CN103922707A - 偏心陶瓷环及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于阀门密封部件技术领域，具体涉及一种偏心陶瓷环及其制备方法，原料配料、球磨、喷雾干燥塔造粒、等静压成型、粗修坯体、烧成、分级、冷加工精修、成品包装。本发明解决了在不均匀、不对称磨损工况下，传统部件使用寿命短的问题，提高了产品耐磨、耐腐蚀性能，延长了使用寿命，降低了设备的维修时间。

Description

偏心陶瓷环及其制备方法
技术领域
本发明属于阀门密封部件技术领域，具体涉及一种偏心陶瓷环及其制备方法。
背景技术
现有传统的阀门密封部件，多采用不锈钢或合金等金属材质的材料，主要存在的问题：磨损快，输送物料易污染，设备维修频繁，直接影响设备的运行效率。市场需要一种高耐磨、耐腐蚀的密封部件。
发明内容
本发明的目的是提供一种偏心陶瓷环，提高了阀门部件耐磨性、耐腐蚀性，延长了产品使用寿命；本发明同时提供了偏心陶瓷环的制备方法，科学合理、简单易行。
本发明所述的偏心陶瓷环，由如下重量百分比的原料制成：
本发明所述的偏心陶瓷环的制备方法，步骤如下：
（1）称取煅烧氧化铝微粉、滑石粉、碳酸钡、苏州土、聚乙烯醇、硬脂酸铝，球磨，颗粒细度≤5um达到85%以上，然后加入偏硅酸钠，混磨后制成料浆；
（2）料浆进入喷雾干燥塔造粒，并加入脱模剂；
（3）步骤（2）得到的颗粒加入到成型模具中等静压成型处理，得到坯体，粗修坯体，烧成，分级，冷加工精修，成品包装。
步骤（1）中所述的球磨时间是22-26小时。
步骤（1）中所述的混磨时间是1.5-2小时。
步骤（2）中所述的脱模剂是硬脂酸镁，硬脂酸镁的质量是原料总质量的0.2-0.5%。
步骤（2）中所述的造粒温度是130-140℃，造粒压力是2.0-2.3Mpa。
步骤（3）中所述的成型模具是由弹性好、抗油性好的热塑性聚氨酯材料制成，弹性好、抗油性好的热塑性聚氨酯材料是热塑性聚氨酯TPU C80A注塑级、TPU C90A注塑级或TPUC95A注塑级中的一种。
步骤（3）中所述的等静压成型的加压时间为0.2-0.3分钟，保压时间为0.10-0.15分钟，压力为0.8-1.2MPa。
步骤（3）中所述的烧成温度是1580-1620℃。
本发明所述的偏心陶瓷环的制备方法，具体步骤如下：
（1）原料配料：一般原料用磅秤称量后，输送带送到配料斗，小料用电子秤计量后单独入磨；
（2）球磨：球磨方法采用分段入料方法，难磨的物料经过12-15小时的研磨后，再加入其他物料；出磨前半小时检测细度，要求颗粒细度≤5um达到85%以上，然后加入添加剂，混磨后制成料浆；
（3）喷雾干燥塔造粒：料浆由供料系统中的隔膜泵以2.0-2.3MPa压入干燥塔，采用压力式喷雾造粒干燥机完成造粒过程，颗粒料水分保持在3-5%，并加入适量脱模剂；
（4）等静压成型：由于等静压对成型模具有特殊的要求，包括要有足够的弹性和保形能力；有较高的抗张抗裂强度和耐磨强度且脱模性能好；因此我们选择了高分子聚氨酯材料来制作磨具；另外，我们通过摸索，掌握了加压时间为0.2-0.3分钟、保压时间为0.10-0.15分钟和压力在0.8-1.2MPa，保证偏心环的成型合格率在90%以上；
（5）粗修坯体：成型后的坯体，经0.5-1小时干燥后，要粗修，把毛边修平；
（6）烧成：为了保证烧成过程中，产品不变形，每个产品采用托垫支撑半成品，在自动控温式窑炉中烧成，严格按制定的升温、保温、降温曲线操作，最高烧成温度达1620℃，确保烧成质量；
（7）分级：烧成后的产品要进行外观和内检，
（8）冷加工精修：用金刚石刀具，在磨床上湿磨后，再抛光，尺寸达到精度要求；
（9）成品包装。
本发明所述的偏心陶瓷环的化学组成%：
