CN101195538B - 碳化硅陶瓷耐磨结构件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

针对现在搅拌机中金属叶片、刮板存在磨损失效快、变形严重、工件寿命短的问题，本发明提供一种耐磨结构件及其制造方法，可以较好地解决所述问题。碳化硅陶瓷耐磨结构件，将以下成分的原料按所述重量百分比进行混合：石油焦45～55％，单质硅25～35％，纯净水19～30％，pH值在6.8～7.2之间的聚乙烯醇1～2％。它的制造方法包括配料、制浆、制模、成型、干燥、修坯、烧结、精整等步骤。本发明采用碳化硅陶瓷代替传统的耐磨合金生产耐磨结构件，不仅具有防腐防锈性能，而且高硬度、耐磨损、耐高温，使用寿命是高锰钢和高铬铸铁等耐磨金属的10倍以上；并且体积密度小，工件重量轻，可以降低运行时马达的功率消耗，节约了能源，利于推广应用。

Description

碳化硅陶瓷耐磨结构件及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种高速搅拌机装置中的碳化硅陶瓷搅拌叶片、刮板等耐磨结构件的制造方法。

背景技术

现代工矿企业中，为了对物料进行混合、搅拌，大量采用一种高速搅拌机的设备，由于物料的混合、搅拌时是进行高速旋转运动的，这种高速旋转运动对搅拌机的叶片、刮板产生一定的冲击负荷和物料磨损，因此叶片、刮板的消耗量很大。目前，制作搅拌机叶片、刮板的材料主要有高锰钢，高铬铸铁等。

高锰钢和高铬铸铁的冲击韧性很高，原始硬度不超过HB230，因此在高速搅拌机的使用过程中常常是韧性有余而耐磨性不够，磨损失效快，而且变形严重，寿命短。

碳化硅(SIC)作为一种工程陶瓷，它不仅具有良好的高温特性，而且具有高硬度、耐磨损、耐酸碱腐蚀等一系列优异性能，可以承受金属和有机高分子材料难以承受的苛刻工作环境。因此，利用碳化硅材质制作搅拌机的耐磨结构件应是较好的选择。

但目前制作搅拌机耐磨结构件的方法都是铸造或高温冶炼，对于碳化硅这种非金属材料不适用。而现有的利用碳化硅制作研磨球等耐磨结构件的方法不能达到搅拌机中叶片、刮板的性能。

发明内容

针对现在搅拌机中金属叶片、刮板存在磨损失效快、变形严重、工件寿命短的问题，本发明提供一种耐磨结构件及其制造方法，可以较好地解决所述问题。

本发明所述目的是通过如下方案实现的：

一种碳化硅陶瓷耐磨结构件，将以下成分的原料按所述重量百分比进行混合：石油焦45～55％，单质硅25～35％，纯净水19～30％，PH值在6.8～7.2之间的聚乙烯醇1～2％。

一种碳化硅陶瓷耐磨结构件的制造方法，包括以下步骤：

a、配料：配制如前述权利要求所述原料；

b、制浆：先将石油焦加入到纯净水中，搅拌10小时后，再加入单质硅搅拌8小时，然后滴加聚乙烯醇溶液，搅拌不少于6小时，料浆混合均匀成膏状；

c、制模：根据目标工件制作型模；

d、成型：采用实心注浆法进行注浆；

e、干燥：成型坯体脱模后，45℃的干燥房进行128小时烘干；

f、修坯：成型坯体干燥后，对坯体表面的缺陷进行修整；

g、烧结：将修整好的坯体放入真空炉，升温到2000℃进行真空反应烧结，烧结时真空度不大于0.1Pa，在达到单质硅的熔化点1410℃后的烧结时间要大于四个小时；

h、精整：将经过真空烧结反应后的坯体通过喷丸或者打磨，去除残留在坯体表面的单质硅和杂质；即可。

应用效果：

1、本发明采用碳化硅陶瓷代替传统的耐磨合金生产耐磨结构件，不仅具有防腐防锈性能，而且高硬度、耐磨损、耐高温，充分发挥了陶瓷的优异性能；

2、就使用寿命而言：混合、搅拌同种性质的物料，高锰钢和高铬铸铁材质叶片、刮板的使用时间为50小时，本发明产品的使用时间可达500小时，因此使用寿命是高锰钢和高铬铸铁等耐磨金属的10倍以上；

