CN105218133A

CN105218133A - 一种滚子及其加工方法

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Publication number: CN105218133A
Application number: CN201410294800.9A
Authority: CN
Inventors: 史正良; 单彩侠; 苏圣桐; 陈定川; 薛鹏飞; 郭小青
Original assignee: Zhuhai Gree Energy Saving Environmental Protection Refrigeration Technology Research Center Co Ltd
Current assignee: Zhuhai Gree Energy Saving Environmental Protection Refrigeration Technology Research Center Co Ltd
Priority date: 2014-06-26
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2016-01-06

Abstract

本发明公开了一种滚子，其重点是该滚子为加入增强陶瓷抗冲击性的增强基体后烧结的陶瓷滚子，且该增强基体为纤维基体或/和晶须基体。通过在陶瓷滚子烧结前加入纤维基体或/和晶须基体等结构，以提高陶瓷基体的强度，同时提高陶瓷基体连接的韧性，即提高陶瓷抗冲击性，降低破碎率，从而降低生产成本。本发明还公开了一种上述滚子的加工方法。

Description

一种滚子及其加工方法

技术领域

本发明涉及工业机械技术领域，更具体的说，是涉及一种滚子及其加工方法。

背景技术

旋转压缩机因其结构简单、体积小、质量轻、效率高而得到极为广泛的应用。

其中，旋转压缩机的泵体组件主要包括曲轴、滚子、滑片、上法兰、下法兰、气缸或中间隔板组成(双缸)，气缸径向开槽放置滑片，滑片在气缸开槽内上下滑动，且滑片头部始终与滚子表面紧密接触，滑片将气缸、上法兰、下法兰、滚子形成的腔体分为两个部分，分别是排气腔和吸气腔，曲轴旋转带动滚子压缩制冷介质，不断地进行吸气-压缩-排气过程。

在恶劣工况下，滑片头部以较高载荷、较大速度与滚子表面滑动接触，而通常组成压缩腔组件的滚子均采用铸铁或合金铸铁材料加工而成，使得滑片头部与滚子表面极易被磨损。尤其是，当摩擦面出现磨屑后，滚子表面的磨损会急剧加快，呈现出较深的沟痕，磨粒磨损严重，造成压缩机性能下降及可靠性变差等问题。

由于陶瓷材料具有硬度高、耐磨性好、弹性模量高、抗压强度大，特别是热膨胀系数小、密度小等一般金属材料所不具备的优点，因此，现有技术中采用陶瓷滚子以提高其耐磨性，从而提高压缩机性能。

但是，由于陶瓷材料本身的弱电是脆性大，使得陶瓷滚子在使用过程中不能承受剧烈的冲击，而导致其缺乏可靠性，易破碎，增加了生产成本。

因此，如何提高陶瓷滚子的抗冲击性，以降低破碎率，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种滚子，提高陶瓷滚子的抗冲击性，以降低破碎率。本发明还提供了一种上述滚子的加工方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种滚子，其中，所述滚子为加入能够增强陶瓷抗冲击性的增强基体后烧结的陶瓷滚子，且所述增强基体为纤维基体或/和晶须基体。

优选地，上述的滚子中，所述纤维基体为弹性模量不小于250Gpa的碳纤维基体或弹性模量不小于300Gpa的碳化硅纤维基体，所述晶须基体为弹性模量不小于400Gpa的碳化硅晶须。

优选地，上述的滚子中，所述纤维基体的长度不大于5μm，直径为0.5-1.5μm；所述晶须基体的长度不大于3μm，直径为0.5-1.5μm。

优选地，上述的滚子中，所述陶瓷滚子的材料还包括烧结助剂，且所述烧结助剂为硼、碳化硼、氧化镁、氧化硼或三氧化二钇。

优选地，上述的滚子中，所述增强基体质量分数占总质量分数的10％-25％，所述烧结助剂的质量分数占总质量分数的0.5％-2.0％。

优选地，上述的滚子中，所述陶瓷滚子为密度为3.5-4.0g/cm³的氧化铝陶瓷、密度为2.7～3.2g/cm³的碳化硅陶瓷或密度为3.1～3.4g/cm³的氮化硅陶瓷。