SiO2 AL2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O
2.43 95.10 0.06 0.03 0.43 0.85 0.21
本发明的工艺流程如下：
原料配料→球磨（细度≤5um）→料浆→喷雾干燥塔造粒→等静压成型→粗修坯体→烧成→分级→冷加工精修→成品包装
制作陶瓷偏心环的主要原料为煅烧氧化铝微粉。
AI2O3主要有三种同质异晶体，即：γ-AI2O3，β-AI2O3，α-AI2O3，三种晶体结构不同，其性质也不同，其中以α-AI2O3属三方晶系，单位晶胞是一个尖的菱面体，在自然界唯一存在的晶型，α-AI2O3结构最紧密、活性低、高温稳定。它是三种形态中最稳定的晶型，它化学性质最好，具有优良的机电性能。
成型工艺：偏心陶瓷环的生产难点在于成型。本发明着重解决了等静压成型工艺中偏心模具的制作和脱模操作工艺技术；首先是偏心模具的材料选择，经反复试验，选择了富有弹性、成型性能良好的高分子材料来制作模具，并设计出了角度合理的偏心造型，使得半成品易于脱模，成型制品合格率达90%以上。
烧结工艺：开发的陶瓷密封环生产中易产生变形、开裂，压制成型时采用等静压成型压机，并调整造粒粉水分为2-3%，粒度分布：小于2um的颗粒占50-70%，利用等静压机压力在坯体个方向一致的特点，从而使得坯体密度差最小，变形最小。坯体烧成温度1560-1650℃，实验了平放式.，增加支垫的码窑方式，最终得到了各性能指标符合要求的耐磨陶瓷密封环，能够进行系列产品的生产。
本发明充分利用高铝陶瓷的耐磨、耐腐蚀性能，以及经济实用易推广特点，经过配方研究和生产工艺的调整，生产出了形状各异的的高铝陶瓷密封环。尤其在陶瓷偏心环的生产工艺上，做了深入研究，解决了偏心陶瓷环生产所需模具材料的选择，以及适合生产的形状设计。经反复试验，选择了富有弹性、成型性能良好的高分子材料制作模具；在产品形状上，根据用户要求，设计出了偏心环的造型。制品成型合格率达90%以上。提高了产品耐磨、耐腐蚀性能，延长了使用寿命，降低了设备的维修时间。
本发明制备的偏心陶瓷环的指标：
硬度：HRA≥86
体密：≥3.65g/cm3
吸水率＜0.01%
耐磨性：为铸铁50倍以上
        为合金20倍以上。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明解决了在不均匀、不对称磨损工况下，传统部件使用寿命短的问题，提高了产品耐磨、耐腐蚀性能，延长了使用寿命，降低了设备的维修时间。
附图说明
图1是模具的结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
以DN300（ф335/ф280*H18）偏心环的生产为例，首先根据成品尺寸的要求，依据材料的干燥收缩和烧成收缩比率，按照121.50%的比率放尺，制作模具，见图1，模具材料是TPU C80A注塑级。
（1）称取煅烧氧化铝微粉、滑石粉、碳酸钡、苏州土、聚乙烯醇、硬脂酸铝，球磨，球磨时间是22小时，颗粒细度≤5um达到85%以上，然后加入偏硅酸钠，混磨后制成料浆，混磨时间是1.5小时；
（2）料浆进入喷雾干燥塔造粒，并加6g硬脂酸镁作为脱模剂，造粒温度是140℃，造粒压力是2.1Mpa；
（3）步骤（2）得到的颗粒加入到成型模具中等静压成型处理，等静压成型的加压时间为0.2分钟，保压时间为0.15分钟，压力为1MPa，得到坯体，粗修坯体，烧成，烧成温度是1580℃，分级，冷加工精修，成品包装。
产品指标如下：
硬度：HRA=86
体密：3.65g/cm3
吸水率=0.008%。
实施例2