3、耐磨性好，减少了物料中的杂质含量；

4、加工同种物料的成本是高锰钢和高铬铸铁等耐磨金属的1/3左右，；

5、因使用寿命长，大幅度减少了停机更换时间和劳动强度，保证了设备的使用连续性，显著提高了生产效率；

6、采用碳化硅陶瓷产品，在搅拌使用中物料不结垢，易于清扫，明显改善了生产条件；

7、碳化硅陶瓷搅拌叶片、刮板等的体积密度小，工件重量轻，可以降低运行时马达的功率消耗，节约了能源。

8、本发明所述的生产工艺适合于生产形状复杂的产品，可以通过镶嵌、粘结、紧固等方式组装在设备的相应部位，方便连接，利于推广应用。

附图说明

图1是本发明所述耐磨结构件与用高锰钢制成的耐磨结构件备方面性能参数的实验数据柱形图。

具体实施方式

实施例一：

本实施方式提供一种高速搅拌机装置中的碳化硅陶瓷搅拌叶片、刮板等耐磨结构件的制造方法，解决现在技术中工艺不合理，成型方式不当的技术缺陷。

碳化硅陶瓷耐磨结构件，将以下成分的原料按所述重量百分比进行混合：石油焦45～55％，单质硅25～35％，纯净水19～30％，PH值在6.8～7.2之间的聚乙烯醇1～2％。

碳化硅陶瓷耐磨结构件的制造方法包括以下步骤：

a、配料：准备前述重量比例的原料；

b、制浆：先将石油焦加入到纯净水中，搅拌10小时后，再加入单质硅搅拌8小时，然后滴加聚乙烯醇溶液，搅拌不少于6小时，料浆混合均匀成膏状；

c、制模：根据目标工件制作型模；

(1)以高速搅拌机叶片、刮板的结构尺寸为依据，采用机加工和手工完成内模制作；

(2)制作型模：在内模上涂抹一层油脂，将内模置于外型模具内并固定好，用石膏粉与水5∶3采用重量配比配置石膏浆料，石膏与水混合后在0.08MPa的真空下进行搅拌3分钟，再注入模型内加以轻微震荡排除气泡，使石膏浆流入各需要部位，待石膏浆固化后撤除外型模具，并对部分部位进行手工修整；修整后型模在45℃的干燥房进行128小时烘干。

d、成型：采用实心注浆法进行注浆；

e、干燥：成型坯体脱模后，45℃的干燥房进行128小时烘干；

f、修坯：成型坯体干燥后，对坯体表面的缺陷进行修整；

g、烧结：将修整好的坯体放入真空炉，升温到2000℃进行真空反应烧结，烧结时真空度不大于0.1Pa，在达到单质硅的熔化点1410℃后的烧结时间要大于四个小时以保证渗硅的充分进行；

h、精整：将经过真空烧结反应后的坯体通过喷丸或者打磨，去除残留在坯体表面的单质硅和杂质，以达到产品尺寸及形位公差的要求；

i、组装：通过镶嵌、粘结、紧固等方式组装在设备的相应部位。

本实施方式所述方法所得耐磨结构件与用高锰钢制成的耐磨结构件各方面性能参数的对比实验数据参照图1，具体数据如下：

项目	碳化硅陶瓷耐磨结构件	高锰钢耐磨结构件
			搅拌刚玉锆滑板可使用时间(小时)	500	50
可生产刚玉锆滑板(吨)	300	30
			生产成本(元)	200	500
莫式硬度	13	11
			最高使用温度(℃)	1380	100
重量(公斤)	12.3	39
			体积密度(g/cm<sup>3</sup>)	3.03	7.8

