CN100391894C - 陶瓷外螺旋轴套材料及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种陶瓷外螺旋轴套材料，其特征在于它是以组成为3Y-TZP 60～80wt%，工业ZrO2 10～20wt%，Al2O3 5～10wt%，MgO 1～5wt%，SiO2 0.5～5wt%的多元体系高性能氧化锆基陶瓷材料。本发明同时公开了它的制备工艺。这种多元体系氧化锆基陶瓷外螺旋轴套材料不仅在室温，而且在600℃的高温环境下仍可保持优异的力学性能、耐腐蚀性和耐磨损性，完全可满足等离子点火器的苛刻工作环境。

Description

陶瓷外螺旋轴套材料及其制备工艺
技术领域
本发明属于高性能结构陶瓷材料技术领域，具体涉及一种陶瓷外螺旋轴套材料及其制备工艺。
背景技术
在煤燃烧系统中，等离子点火器广泛使用外螺旋轴套。在现有技术中，普遍采用的外螺旋轴套都是工程塑料或金属材料制品。由于工程塑料存在耐热性差，易老化的缺点，而金属材料又存在耐磨损性和耐腐蚀性差的缺点，导致这两种材料的外螺旋轴套使用寿命短，可靠性差，难以满足在600℃的高温条件下耐热性、耐腐蚀性以及耐磨损性的要求。采用工程结构陶瓷材料替代上述两种材料是一种不错的选择，但研究出具有高的抗弯强度和断裂韧性，同时具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优异性能的陶瓷材料是本技术领域中的难点。此外，由于外螺旋轴套是异形产品，形状复杂，采用一般的压制成型和注浆成型工艺难以制备，且生产效率低，因此还要找到适当的制备方法。
发明内容
本发明是针对现有有机高分子和金属外螺旋轴套耐热性和耐磨损性差，使用寿命短的问题，提供一种耐热性和力学性能优良，性能价格比较合理，且适宜于等离子点火器工作环境的陶瓷外螺旋轴套材料及其制备工艺。
本发明提供的陶瓷外螺旋轴套材料，其特征在于以3Y-TZP为基础，以工业氧化锆(ZrO2)为辅助，以氧化铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)、氧化硅(SiO2)为添加剂的多元体系高性能氧化锆基陶瓷材料。
上述材料的组成为：3Y-TZP 60～80wt％，工业ZrO2 10～20wt％，Al2O35～10wt％，MgO 1～5wt％，SiO2 0.5～5wt％。
本发明提供的制备陶瓷外螺旋轴套材料的工艺，按上述材料组成成分，先将3Y-TZP粉和工业ZrO2、Al2O3、MgO、SiO2均匀混合后，再与有机粘结剂进行热混炼，混炼温度150～170℃，时间0.5～1小时；混炼后的颗粒料通过注射成型机成型出含有有机粘结剂的陶瓷外螺旋轴套的生坯体，再将该生坯体放入加热炉中进行脱脂，于500～600℃下保温2～5小时排出生坯体内的有机粘结剂得到陶瓷外螺旋轴套的素坯，该素坯置于高温炉内于1500～1550℃温度范围内保温2～4小时，即可得到致密度高于99％的陶瓷体，再经磨床研磨加工制成所需尺寸精度的陶瓷外螺旋轴套。
这种多元体系氧化锆基陶瓷材料不仅在室温，而且在600℃的高温环境下仍可保持优异的力学性能、耐腐蚀性和耐磨损性，完全可满足等离子点火器的苛刻工作环境。
具体实施方式
本发明陶瓷外螺旋轴套之制备工艺特征为注射成型，主要包括以下方面：
(1)陶瓷粉与有机粘结剂进行热混炼
按实施例附表中所列的组成配好陶瓷粉，并与有机粘结剂进行热混炼，陶瓷粉重量比为：80～90wt％，有机粘结剂重量比为10～20wt％，所用有机粘结剂为聚苯乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，微晶石蜡，聚苯二甲酸二辛酯，聚苯二甲酸二丁酯中的3种，4种或5种。混炼在温度可控的混炼机中进行，温度调至130～180℃。混炼时间0.5～1小时。
(2)射出成型
将上述混炼好的颗粒料倒入注射机料筒内，于130～160℃加热后，在50～150MPa压力下将粘稠的物料注射进入摸腔内，得到陶瓷外螺旋轴套的坯体。
(3)脱脂
将上述陶瓷外螺旋轴套的坯体放入坩埚内，并埋入刚玉粉中，然后放入加热炉中，以5～10℃/h的速度升至500～600℃，保温2～5小时，自然冷却至室温，即可脱除坯体内有机粘结剂，得到陶瓷外螺旋轴套的素坯。
(4)高温烧结
将上述素坯置于高温炉中常压(即一个大气压)烧结，以25～35℃/小时的升温速度升温至1500～1550℃，保温2～4小时，随炉冷却至室温，得到致密度高于99％的陶瓷外螺旋轴套。
(5)表面研磨加工
烧结后的陶瓷外螺旋轴套，在万能磨床上进行内圆和外圆表面研磨，在平面磨床上进行端面研磨，达到要求的尺寸精度。
实施例附表
Figure C20061015964700051

Claims (2)

1.一种陶瓷外螺旋轴套材料，其特征在于以3Y-TZP为基础，以工业ZrO2为辅助，以Al2O3、MgO、SiO2为添加剂的多元体系，其组成为：3Y-TZP 60～80wt％，工业ZrO2 10～20wt％，Al2O35～10wt％，MgO 1～5wt％，SiO2 0.5～5wt％。
2.一种如权利要求1所述的陶瓷外螺旋轴套材料的制备工艺为：先将3Y-TZP和工业ZrO2、Al2O3、MgO、SiO2均匀混合后，再与有机粘结剂进行热混炼，混炼温度150～170℃，时间0.5～1小时；混炼后的颗粒料通过注射成型机成型出含有有机粘结剂的陶瓷外螺旋轴套的生坯体，再将该生坯体放入加热炉中进行脱脂，于500～600℃下保温2～5小时排出生坯体内的有机粘结剂得到陶瓷外螺旋轴套的素坯，该素坯置于高温炉内于1500～1550℃温度范围内保温2～4小时，即可得到致密度高于99％的陶瓷体，再经磨床研磨加工制成所需尺寸精度的陶瓷外螺旋轴套。
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