以DN400（ф445/ф380*H22）偏心环的生产为例，首先根据成品尺寸的要求，依据材料的干燥收缩和烧成收缩比率，按照121.50%的比率放尺，制作模具，模具材料是TPUC90A注塑级。
（1）称取煅烧氧化铝微粉、滑石粉、碳酸钡、苏州土、聚乙烯醇、硬脂酸铝，球磨，球磨时间是26小时，颗粒细度≤5um达到85%以上，然后加入18g(0.6%)偏硅酸钠，混磨后制成料浆，混磨时间是2小时；
（2）料浆进入喷雾干燥塔造粒，并加入12g硬脂酸镁作为脱模剂，造粒温度是135℃，造粒压力是2.0Mpa；
（3）步骤（2）得到的颗粒加入到成型模具中等静压成型处理，等静压成型的加压时间为0.3分钟，保压时间为0.10分钟，压力为0.8MPa，得到坯体，粗修坯体，烧成，烧成温度是1620℃，分级，冷加工精修，成品包装。
产品指标如下：
硬度：HRA=87
体密：3.66g/cm3
吸水率=0.007%。
实施例3
以DN450（ф487/ф430*H22）偏心环的生产为例，首先根据成品尺寸的要求，依据材料的干燥收缩和烧成收缩比率，按照121.50%的比率放尺，制作模具，模具材料是TPUC95A注塑级。
（1）称取煅烧氧化铝微粉、滑石粉、碳酸钡、苏州土、聚乙烯醇、硬脂酸铝，球磨，球磨时间是23小时，颗粒细度≤5um达到85%以上，然后加入12g(0.30%)偏硅酸钠，混磨后制成料浆，混磨时间是1.8小时；
（2）料浆进入喷雾干燥塔造粒，并加入20g硬脂酸镁作为脱模剂，造粒温度是130℃，造粒压力是2.3Mpa；
（3）步骤（2）得到的颗粒加入到成型模具中等静压成型处理，等静压成型的加压时间为0.25分钟，保压时间为0.12分钟，压力为1.2MPa，得到坯体，粗修坯体，烧成，烧成温度是1600℃，分级，冷加工精修，成品包装。
产品指标如下：
硬度：HRA=87
体密：3.68g/cm3
吸水率=0.003%。

Claims (9)

1.一种偏心陶瓷环，其特征在于由如下重量百分比的原料制成：
2.一种权利要求1所述的偏心陶瓷环的制备方法，其特征在于步骤如下：
（1）称取煅烧氧化铝微粉、滑石粉、碳酸钡、苏州土、聚乙烯醇、硬脂酸铝，球磨，颗粒细度≤5um达到85%以上，然后加入偏硅酸钠，混磨后制成料浆；
（2）料浆进入喷雾干燥塔造粒，并加入脱模剂；
（3）步骤（2）得到的颗粒加入到成型模具中等静压成型处理，得到坯体，粗修坯体，烧成，分级，冷加工精修，成品包装。
3.根据权利要求2所述的偏心陶瓷环的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述的球磨时间是22-26小时。
4.根据权利要求2所述的偏心陶瓷环的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述的混磨时间是1.5-2小时。
5.根据权利要求2所述的偏心陶瓷环的制备方法，其特征在于步骤（2）中所述的脱模剂是硬脂酸镁，硬脂酸镁的质量是原料总质量的0.2-0.5%。
6.根据权利要求2所述的偏心陶瓷环的制备方法，其特征在于步骤（2）中所述的造粒温度是130-140℃，造粒压力是2.0-2.3Mpa。
7.根据权利要求2所述的偏心陶瓷环的制备方法，其特征在于步骤（3）中所述的成型模具是由弹性好、抗油性好的热塑性聚氨酯材料制成。
8.根据权利要求2所述的偏心陶瓷环的制备方法，其特征在于步骤（3）中所述的等静压成型的加压时间为0.2-0.3分钟，保压时间为0.10-0.15分钟，压力为0.8-1.2MPa。
9.根据权利要求2所述的偏心陶瓷环的制备方法，其特征在于步骤（3）中所述的烧成温度是1580-1620℃。
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