CN105036746B

CN105036746B - 一种高耐磨金刚石喷嘴用陶瓷的制备方法

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Publication number: CN105036746B
Application number: CN201510396294.9A
Authority: CN
Inventors: 王凯悦; 李志宏; 田玉明; 柴跃生; 赵志刚
Original assignee: Taiyuan University of Science and Technology
Current assignee: Taiyuan University of Science and Technology
Priority date: 2015-07-08
Filing date: 2015-07-08
Publication date: 2018-02-27
Anticipated expiration: 2035-07-08
Also published as: CN105036746A

Abstract

一种高耐磨金刚石喷嘴用陶瓷制备方法，属于陶瓷喷嘴技术领域，高耐磨金刚石喷嘴用陶瓷原料组成及其重量百分比含量为：90～95％金刚石微粉，1.5～4％SiO₂，1～2.5％B₂O₃，0.5～1％Al₂O₃，0.5～1％Na₂O、0.25～1％K₂O，0.25～1.5％Li₂O，所述的金刚石微粉的粒度为1～5μm。高耐磨金刚石喷嘴用陶瓷的制备方法，按以下步骤依次进行：⑴按重量百分比含量进行配料并混合均匀后，⑵坯体制备；⑶烧结，最终获得高耐磨金刚石喷嘴用陶瓷。该陶瓷具有高耐磨性、高耐蚀性、高形状保持性、高使用寿命，既减少了喷嘴的更换频率，提高了设备的使用效率，又提高了喷嘴的耐磨性，减少了由于喷嘴的损耗而带来的对流经喷嘴的原料的污染。

Description

一种高耐磨金刚石喷嘴用陶瓷的制备方法

技术领域

本发明属于陶瓷喷嘴技术领域，特别涉及一种高耐磨金刚石喷嘴用陶瓷的制备方法。

背景技术

喷嘴是许多工业设备进行生产和加工所必需的部件，如高压磨料水射流切割设备、炼油设备中的催化裂化装置、喷射钻井设备、超音速气流粉碎机等设备中的关键部件之一，也是最容易耗损的部件。由于喷嘴在使用过程中，受到高速冲刷、磨蚀、热蚀、冲击等作用，使其成为整个设备中的耗损最快的部件，而喷嘴的磨损和形状保持关系到了设备出料的稳定性、质量以及设备的生产效率和加工产品的质量等，在实际生产中，喷嘴的耐磨性和频繁更换严重地影响了设备的生产质量和生产效率的正常发挥，因此，使用喷嘴的设备和行业迫切需要提高喷嘴的使用寿命和形状保持性。

目前喷嘴领域中使用较多的是金属或氧化铝、氧化锆等制备的普通陶瓷喷嘴，这些不同材质的喷嘴虽各有其自身的优点，但还不能完全满足喷嘴在使用过程中对耐磨、耐蚀等性能的需求。

发明内容

为了使陶瓷制备的喷嘴具有高耐磨性、高耐蚀性、高形状保持性、高使用寿命，本发明提供一种高耐磨金刚石喷嘴用陶瓷的制备方法。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种高耐磨金刚石喷嘴用陶瓷，其原料组成及其重量百分比含量为：90～95％金刚石微粉，1.5～4％SiO₂，1～2.5％B₂O₃，0.5～1％Al₂O₃，0.5～1％Na₂O、0.25～1％K₂O，0.25～1.5％Li₂O；所述的金刚石微粉的粒度为1～5μm。

所述的一种高耐磨金刚石喷嘴用陶瓷，优选的原料组成及其重量百分比含量为：95％金刚石微粉，1.5％SiO₂，1％B₂O₃，0.5％Al₂O₃，0.5％Na₂O、0.25％K₂O，1.25％Li₂O；优选的金刚石微粉的粒度为2μm。

一种高耐磨金刚石喷嘴用陶瓷的制备方法，具有如下步骤：

（1）、粉末原料的配制及混合均匀：原料组成及重量百分比含量为：90～95％金刚石微粉，1.5～4％SiO₂，1～2.5％B₂O₃，0.5～1％Al₂O₃，0.5～1％Na₂O、0.25～1％K₂O，0.25～1.5％Li₂O，将粉末原料按比例混合并利用球磨机球磨2~5h，至粉末原料混合均匀后，将混合均匀的粉末原料通过型号为60目的筛子进一步混合均匀；

（2）、将步骤（1）配制的混合均匀的粉末原料放入手动油压机进行干压成型，其中手动油压机所采用的压力为90KPa，保压时间为30s~2min；然后利用等静压机在1000~1500MPa压力下保压1~2min，使干压成型后的坯体进一步致密化；

