CN1058691C - 金属陶瓷细长管材的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于制造金属陶瓷细长管材的制造方法，该方法由制造假颗粒、超高压成型、高温烧成和机加工步骤组成，用该方法制得金属陶瓷产品几何尺寸精确、无裂纹、龟裂、开裂，各项性能指标均满足设计要求，是一种适合于大规模工业化生产的方法，拓展了金属陶瓷的制品制造技术领域。

Description

金属陶瓷细长管材的制造方法

本发明涉及金属陶瓷产品制备技术领域，具体地说是涉及一种金属陶瓷细长管材的制造方法的技术领域。

金属陶瓷复合材料综合了难熔金属和陶瓷氧化物材料的性能，是一种新型的高温材料。由金属陶瓷材料制成的产品具有远远超过单纯难熔金属及陶瓷氧化物产品的一系列优良的性能，如难熔金属在高温中易被氧化，故高温强度及硬度下降；而纯高级陶瓷氧化物制品在使用中不耐急冷热性，尤其是有脆性大的致命弱点。但是采用难熔金属和高级陶瓷氧化物混合料经过等静压机成型和高温烧结后制得的金属陶瓷制品具有耐高温(＞2000℃)、高温强度高、硬度大；热稳定性好、抗热震、耐急热急冷性能优良；对各种金属、非金属熔液、熔渣皆具有很强的耐蚀力和抗冲刷性能；此外若采用不同的原料配比，金属陶瓷制品还具有良好的抗氧化还原性能。

正如上述，由于金属陶瓷制品有着单纯难熔金属和单纯陶瓷氧化物所无法媲美的一系列综合的优良技术性能，因而在航空、航天、冶金、机械、电子、化工、建材等工业技术领域有着广泛而又必不可少的用途。

具有优良综合性能的金属陶瓷制品的细长管材(如规格在φ50--60×60---1100mm)在航空、航天、冶金、造纸等行业都有迫切需要。如运载火箭的喷嘴的喇叭口外形尺寸在φ320m/m以上；冶金工业的高炉风口外形尺寸可达到φ400×450m/m以上。造纸工业用的热解罐，煤气化的气化炉炉管、氮化炉炉管，以及大型甘埚等，都是金属陶瓷大件，但制造金属陶瓷细长管材目前国内尚属空白，国外也尚未过质量关，没有适合于大规模工业化的方法，如日本专利JP004272187、JP004272189述及方法，按该方法制出的是夹层式的金属--陶瓷管材，在性能上与均相的金属陶瓷管材有差距，且不适合于工业化生产。这类金属陶瓷的细长管材及大件异型制品的生产之所以难工业化，是因为这类产品几何尺寸大，制备上难度大，在生产过程中易出现弯曲、变形、产生裂纹或开裂的质量问题，难以得到几何尺寸合格的产品。

本发明的目的就是提供一种金属陶瓷细长管材(φ50--60×600--1100m/m)的制造方法，该方法解决了上述的生产质量问题，可制得几何尺寸精确的合格产品，是一种适合于大规模工业化的生产工艺。

本发明的制造金属陶瓷细长管材的制造方法由以下工艺步骤组成：

(一)制造假颗粒步骤；

(二)超高压成型步骤；

(三)高温烧成步骤；

(四)机加工步骤。

附图的图面说明如下：

图1是单根金属陶瓷细长管成型前装好料的模具示意图；

图2是金属陶瓷细长管材在炉内烧结平板上的装炉示意图；

下面结合附图对本发明的金属陶瓷细长管材的制备步骤加以详细说明：

(一)制造假颗粒步骤：

此步骤由下面工序依次组成：

准备合格原料、配制原料，然后将各组分均匀混合，再将干燥后的混合料制成假颗粒。

按照本发明的制备方法，对原料的选择有严格要求，即各组分原料的粒度小于5μ的占90％以上；金属粉如钼粉、钨粉的化学纯度≥99.9％，陶瓷氧化物MgO、ZrO₂、Al₂O₃细粉、Cr₂O₃、铬粉以及稀土氧化物纯度＞99.5％以上。

在金属陶瓷氧化物配料时，通常陶瓷项原料成分占比例≤64％(按重量百分比计算)，其余为金属项原料，如钼粉、钨粉。

假颗粒的制造是将上述配制好的原料经球磨机均匀混合后，装入不带钢芯的橡胶模具中封装后，放入等静压机的高压容器内压制(压力为800-900kg/cm²，取出后破碎过筛，得到0.1-0.8mm的小颗粒，即为假颗粒，作为下步的模料。

(二)超高压成型步骤：

此步骤由下面工序依次组成：干燥假颗粒、装入模具内、超高压成型、半成品干燥。

在将假颗粒向模具内装料时，应尽量保证假颗粒的均匀分布。本发明的制造方法中所用模具是一种橡胶模具，它应有耐油的全橡胶外套，其厚度在5--8.3mm之间，以保证压力的均匀传递及耐久性使用。所用模具的模芯，对细长管材要采用高强度的轴承钢制造。

