， 造成了關(guān)不死、打不開、泄漏大、密封可靠性差、使用壽命短等使用問題，是國內(nèi)外廠家迫切需要解決的問題。目前很多閥門中相配的閥座、閥芯均采用陶瓷材料制作，但其制作均采用高溫?zé)Y(jié)后進(jìn)行加工，由于陶瓷材料的硬度大、韌性差等特點(diǎn)，使得加工本身的難度就很大，雖然燒結(jié)前是采用精密壓模制造，但其燒結(jié)后的加工余量大，造成產(chǎn)品的生產(chǎn)成本高、 產(chǎn)品的合格率低等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種加工余量小、生產(chǎn)成本低，最終產(chǎn)品的各種技術(shù)指標(biāo)較好的無壓燒結(jié)碳化硅陶瓷閥芯及其制備工藝。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，所采用的技術(shù)方案是一種無壓燒結(jié)碳化硅陶瓷閥芯的制備工藝，該制備工藝的步驟為
1)原料的配置將重量百分比為80 100份碳化硅、0.1 1份碳化硼粉、0. 5 3份聚乙烯醇、適量分散劑、0. 1 1份水溶性聚氧乙烯樹脂，放入100 150份去離子水中，混合均勻形成水基復(fù)合料漿；
2)噴霧造粒、裝模、壓力成型將上述水基復(fù)合料漿噴霧造粒后，過200目篩后，將過篩后的顆粒裝入模具中，在140 200MPa的壓力下壓制成型，得閥芯與閥體坯體；
3)烘干、粗加工將上述坯體在彡300°C的條件下烘干1一3小時，隨爐冷卻至室溫，得到建立起初始強(qiáng)度的素坯，將素坯按閥芯與閥體的形狀、尺寸進(jìn)行粗加工；
4)高溫?zé)Y(jié)將上述粗加工后的閥芯與閥體放入燒結(jié)爐中，加熱至2000°C 2100°C燒結(jié)成型；
5)將上述高溫?zé)Y(jié)成型后的閥芯與閥體精加工至圖紙尺寸，得成品的閥芯、閥座。上述碳化硅的指標(biāo)為粒度D5tl ^ 0.6 μ m,比表面積> 13m2/g，純度彡98%。上述碳化硼粉的粒度小于200目。上述分散劑為聚乙二醇或氨水或氨基醇。上述水基復(fù)合料漿的PH值為9一 10，PH值是通過上述分散劑進(jìn)行調(diào)整。在上述高溫?zé)Y(jié)中，將閥芯與閥體放入燒結(jié)爐后，抽真空使燒結(jié)爐內(nèi)的真空度 < IO-2Hibar后，充入氬氣，在氬氣保護(hù)下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時的升溫速度為0.5 8°C/min，升溫至2000°C 2100°C，保溫1小時 1. 5小時后，隨爐冷卻至室溫，再進(jìn)行精加工至圖紙尺寸。無壓燒結(jié)碳化硅陶瓷閥芯，其特征在于其密度> 3. 13g/cm3，抗彎強(qiáng)度彡400Mpa, 硬度2000 HV,彈性模量> 410Gpa，斷裂韌性彡4MPa · M1720本發(fā)明的技術(shù)方案的特點(diǎn)如下
1)采用將配置好的原料壓制成型后，低溫烘烤，將建立起初始強(qiáng)度的素坯進(jìn)行粗加工， 粗加工后的余量以保證后步高溫?zé)Y(jié)的收縮量。由于高溫?zé)Y(jié)前產(chǎn)品的加工硬度較低，使得粗加工非常容易，同時可有效減少高溫?zé)Y(jié)后的加工量和降低加工費(fèi)用。2)由于本工藝是對高溫?zé)Y(jié)前烘干后的素坯進(jìn)行了粗加工，這樣在高溫?zé)Y(jié)后， 可有效保證最終產(chǎn)品一閥芯與閥體的密度和均勻性。3)通過本工藝制備的閥芯與閥體具備了碳化硅陶瓷材料的一切優(yōu)良性能，工作溫度可以達(dá)到1200°C，最高至1600°C，耐各種強(qiáng)酸、強(qiáng)堿腐蝕，耐沖刷能力比金屬高數(shù)十倍， 特別適合各種形狀的碳化硅陶瓷材料的閥芯與閥座的制備。


附圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式圖1為本發(fā)明的工藝流程圖，根據(jù)工藝流程的具體實(shí)施方式
見以下具體實(shí)施例。實(shí)施例1
稱取80 kg粒度D50=O. 6 μ m，比表面積:14m2/g左右，純度=98%的碳化硅粉，0. 1 kg粒度小于200目的碳化硼粉，0. 5 kg聚乙烯醇和0. 1 kg水溶性聚氧乙烯樹脂，加入100 kg去離子水，在球磨機(jī)中混合，用聚乙烯二醇調(diào)整上述水基復(fù)合料漿的PH值為9左右，混合均勻均用后，將水基復(fù)合料漿噴霧造粒，過200目篩后，裝入模具中，在140MPa的壓力下壓制成型，得閥芯與閥體坯體。將坯體放入烘箱中進(jìn)行烘干，控制烘干溫度在280°C左右，烘干時間1小時，隨爐冷卻至室溫后按圖紙進(jìn)行粗加工。將粗加工的工件放入燒結(jié)爐中，加熱至2000°C左右高溫?zé)Y(jié)成型；上述高溫?zé)Y(jié)成型的具體參數(shù)是抽真空使燒結(jié)爐內(nèi)的真空度< IO-2Hibar后，充入氬氣，在氬氣保護(hù)下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時的升溫速度為0. 5/min，升溫至 2000°C，保溫1.5小時后，隨爐冷卻至室溫，再進(jìn)行精加工至圖紙尺寸，即為成品的芯與閥體。通過檢測，芯與閥體的密度和均勻性非常統(tǒng)一。其密度3. 13-3. 15g/cm3，抗彎強(qiáng)度:410Mpa，硬度:2000 HV，彈性模量410Gpa，斷裂韌性4. IMPa · M1/2