（3）、将步骤（3）致密化后的坯体在氮气或者氩气保护气氛中于700℃～800℃进行烧结，保温时间为1~3h，即获得高耐磨金刚石喷嘴用陶瓷。

所述的高耐磨金刚石喷嘴用陶瓷优选的烧结方法是：致密化后的坯体在氮气保护气氛中于760℃温度下烧结并保温2h。

本发明的有益效果。

本发明通过调整原料组成及原料的重量百分比含量，加之采用高耐磨金刚石喷嘴用陶瓷的制备方法，提供了一种具有高耐磨性、高耐蚀性、高形状保持性、高使用寿命的金刚石喷嘴用陶瓷，一方面减少了喷嘴的更换频率，提高了设备的使用效率，另一方面提高了喷嘴的耐磨性，减少了由于喷嘴的损耗而带来的对流经喷嘴的原料的污染，改善和提高了由于喷嘴使用本身对生产和加工带来的不利影响。

具体实施方式

金刚石是目前世界上自然形成的最硬的材料，正由于其超高硬度带来了其一系列的优良性能，如高的耐磨性、耐蚀性等。但金刚石是由碳原子以共价键形式构成的面心立方结构，键能很高，结构很稳定，在高温下其自身扩散系数很低，因此纯金刚石很难通过高温处理而实现自身烧结，而烧结程度对喷嘴的耐磨、耐蚀性、使用寿命等有很大的影响。而陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀以及高硬度等特点，因此，考虑采用陶瓷材料作为金刚石喷嘴的烧结助剂，而金刚石在600℃以上的高温下热处理时易氧化分解，尤其对于粒度较小的金刚石微粉，这种特点就更加明显，因此考虑采用可以形成低温液相的复合陶瓷体系作为烧结助剂，并在惰性气氛保护下进行热处理。另外，材料的烧结还和材料制品的成型密度有关，成型密度越高，颗粒间距离越小，材料越易烧结，而等静压成型不仅使制品的成型密度均匀性高，也有利于提高制品的成型密度，因此，考虑采用等静压方法成型。

综合考虑金刚石喷嘴的性能、形状、烧结、成本等因素，采用可形成低温液相的SiO₂－B₂O₃－Al₂O₃－Na₂O－K₂O－Li₂O复合陶瓷体系作为烧结助剂，等静压成型和氮气或氩气保护下的无压热处理方式。

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

一种高耐磨金刚石喷嘴用陶瓷，优选的原料组成及其重量百分比含量为：90％金刚石微粉，4％SiO₂，2.5％B₂O₃，0.5％Al₂O₃，1％Na₂O、0.5％K₂O，1.5％Li₂O，其中金刚石微粉的粒度为1μm。

本实施例中，一种高耐磨金刚石喷嘴用陶瓷依次通过以下步骤制备：

（1）、粉末原料的配制及混合均匀：原料组成及重量百分比含量为：90％的粒度为1μm的金刚石微粉，4％SiO₂，2.5％B₂O₃，0.5％Al₂O₃，1％Na₂O、0.5％K₂O，1.5％Li₂O，将粉末原料按比例混合并利用球磨机球磨2h，至粉末原料混合均匀后，将混合均匀的粉末原料通过型号为60目的筛子进一步混合均匀；

（2）、将步骤（1）配制的混合均匀的粉末原料放入手动油压机进行干压成型，其中手动油压机所采用的压力为90KPa，保压时间为30s；然后利用等静压机在1000MPa压力下保压1min，使干压成型后的坯体进一步致密化；

（3）、将步骤（2）致密化后的坯体在氩气保护气氛中于700℃进行烧结，保温时间为1h，即获得高耐磨金刚石喷嘴用陶瓷。

利用制得的陶瓷材料制成30×6×4mm的标准试样，测得其抗折强度为89Mpa。

实施例2

一种高耐磨金刚石喷嘴用陶瓷，优选的原料组成及其重量百分比含量为：92％金刚石微粉，3％SiO₂，2.5％B₂O₃，0.5％Al₂O₃，1％Na₂O、0.5％K₂O，0.5％Li₂O，其中金刚石微粉的粒度为2μm。

（1）、粉末原料的配制及混合均匀：原料组成及重量百分比含量为：92％的粒度为2μm金刚石微粉，3％SiO₂，2.5％B₂O₃，0.5％Al₂O₃，1％Na₂O、0.5％K₂O，0.5％Li₂O，将粉末原料按比例混合并利用球磨机球磨3h，至粉末原料混合均匀后，将混合均匀的粉末原料通过型号为60目的筛子进一步混合均匀；

（2）、将步骤（1）配制的混合均匀的粉末原料放入手动油压机进行干压成型，其中手动油压机所采用的压力为90KPa，保压时间为1min；然后利用等静压机在1200MPa压力下保压90s，使干压成型后的坯体进一步致密化；

（3）、将步骤（2）致密化后的坯体在氩气保护气氛中于720℃进行烧结，保温时间为4h，即获得高耐磨金刚石喷嘴用陶瓷。

利用制得的陶瓷材料制成30×6×4mm的标准试样，测得其抗折强度为86Mpa。

实施例3

一种高耐磨金刚石喷嘴用陶瓷，优选的原料组成及其重量百分比含量为：93％金刚石微粉，2.5％SiO₂，2％B₂O₃，1％Al₂O₃，0.5％Na₂O、0.75％K₂O，0.25％Li₂O，其中金刚石微粉的粒度为3μm。