在图1中，1是橡胶塞，2是橡胶模套，3是钢芯模具，4是装入橡胶模具内的假颗粒合格料，5是紧固卡。将合格的假颗粒料4装入橡胶模具2内，用橡胶塞1塞紧后，用紧固卡5夹持住，即完成装模过程。

本发明的制造方法中超高压成型的工艺是在等静压中超高压(成型压力＞1800kg/cm²)成型的，等静压机对受压体可施加各向均匀静压力，是一种优选的成型设备。

(三)高温烧成步骤：

此步骤由以下工序组成：半成品修坯、半成品干燥、半成品装炉、烧结、出炉。

在对本发明的半成品装炉烧结之前，必须对半成品修整，检查合格后的半成品方能装炉烧结，以保证烧成得到合格产品。

本发明的制造工艺中的烧结过程采用的是超高温真空感应烧结炉，此烧结炉工作区域温度可顺利地升到2000℃，炉内清洁、易抽真空，是优选的烧结设备。

根据本发明的制造方法，将被烧结物安装在工作平台上之后，在被烧结物的外围套上大石墨保护桶，在被烧结物的外围空隙间及顶部均匀填充熟料ZrO₂细颗粒，填入量要高出被烧结制品顶部高度的20--30mm，ZrO₂颗粒度为0.1--0.5mm。

图2中1是超高温真空感应烧结炉炉底内部的支撑平台；2是耐高温、高强度的隔热保温垫；3是石墨毡垫；4是石墨盘；5是氧化铝制品垫；6是氧化锆工作平台，被烧结物管材安置在烧结台的顶部氧化锆工作平台上；8是石墨保护桶；9是金属陶瓷细长管材的半成品；10是粒度为0.1--0.5mm的ZrO₂颗粒填充料。

对每支细长管材检查合格后平稳直立在氧化锆工作平台上，然后放好石墨保护桶。再将ZrO₂细砂粒均匀地自由下落到管材之间的空隙当中，直到高于管材顶部20--30mm高为止，然后就可封炉按烧结工艺进行。

在此烧成工序阶段的升温速度及保温时间均根据待烧结制品的升温曲线进行，通常升温速度控制在85--95℃/小时，烧成温度范围在1850--1950℃之间，当炉温升到升温曲线所要求的最高温度时，恒温时间不少于3小时，总烧结时间不少于24小时。当炉内恒温时间达到时，断电不断冷却水，直至炉顶及炉底温度达到300℃时，停止冷却，待炉内温度降至100℃时方可出炉。

(四)机加工步骤：

对于出炉后的产品可根据实际用途的需要，进行冷热机械加工，可用线切、电火花、激光等机加工工艺，制得所需要的合格金属陶瓷制品。

实施例，制备φ55×1180mm长的金属陶瓷细长管材。

按陶瓷氧化物(MgO、ZrO₂)占66.0％(重量百分比)，其余的金属粉(Mo、W粉)的比例配制原料，称取化学纯度＞99.9％的Mo粉以及由MgO、ZrO₂的混合物(混合比为重量比1∶1)，两者纯度都＞99.5％，各组分的细度都不大于0.8μ。

将称取好的上述原料按上述的详细步骤，经过混合、干燥、制造假颗粒、干燥后将假颗粒装入橡胶模具内(如图1所示)，放入静压机高压成型、半成品干燥、检查合格后的半成品装入超高温真空感应烧结炉(如图2所示)烧结，出炉后对产品机加工，成品检验合格后即完成全部的工艺过程。

按本发明的制造方法制得的实施例的金属陶瓷细长管材都能得到几何尺寸精确的合格产品，且产品无裂纹，龟裂，开裂现象，满足各项物理性能指标要求，解决了金属陶瓷细长管材的制造质量不过关及大规模工业化问题。

Claims (3)

1、金属陶瓷细长管材的制造方法，其特征在于：该方法包括下列步骤：

(1)将粒度小于5微米占90％以上的64％(重量)以下选自氧化镁、氧化锆、氧化铝或氧化铬的粉末与余量的选自钼、钨的金属粉末混合，装入不带钢芯的橡胶膜具中封装后，放入压力为800--900kg/cm²的等静压机高压容器内压制，破碎过筛得到0.1--0.8mm的颗粒；

(2)将步骤(1)制得的颗粒在高于1800kg/cm²的等静压压力下成型，制得成型体；

(3)在真空感应烧结炉中，在1850--1950℃的温度下，烧制步骤(2)制得的成型体，其中温升速度为85--95℃/小时，恒温时间不少于3小时，进行冷却，然后进行机加工；其中，炉内填充料为0.1-0.5mm的ZrO₂颗粒。

2、根据权利要求1的制造方法，其特征在于：其中金属粉末的纯度≥99.9％，氧化物的纯度≥99.5％。

3、根据权利要求1的制造方法，其特征在于：其中橡胶为耐油的，厚度为5--8.3mm。