專利名稱：用于制造硬密封球閥閥球的氮化硅基固溶相復(fù)合陶瓷材料及利用該材料制作閥球的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造硬密封球閥閥球的氮化硅基固溶相復(fù)合陶瓷材料及利用該材料制作閥球的方法。
背景技術(shù)：
在化工領(lǐng)域的管線中經(jīng)常安裝有球閥，利用球閥對液體、氣體或粉體進(jìn)行輸送。現(xiàn)有的球閥中的閥球的材料為灰鑄鐵、球墨鑄鐵、碳鋼、合金鋼(鉻鉬鋼)、不銹鋼、 特殊合金等。由于管線運(yùn)行的實(shí)際工況環(huán)境惡劣，輸送的液體、氣體或粉體大多含有硫化物等高腐蝕性成分、雜質(zhì)及異物，因此一段時間后閥球會被腐蝕和磨損，導(dǎo)致球閥密封性和安全性迅速下降，必須進(jìn)行更換，影響生產(chǎn)的連續(xù)性，磨損剝落物過多且成分復(fù)雜，嚴(yán)重影響化工原料純度及產(chǎn)品質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種耐腐蝕、耐磨損、耐高溫、使用壽命長、密封效果好、對輸送介質(zhì)的質(zhì)量不產(chǎn)生任何影響的用于制造硬密封球閥閥球的氮化硅基固溶相復(fù)合陶瓷材料及利用該材料制作閥球的方法，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。本發(fā)明的用于制造硬密封球閥閥球的氮化硅基固溶相復(fù)合陶瓷材料，由如下組份構(gòu)成氮化硅粉料和燒結(jié)助劑，質(zhì)量配比為氮化硅粉料燒結(jié)助劑=3 19 :1。所述的氮化硅粉料主要為α -相氮化硅，氮化硅粉料中β -相氮化硅含量小于3%， 氮化硅粉料的粒度為0. 1 μ m 0. 5 μ m ；
所述的燒結(jié)助劑為稀土氧化物或金屬氧化物。所述的稀土氧化物為氧化銥、氧化鑭、氧化鐿、氧化釤、氧化鈰、氧化鉻、氧化鈦中的一種或任意幾種的等比例混合物；所述的金屬氧化物為氧化鋁或氧化鎂或氧化鋁和氧化鎂的混合物，其中氧化鋁和氧化鎂的混合物中的質(zhì)量配比為氧化鋁氧化鎂=1 5 :1。本發(fā)明的利用用于制造硬密封球閥閥球的氮化硅基固溶相復(fù)合陶瓷材料制作閥球的方法，步驟如下
將氮化硅粉料和燒結(jié)助劑按上述比例置于攪拌混合設(shè)備中，并加入液體研磨介質(zhì)進(jìn)行充分混合，利用球磨設(shè)備研磨4小時 60小時，磨料為氮化硅磨介球，得到混合均質(zhì)的漿料；所述的液體研磨介質(zhì)為無水乙醇、去離子水、異丙醇中的一種，用量為氮化硅粉料、燒結(jié)助劑和液體研磨介質(zhì)總質(zhì)量的20% 50% ；
將漿料通過干燥霧化造粒設(shè)備進(jìn)行干燥霧化處理，溫度范圍為60°C 140 °C，干燥霧化時間為2小時 10小時，形成粒度為20μπι 320 μ m、含水率<0.1 %的干燥造粒原料粉體；將上述干燥造粒原料粉體通過冷等靜壓或干壓設(shè)備進(jìn)行坯體成型加工，壓力為50 MPa 240 MPa，得到閥球坯體；
利用機(jī)械加工設(shè)備對閥球坯體按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行加工；將加工后的閥球坯體進(jìn)行干燥處理，置于干燥設(shè)備中10小時 M小時，干燥溫度為 180°C 300 °C，使含水率小于0. 1 % ；
將上述干燥處理后的閥球坯體置于熱等靜壓燒結(jié)爐或氣氛壓力燒結(jié)爐，進(jìn)行燒結(jié)，溫度為1800°C 1950 °C，燒結(jié)時間為8小時 36小時，保持爐內(nèi)氮?dú)夂?或氬氣保護(hù)氣氛， 爐內(nèi)氣氛壓力為3 MPa 15 MPa ；