（1）、原料组成及重量百分比含量为：93％的粒度为3μm金刚石微粉，2.5％SiO₂，2％B₂O₃，1％Al₂O₃，0.5％Na₂O、0.75％K₂O，0.25％Li₂O，将粉末原料按比例混合并利用球磨机球磨4h，至粉末原料混合均匀后，将混合均匀的粉末原料通过型号为60目的筛子进一步混合均匀；

（2）、将步骤（1）配制的混合均匀的粉末原料放入手动油压机进行干压成型，其中手动油压机所采用的压力为90KPa，保压时间为90s；然后利用等静压机在1300MPa压力下保压1min，使干压成型后的坯体进一步致密化；

（3）、将步骤（2）致密化后的坯体在氩气保护气氛中于720℃进行烧结，保温时间为3h，即获得高耐磨金刚石喷嘴用陶瓷。

利用制得的陶瓷材料制成30×6×4mm的标准试样，测得其抗折强度为88Mpa。

实施例4

一种高耐磨金刚石喷嘴用陶瓷，优选的原料组成及其重量百分比含量为：95％金刚石微粉，1.5％SiO₂，1％B₂O₃，0.5％Al₂O₃，0.5％Na₂O、0.25％K₂O，1.25％Li₂O，其中金刚石微粉的粒度为2μm。

（1）、粉末原料的配制及混合均匀：原料组成及重量百分比含量为：95％的粒度为2μm金刚石微粉，1.5％SiO₂，1％B₂O₃，0.5％Al₂O₃，0.5％Na₂O、0.25％K₂O，1.25％Li₂O，将粉末原料按比例混合并利用球磨机球磨5h，至粉末原料混合均匀后，将混合均匀的粉末原料通过型号为60目的筛子进一步混合均匀；

（2）、将步骤（1）配制的混合均匀的粉末原料放入手动油压机进行干压成型，其中手动油压机所采用的压力为90KPa，保压时间为2min；然后利用等静压机在1400MPa压力下保压2min，使干压成型后的坯体进一步致密化；

（3）、将步骤（2）致密化后的坯体在氮气保护气氛中于760℃进行烧结，保温时间为2h，即获得高耐磨金刚石喷嘴用陶瓷。

利用制得的陶瓷材料制成30×6×4mm的标准试样，测得其抗折强度为90Mpa。

实施例5

一种高耐磨金刚石喷嘴用陶瓷，优选的原料组成及其重量百分比含量为：90％金刚石微粉，4％SiO₂，2.5％B₂O₃，0.5％Al₂O₃，1％Na₂O、1％K₂O，1％Li₂O，其中金刚石微粉的粒度为5μm。

（1）、粉末原料的配制及混合均匀：原料组成及重量百分比含量为：90％的粒度为5μm金刚石微粉，4％SiO₂，2.5％B₂O₃，0.5％Al₂O₃，1％Na₂O、1％K₂O，1％Li₂O，将粉末原料按比例混合并利用球磨机球磨5h，至粉末原料混合均匀后，将混合均匀的粉末原料通过型号为60目的筛子进一步混合均匀；

（2）、将步骤（1）配制的混合均匀的粉末原料放入手动油压机进行干压成型，其中手动油压机所采用的压力为90KPa，保压时间为2min；然后利用等静压机在1500MPa压力下保压2min，使干压成型后的坯体进一步致密化；

（3）、将步骤（2）致密化后的坯体在氩气保护气氛中于800℃进行烧结，保温时间为3h，即获得高耐磨金刚石喷嘴用陶瓷。

利用制得的陶瓷材料制成30×6×4mm的标准试样，测得其抗折强度为85Mpa。

本发明并不局限于上述实施例，很多细节的变化是可能的，但这并不因此违背本发明的范围和精神。

上面对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims

1.一种高耐磨金刚石喷嘴用陶瓷的制备方法，具有如下步骤：

（1）、高耐磨金刚石喷嘴用陶瓷的原料组成及其重量百分比含量为：90～95％金刚石微粉，1.5～4％SiO₂，1～2.5％B₂O₃，0.5～1％Al₂O₃，0.5～1％Na₂O、0.25～1％K₂O，0.25～1.5％Li₂O；按原料的重量百分比含量进行配料，利用球磨机混合2~5h，直至粉末原料混合均匀后，将混合均匀的粉末原料通过型号为60目的筛子进一步混合均匀；

（2）、将步骤（1）配制的粉末原料放入手动油压机进行干压成型，所采用的压力为90kPa，保压时间为30s~2min；然后利用等静压机在1000~1500MPa压力下保压1~2min，使干压成型后的坯体进一步致密化；

（3）、将步骤（2）致密化后的坯体在氮气或者氩气保护气氛中于700℃～800℃进行烧结，保温时间为1~3h，即获得高耐磨金刚石喷嘴用陶瓷。

2.根据权利要求1所述的一种高耐磨金刚石喷嘴用陶瓷的制备方法，其特征在于：所述的金刚石微粉的粒度为1～5μm。

3.根据权利要求1所述的一种高耐磨金刚石喷嘴用陶瓷的制备方法，其特征在于：所述烧结方法是在氮气保护气氛中于760℃中烧结并保温2h。