實(shí)施例2-4
在上述實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，改變原料配比及工藝參數(shù)，具體原料配比見下表1，工藝參數(shù)見下表2 表權(quán)利要求
1.一種無壓燒結(jié)碳化硅陶瓷閥芯的制備工藝，該制備工藝的步驟為1)原料的配置將重量百分比為80 100份碳化硅、0.1 1份碳化硼粉、0. 5 3份聚乙烯醇、適量分散劑、0. 1 1份水溶性聚氧乙烯樹脂，放入100 150份去離子水中，混合均勻形成水基復(fù)合料漿；2)噴霧造粒、裝模、壓力成型將上述水基復(fù)合料漿噴霧造粒，過200目篩后，裝入模具中，在140 200MPa的壓力下壓制成型，得閥芯與閥座坯體；3)烘干、粗加工將上述坯體在彡300°C的條件下烘干1一3小時，隨爐冷卻至室溫，得到建立起初始強(qiáng)度的素坯，將素坯按閥芯與閥座的形狀、尺寸進(jìn)行粗加工；4)高溫?zé)Y(jié)將上述粗加工后的閥芯與閥體放入燒結(jié)爐中，加熱至2000°C 2100°C燒結(jié)成型；5)將上述高溫?zé)Y(jié)成型后的閥芯與閥體精加工至圖紙尺寸，得成品的閥芯、閥座。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無壓燒結(jié)碳化硅陶瓷閥芯的制備工藝，其特征在于上述碳化硅的指標(biāo)為粒度D50 ^ 0.6 μ m,比表面積> 13m2/g，純度彡98%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無壓燒結(jié)碳化硅陶瓷閥芯的制備工藝，其特征在于上述碳化硼粉的粒度小于200目。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無壓燒結(jié)碳化硅陶瓷閥芯的制備工藝，其特征在于上述分散劑為聚乙二醇或氨水或氨基醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無壓燒結(jié)碳化硅陶瓷閥芯的制備工藝，其特征在于上述水基復(fù)合料漿的PH值為9一 10，PH值是通過上述分散劑進(jìn)行調(diào)整。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無壓燒結(jié)碳化硅陶瓷閥芯的制備工藝，其特征在于在上述高溫?zé)Y(jié)中，將閥芯與閥體放入燒結(jié)爐后，抽真空使燒結(jié)爐內(nèi)的真空度< IO-2Hibar后，充入氬氣，在氬氣保護(hù)下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時的升溫速度為0. 5 8 V /min,升溫至2000°C 2100°C，保溫1小時 1. 5小時后，隨爐冷卻至室溫，再進(jìn)行精加工至圖紙尺寸。
7.根據(jù)上述權(quán)利制備的無壓燒結(jié)碳化硅陶瓷閥芯，其特征在于其密度>3. 13g/cm3，抗彎強(qiáng)度彡400Mpa，硬度2000 HV，彈性模量> 410Gpa，斷裂韌性彡4MPa · Μ"2。
全文摘要
本發(fā)明涉及陶瓷閥芯的制備工藝，特別是一種利用無壓燒結(jié)的碳化硅陶瓷閥芯及其制備工藝。該制備工藝的步驟為原料的配置、噴霧造粒、裝模、壓力成型、烘干、粗加工、高溫?zé)Y(jié)、精加工至尺寸，得到成品的閥芯、閥座。通過上述工藝制得的碳化硅陶瓷閥芯，其密度＞3.13g/cm3，抗彎強(qiáng)度≥400Mpa，硬度2000HV，彈性模量＞410Gpa，斷裂韌性≥4MPa·M1/2。本發(fā)明的技術(shù)方案具有大幅度降低模具設(shè)計(jì)加工難度和模具數(shù)量，可有效減少高溫?zé)Y(jié)后的加工量和降低加工費(fèi)用；可有效保證閥芯與閥座的密度和均勻性；本工藝制備的閥芯與閥座具備了碳化硅陶瓷材料的一切優(yōu)良性能，特別適合各種外形陶瓷材料的閥芯與閥座的制備。
文檔編號C04B35/565GK102537510SQ201010618710
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者付利華, 張光榮, 白頤, 賈雪葒, 馬玉山 申請人:張光榮