將燒結(jié)后的閥球坯體通過機(jī)械磨削設(shè)備進(jìn)行磨加工處理，得到表面粗糙度為小于 0. 1 μ m的球閥閥球。本發(fā)明的用于制造硬密封球閥閥球的氮化硅基固溶相復(fù)合陶瓷材料，具有高致密性、高強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、絕緣防火等優(yōu)點(diǎn)，替代傳統(tǒng)閥球所使用的金屬材料和合金材料，完全克服了現(xiàn)有閥球材料的缺陷，保證了球閥的長期、連續(xù)、大流量輸送介質(zhì)的安全性，同時也有效地解決了化工原料在輸送環(huán)節(jié)的純度保障問題。延長了球閥的使用壽命(6 —12個月)，延長了管線球閥的維護(hù)和生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)運(yùn)營成本，產(chǎn)品性價比高。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的用于制造硬密封球閥閥球的氮化硅基固溶相復(fù)合陶瓷材料，由如下組份構(gòu)成氮化硅粉料和燒結(jié)助劑，氮化硅粉料和燒結(jié)助劑的質(zhì)量配比為3 :1或5 :1或10 :1或 15 :1或19 :1，即在3 19 :1之間均可。其中對氮化硅粉料的要求是主要為α -相氮化硅，氮化硅粉料中β -相氮化硅含量為1%或m或2. 8%，即小于3%均可，氮化硅粉料的粒度為0. Ιμ 或0. 2μπι或0. 3μπι或 0. 4 μ m或0. 5 μ m，即在0. 1 μ m 0. 5 μ m之間均可。燒結(jié)助劑為稀土氧化物，包括氧化銥、氧化鑭、氧化鐿、氧化釤、氧化鈰、氧化鉻、氧化鈦，選其中的一種或任意幾種的等比例混合物
燒結(jié)助劑還可以為金屬氧化物，金屬氧化物是氧化鋁或氧化鎂或氧化鋁和氧化鎂的混合物；如選用氧化鋁和氧化鎂的混合物時，氧化鋁和氧化鎂的質(zhì)量配比為1 :1或2 :1或3 1或4 :1或5 :1，即在1 5 :1之間均可。本發(fā)明的利用用于制造硬密封球閥閥球的氮化硅基固溶相復(fù)合陶瓷材料制作閥球的方法，步驟如下
1、將氮化硅粉料和燒結(jié)助劑按上述比例置于攪拌混合設(shè)備中，并加入液體研磨介質(zhì)進(jìn)行充分混合，利用球磨設(shè)備研磨4小時或10小時或20小時或30小時或40小時或50小時或60小時，卻在4小時 60小時之間均可，磨料選用氮化硅磨介球，得到混合均質(zhì)的漿料；上述的液體研磨介質(zhì)為無水乙醇、去離子水、異丙醇中的一種，用量為氮化硅粉料、燒結(jié)助劑和液體研磨介質(zhì)總質(zhì)量的20%或30%或40%或50%，即在20% 50%之間均可。2、將第一步得到的漿料通過干燥霧化造粒設(shè)備進(jìn)行干燥霧化處理，溫度確定為 60°C或80°C或100°C或120°C或140°C，即在60°C 140 °C之間均可，干燥霧化時間為2小時或4小時或6小時或8小時或10小時，即在2小時 10小時之間均可，最終要求含水率 <0. 1 %，得到干燥造粒原料粉體，粒度為20 μ m或50 μ m或100 μ m或150 μ m或200 μ m 或250 μ m或300 μ m或320 μ m，即在20 μ m 320 μ m之間均可；將上述干燥造粒原料粉體通過冷等靜壓或干壓設(shè)備進(jìn)行坯體成型加工，壓力為50 MPa或100 MPa或150 MPa或 200 MPa或240 MPa，即在50 MPa 240 Mpa之間均可，得到閥球坯體。
3、利用機(jī)械加工設(shè)備(車床、磨床、鉆床、銑床等)對閥球坯體按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行加工。4、將加工后的閥球坯體進(jìn)行干燥處理，置于干燥設(shè)備中10小時或15小時或20小時或M小時，即在10小時 M小時之間均可，干燥溫度為180°C或250°C或300°C，即在 180300 °C之間均可，使含水率為0. 05%或0. 1%，即小于0. 1 %。5、將上述干燥處理后的閥球坯體置于熱等靜壓燒結(jié)爐或氣氛壓力燒結(jié)爐，進(jìn)行燒結(jié)，溫度為1800°C或1850°C或1900°C或1950°C，即在1800°C 1950 °C之間均可，燒結(jié)時間為8小時或15小時或20小時或25小時或30小時或36小時，即在8小時 36小時之間均可，保持爐內(nèi)氮?dú)夂?或氬氣保護(hù)氣氛，爐內(nèi)氣氛壓力為3 MPa或5 Mpa或10 Mpa或 15 MPa,即在3 MPa 15 MPa之間均可。6、將燒結(jié)后的閥球坯體通過機(jī)械磨削設(shè)備進(jìn)行磨加工處理得到球閥閥球，其表面粗糙度為0. 01 μ m或0. 03 μ m或0. 06 μ m或0. 08 μ m，即小于0. 1 μ m均可。