实施例二：

本实施例与实施例一的区别在于各成分的重量百分比为：石油焦45％，单质硅35％，纯净水19％，PH值在6.8～7.2之间的聚乙烯醇1％。其它与实施例一相同。

实施例三：

本实施例与实施例一的区别在于各成分的重量百分比为：石油焦55％，单质硅25％，纯净水19％，PH值在6.8～7.2之间的聚乙烯醇1％。其它与实施例一相同。

实施例四：

本实施例与实施例一的区别在于各成分的重量百分比为：石油焦45％，单质硅25％，纯净水28％，PH值在6.8～7.2之间的聚乙烯醇2％。其它与实施例一相同。

Claims (6)

1.一种碳化硅陶瓷耐磨结构件，其特征在于将以下成分的原料按所述重量百分比进行混合：石油焦45～55％，单质硅25～35％，纯净水19～28％，PH值在6.8～7.2之间的聚乙烯醇1～2％；并通过以下步骤制备而成：

先将石油焦加入到纯净水中，搅拌10小时后，再加入单质硅搅拌8小时，然后滴加聚乙烯醇溶液，搅拌不少于6小时，料浆混合均匀成膏状；

根据目标工件制作型模；

采用实心注浆法进行注浆；

成型坯体脱模后，45℃的干燥房进行128小时烘干；

成型坯体干燥后，对坯体表面的缺陷进行修整；

将修整好的坯体放入真空炉，升温到2000℃进行真空反应烧结，烧结时真空度不大于0.1Pa，在达到单质硅的熔化点1410℃后的烧结时间要大于四个小时；

将经过真空烧结反应后的坯体通过喷丸或者打磨，去除残留在坯体表面的单质硅和杂质。

2.根据权利要求1所述的碳化硅陶瓷耐磨结构件，其特征在于各成分的重量百分比为：石油焦45％，单质硅35％，纯净水19％，PH值在6.8～7.2之间的聚乙烯醇1％。

3.根据权利要求1或2所述的碳化硅陶瓷耐磨结构件，其特征在于各成分的重量百分比为：石油焦55％，单质硅25％，纯净水19％，PH值在6.8～7.2之间的聚乙烯醇1％。

4.根据权利要求1或2所述的碳化硅陶瓷耐磨结构件，其特征在于各成分的重量百分比为：石油焦45％，单质硅25％，纯净水28％，PH值在6.8～7.2之间的聚乙烯醇2％。

5.一种根据权利要求1、2、3、4之一所述碳化硅陶瓷耐磨结构件的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

a、配料：配制如前述权利要求所述原料；

b、制浆：先将石油焦加入到纯净水中，搅拌10小时后，再加入单质硅搅拌8小时，然后滴加聚乙烯醇溶液，搅拌不少于6小时，料浆混合均匀成膏状；

c、制模：根据目标工件制作型模；

d、成型：采用实心注浆法进行注浆；

e、干燥：成型坯体脱模后，45℃的干燥房进行128小时烘干；

f、修坯：成型坯体干燥后，对坯体表面的缺陷进行修整；

g、烧结：将修整好的坯体放入真空炉，升温到2000℃进行真空反应烧结，烧结时真空度不大于0.1Pa，在达到单质硅的熔化点1410℃后的烧结时间要大于四个小时；

h、精整：将经过真空烧结反应后的坯体通过喷丸或者打磨，去除残留在坯体表面的单质硅和杂质。

6.根据权利要求5所述的碳化硅陶瓷耐磨结构件的制造方法，其特征在于“c、制模”过程具体如下：

(1)以目标工件的结构尺寸为依据，采用机加工和手工完成内模制作；

(2)制作型模：在内模上涂抹一层油脂，将内模置于外型模具内并固定好，用石膏粉与水5∶3采用重量配比配置石膏浆料，石膏与水混合后在0.08MPa的真空下进行搅拌3分钟，再注入模型内加以轻微震荡排除气泡，使石膏浆流入各需要部位，待石膏浆固化后撤除外型模具，并对部分部位进行手工修整；修整后型模在45℃的干燥房进行128小时烘干。

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