一种旋转式压缩机，包括滚子，其中，所述滚子为上述任一项所述的滚子。

一种滚子的加工方法，其用于加工上述任一项所述的滚子，包括步骤：

1)、在陶瓷基材中加入增强基材和无水乙醇，并混料直至形成混料均匀的材料；

2)、对混料均匀的材料进行干燥，并进行压制形成生坯；

3)、对所述生坯进行烧结，得到滚子。

优选地，上述的加工方法中，所述步骤1)中的通过行星球磨机进行混料。

优选地，上述的加工方法中，所述行星球磨机的球料比为7：1，所述行星球磨机的转速为250-300r/min。

优选地，上述的加工方法中，所述步骤3)中采用热等静压法对所述生坯进行烧结，且烧结温度为1800-2000℃，烧结压力为200-250Mpa，压力介质为氩气或氮气。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开了一种滚子，其重点是该滚子为加入增强陶瓷抗冲击性的增强基体后烧结的陶瓷滚子，且该增强基体为纤维基体或/和晶须基体。通过在陶瓷滚子烧结前加入纤维基体或/和晶须基体等结构，以提高陶瓷基体的强度，同时提高陶瓷基体连接的韧性，即提高陶瓷抗冲击性，降低破碎率，从而降低生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种旋转式单缸空调系统压缩机剖面图；

图2为本发明实施例公开的一种双缸空调系统压缩机剖面图；

图3为本发明实施例公开的泵体装配结构图；

图4为本发明实施例公开的陶瓷滚子示意图；

图5为本发明实施例公开的滚子的加工流程图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种滚子，提高陶瓷滚子的抗冲击性，以降低破碎率。本发明另一核心是提供一种上述滚子的加工方法。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图4所示，本发明公开了一种滚子，其重点是该滚子为加入增强陶瓷抗冲击性的增强基体后烧结的陶瓷滚子1，且该增强基体为纤维基体或/和晶须基体。通过在陶瓷滚子1烧结前加入纤维基体或/和晶须基体等结构，以提高陶瓷基体的强度，同时提高陶瓷基体连接的韧性，即提高陶瓷滚子1抗冲击性，降低破碎率，从而降低生产成本。

具体的实施例中，上述的纤维基体为弹性模量不小于250Gpa的碳纤维基体或弹性模量不小于300Gpa的碳化硅纤维基体，而晶须基体为弹性模量不小于400Gpa的碳化硅晶须。本申请中对纤维基体和晶须基体的弹性模量进行了限定以进一步保证该滚子的抗冲击性能。本领域技术人员可以理解的是，在实际中可根据不同的需要选择上述范围内的任意值，在此不做详细描述。

进一步的实施例中公开了纤维基体的长度不大于5μm，直径范围为0.5-1.5μm；而晶须基体的长度不大于3μm，直径为0.5-1.5μm。通过对纤维基体和晶须基体的进一步限定可进一步保证陶瓷滚子1的强度，提高抗冲击性能。

在对陶瓷滚子1进行烧结加工时，需要在陶瓷材料中加入烧结助剂，以使晶格畸变而得到活化，提高烧结后陶瓷滚子1的致密性。本申请中提供了陶瓷滚子1加工过程中烧结助剂具体可为：硼、碳化硼、氧化镁、氧化硼和三氧化二钇中一者或任意混合，本申请中提供的烧结助剂的种类是根据加工陶瓷滚子1的材料进行选择的，本领域技术人员可以理解的是，可根据陶瓷的材料选择对应的烧结助剂。

优选的实施例中，在加工过程中将增强基体质量分数设置为占总质量分数的10％-25％，并将烧结助剂的质量分数设置为占总质量分数的0.5％-2.0％。通过上述设置该陶瓷材料的密度比现有滚子材料减少49～65％；热膨胀系数比现有滚子材料减小18～70％；该陶瓷材料比普通陶瓷断裂韧度提高50～200％。空调系统压缩机采用该滚子材料，则磨性能优异，避免滚子出现冲击断裂现象，且泵体制冷介质泄露少、效率高；同时，电机平衡块质量减轻20～30％，有利于电机高速化、高效化，压缩机整机结构更加紧凑。

本申请实施例中还对陶瓷滚子1的陶瓷材料进行了限定，具体的为：密度为3.5-4.0g/cm³的氧化铝陶瓷、密度为2.7～3.2g/cm³的碳化硅陶瓷或密度为3.1～3.4g/cm³的氮化硅陶瓷。通过采用氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷或氮化硅陶瓷可进一步提高加工成型后的陶瓷滚子1的硬度以及致密性。