權(quán)利要求
1.一種用于制造硬密封球閥閥球的氮化硅基固溶相復(fù)合陶瓷材料，其特征在于由如下組份構(gòu)成氮化硅粉料和燒結(jié)助劑，質(zhì)量配比為氮化硅粉料燒結(jié)助劑=3 19 :1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造硬密封球閥閥球的氮化硅基固溶相復(fù)合陶瓷材料， 其特征在于所述的氮化硅粉料主要為α-相氮化硅，氮化硅粉料中β-相氮化硅含量小于 3%，氮化硅粉料的粒度為0. 1 μ m 0. 5 μ m ；所述的燒結(jié)助劑為稀土氧化物或金屬氧化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于制造硬密封球閥閥球的氮化硅基固溶相復(fù)合陶瓷材料， 其特征在于所述的稀土氧化物為氧化銥、氧化鑭、氧化鐿、氧化釤、氧化鈰、氧化鉻、氧化鈦中的一種或任意幾種的等比例混合物；所述的金屬氧化物為氧化鋁或氧化鎂或氧化鋁和氧化鎂的混合物，其中氧化鋁和氧化鎂的混合物中的質(zhì)量配比為氧化鋁氧化鎂=1 5 :1。
4.一種利用權(quán)利要求1或2或3所述的用于制造硬密封球閥閥球的氮化硅基固溶相復(fù)合陶瓷材料制作閥球的方法，其特征在于步驟如下將氮化硅粉料和燒結(jié)助劑按上述比例置于攪拌混合設(shè)備中，并加入液體研磨介質(zhì)進(jìn)行充分混合，利用球磨設(shè)備研磨4小時 60小時，磨料為氮化硅磨介球，得到混合均質(zhì)的漿料；所述的液體研磨介質(zhì)為無水乙醇、去離子水、異丙醇中的一種，用量為氮化硅粉料、燒結(jié)助劑和液體研磨介質(zhì)總質(zhì)量的20% 50% ；將漿料通過干燥霧化造粒設(shè)備進(jìn)行干燥霧化處理，溫度范圍為60°C 140 °C，干燥霧化時間為2小時 10小時，形成粒度為20μπι 320 μ m、含水率<0.1 %的干燥造粒原料粉體；將上述干燥造粒原料粉體通過冷等靜壓或干壓設(shè)備進(jìn)行坯體成型加工，壓力為50 MPa 240 MPa，得到閥球坯體；利用機(jī)械加工設(shè)備對閥球坯體按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行加工；將加工后的閥球坯體進(jìn)行干燥處理，置于干燥設(shè)備中10小時 M小時，干燥溫度為 180°C 300 °C，使含水率小于0. 1 % ；將上述干燥處理后的閥球坯體置于熱等靜壓燒結(jié)爐或氣氛壓力燒結(jié)爐，進(jìn)行燒結(jié)，溫度為1800°C 1950 °C，燒結(jié)時間為8小時 36小時，保持爐內(nèi)氮?dú)夂?或氬氣保護(hù)氣氛， 爐內(nèi)氣氛壓力為3 MPa 15 MPa ；將燒結(jié)后的閥球坯體通過機(jī)械磨削設(shè)備進(jìn)行磨加工處理，得到表面粗糙度為小于 0. Ιμ 的球閥閥球。
全文摘要
用于制造硬密封球閥閥球的氮化硅基固溶相復(fù)合陶瓷材料及該閥球的制備方法，材料由如下組份構(gòu)成氮化硅粉料和燒結(jié)助劑，質(zhì)量配比為氮化硅粉料∶燒結(jié)助劑＝3～19∶1。方法為將氮化硅粉料和燒結(jié)助劑按上述比例混合并研磨成漿料；將漿料干燥霧化處理得到閥球坯體；利用機(jī)械加工設(shè)備對閥球坯體按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行加工；將加工后的閥球坯體進(jìn)行干燥處理；將上述干燥處理后的閥球坯體置于熱等靜壓燒結(jié)爐或氣氛壓力燒結(jié)爐，進(jìn)行燒結(jié)；將燒結(jié)后的閥球坯體通過機(jī)械磨削設(shè)備進(jìn)行磨加工處理，得到表面粗糙度為小于0.1μm的球閥閥球。本發(fā)明的材料具有高致密性、高強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、絕緣防火等優(yōu)點(diǎn)，方法簡便，易操作。
文檔編號C04B35/584GK102358702SQ201110211238
公開日2012年2月22日 申請日期2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月27日
發(fā)明者尚紅霞, 董海明 申請人:劉彤, 尚紅霞, 莊軍, 董海明