本发明实施例还公开了一种旋转式压缩机，包括滚子，且该滚子为上述任一项所述的滚子，因此，具有上述滚子的旋转式压缩机也具有上述所有技术效果，在此不做具体说明。

如图5所示，更进一步的实施例中，本发明实施例还提供了一种滚子的加工方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：在陶瓷基材中加入增强基材和无水乙醇，并混料直至形成混料均匀的材料。

由于陶瓷基材和增强基材均为粉末状材料，为了保证这些粉末状的材料混合均匀，本申请中在陶瓷基材和增强基材中添加了无水乙醇，以通过液体的添加将粉末状的材料溶解，进行湿混，提高混合的均匀性。采用无水乙醇可保证随着时间的延长，无水乙醇会挥发干净，使得混合均匀的基材重新成为粉末再进行下一步加工。本领域技术人员可以理解的是，在实际中还可选用其他易挥发的液体对陶瓷基材和增强基材进行混合。

步骤S2：对混料均匀的材料进行干燥，并进行压制形成生坯。

对混合有污水乙醇的材料进行加热以增大乙醇挥发的速度，直至乙醇挥发完全后，对材料进行压制，以形成生坯，对于生坯的加工方式是现有技术，在此不做具体描述。

步骤S3：对生坯进行烧结，得到滚子。

本申请中的陶瓷滚子1的加工是通过烧结完成。

通过在陶瓷滚子1烧结前加入纤维基体或/和晶须基体等结构，以提高陶瓷基体的强度，同时提高陶瓷基体连接的韧性，即提高陶瓷抗冲击性，降低破碎率，从而降低生产成本。

具体的实施例中，上述步骤S1中的混料是通过行星球磨机进行混料的，通过行星球磨机的滚子对混有无水乙醇的基材进行湿混。此处只是提供了一种混料的具体工具，在实际中，还可采用其他混料装置，只要能实现对基材混合均匀即可。

优选地，本申请中将行星球磨机的球料比设置为7：1，即球体的体积和物料的体积比为7：1，并将行星球磨机的转速设置为250-300r/min。在实际中，可根据基材的多少和时间要求选择不同的转速，只要能实现将基材混合均匀即可。优选地，该行星球磨机的磨球材料为硬质合金钢材料。

通过行星球磨机混合均匀后将浆料经过干燥箱内干燥后压成生坯，然后陶瓷成品采用热等静压法制备，将生坯装入热等压机中，并在烧结温度为1800-2000℃，烧结压力为200-250Mpa，压力介质为氩气或氮气的环境中进行制备，从而得到致密性和强度都很高的增强型烧结体。

本申请中还提供了对于不同陶瓷基材加工的陶瓷滚子1的特征：

①、采用氧化铝陶瓷加入碳纤维烧结的陶瓷滚子1，氧化铝陶瓷主晶相Al₂O₃含量不小于95，密度要求3.5～4.0g/cm3；高强碳纤维的弹性模量不低于250GPa，根据压缩机的机型大小或适用场合来确定碳纤维掺入的比例，碳纤维占总粉料的质量分数10～14％，烧结助剂加入的量控制在0.5～2.0％。

加工完成后的陶瓷滚子1的密度为3.8g/cm3,仅为现有金属滚子材料的48％，并且，该陶瓷材料的脆性得到较大的改善，经测试，断裂韧度达到6.5～10MPa*m^1/2，热膨胀系数为6.8*10^-6/℃，弯曲强度不小于300MPa；经过机械加工后，陶瓷滚子产品的尺寸精度能够达到金属滚子同等水平，圆柱度、同轴度、平面度等行位公差达到0.003mm以下，表面粗糙度Ra不高于0.4μm。

②、采用碳化硅陶瓷，陶瓷中加入碳化硅纤维或晶须烧结而成。碳化硅的密度要求2.7～3.2g/cm3；碳化硅纤维的弹性模量不小于300GPa，碳化硅晶须的弹性模量不小于400GPa。根据压缩机的机型大小或适用场合来确定碳纤维掺入的比例，碳化硅纤维或晶须占总粉料的质量分数15～20％，烧结助剂加入的量控制在0.5～2.0％。

完成后的陶瓷滚子1的密度为3.0g/cm³,不到现有金属滚子材料的二分之一，并且，该陶瓷材料的脆性得到较大的改善，经测试，断裂韧度达到20～25Mpa*m^1/2，比普通碳化硅陶瓷增加80～200％，热膨胀系数为4.2～4.5*10^-6/℃；经过机械加工后，陶瓷滚子产品的尺寸精度能够达到金属滚子同等水平，圆柱度、同轴度、平面度等行位公差达到0.003mm以下，表面粗糙度Ra不高于0.4μm。采用该实例中的增强碳化硅陶瓷滚子压缩机，其滚子材料耐磨性更好，质量更轻，韧性好，热膨胀系数更低，在高效、节能方面比实例一有更明显的效果。

③、采用氮化硅陶瓷，陶瓷中加入碳纤维、碳化硅纤维或晶须烧结而成。氮化硅的密度要求3.1～3.4g/cm³；高强碳纤维的弹性模量不低于250GPa，碳化硅纤维的弹性模量不小于300GPa，碳化硅晶须的弹性模量不小于400GPa。增强相的比例占总粉料的质量分数10～25％，可以是其中的一种或多种，如碳纤维0％、碳化硅纤维15％、碳化硅晶须0％，或者碳纤维5％，碳化硅纤维5％、碳化硅晶须8％、或者碳纤维0％，碳化硅晶须10～15％等等，增强相的配方搭配有多种组合，不限于所列举的几种；烧结助剂加入的量控制在0.5～2.0％。

加工后的陶瓷滚子1的密度为3.2g/cm³,不到现有金属滚子材料的二分之一，并且，该陶瓷材料的脆性得到较大的改善，经测试，断裂韧度大于20Mpa*m^1/2，热膨胀系数为3.0～3.5*10^-6/℃；经过机械加工后，陶瓷滚子产品的尺寸精度能够达到金属滚子同等水平，圆柱度、同轴度、平面度等行位公差达到0.003mm以下，表面粗糙度Ra不高于0.4μm。

采用该实例中的增强氮化硅陶瓷滚子1的压缩机，其滚子材料耐磨性更好，密度与碳化硅陶瓷相当，但其韧性好，热膨胀系数更低，能够改善压缩机的性能及可靠性。

此外，还有其他结合方式，在此不做具体描述，但是，均可提高滚子的抗冲击性能。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种滚子，其特征在于，所述滚子为加入能够增强陶瓷抗冲击性的增强基体后烧结的陶瓷滚子(1)，且所述增强基体为纤维基体或/和晶须基体。

2.根据权利要求1所述的滚子，其特征在于，所述纤维基体为弹性模量不小于250Gpa的碳纤维基体或弹性模量不小于300Gpa的碳化硅纤维基体，所述晶须基体为弹性模量不小于400Gpa的碳化硅晶须。

3.根据权利要求1所述的滚子，其特征在于，所述纤维基体的长度不大于5μm，直径为0.5-1.5μm；所述晶须基体的长度不大于3μm，直径为0.5-1.5μm。

4.根据权利要求1所述的滚子，其特征在于，所述陶瓷滚子(1)的材料还包括烧结助剂，且所述烧结助剂为硼、碳化硼、氧化镁、氧化硼或三氧化二钇。

5.根据权利要求4所述的滚子，其特征在于，所述增强基体质量分数占总质量分数的10％-25％，所述烧结助剂的质量分数占总质量分数的0.5％-2.0％。

6.根据权利要求1-5任一项所述的滚子，其特征在于，所述陶瓷滚子(1)为密度为3.5-4.0g/cm³的氧化铝陶瓷、密度为2.7～3.2g/cm³的碳化硅陶瓷或密度为3.1～3.4g/cm³的氮化硅陶瓷。

7.一种旋转式压缩机，包括滚子，其特征在于，所述滚子为上述权利要求1-6任一项所述的滚子。

8.一种滚子的加工方法，其特征在于，用于加工上述权利要求1-6任一项所述的滚子，包括步骤：

2)、对混料均匀的材料进行干燥，并进行压制形成生坯；

3)、对所述生坯进行烧结，得到陶瓷滚子。

9.根据权利要求8所述的加工方法，其特征在于，所述步骤1)中的通过行星球磨机进行混料。

10.根据权利要求9所述的加工方法，其特征在于，所述行星球磨机的球料比为7：1，所述行星球磨机的转速为250-300r/min。

11.根据权利要求8所述的加工方法，其特征在于，所述步骤3)中采用热等静压法对所述生坯进行烧结，且烧结温度为1800-2000℃，烧结压力为200-250Mpa，压力介质为氩气或氮气。