CN106588000B - 一种螺线型陶瓷弹簧的制作工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种螺线型陶瓷弹簧的制作工艺，包括浆料配置、除气、相转化成型、浸渍、干燥、烧结等步骤，采用卷绳效应辅助相转化方法制备得到螺线型陶瓷弹簧。与现有技术相比，本发明克服了已有方法材料消耗大，生产成本高，可适用材料范围有限的不足，生产出的陶瓷弹簧可运用于电极绝缘、隔热防护、高温弹簧零部件等诸多领域。

Description

一种螺线型陶瓷弹簧的制作工艺
技术领域
本发明涉及一种陶瓷弹簧的制作工艺，尤其是涉及一种螺线型陶瓷弹簧的制作工艺。
背景技术
陶瓷弹簧具有机械强度高、力学性能好、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、低电导、低热导等特征，具有广泛的应用前景。陶瓷弹簧可以作为高温零部件应用于航空航天领域中，面对超音速飞行器密封元件的高温环境，金属弹簧容易发生氧化和塑性变形而迅速失效，而陶瓷弹簧则因为其在高温下具有稳定性而适用。因为其独特的电性能，陶瓷弹簧还可以作为电极材料、压电材料和微型传感器部件。另外，由于螺线型结构可以有效扩展单位长度内物相之间的接触面积，陶瓷弹簧还可以用作气体分离装置和催化剂载体。
虽然陶瓷弹簧具有优异的性能和广阔的应用领域，但由于陶瓷是一种脆性材料，在加工过程中极易发生断裂，因此陶瓷弹簧的制备工艺，特别是可用于工业化大规模生产的制备技术，一直是国内外相关领域的研究热点和难点。早期的陶瓷弹簧主要是通过机械加工减材制造的方式制备。美国C.R.Harper等(Harper C R.A ceramic spring for high-temperature valves[J].Journal of Materials for Energy Systems,1979,1(2):62-67.)采用切削加工的方法制备了矩形截面的氧化铝陶瓷弹簧，首先在圆柱形氧化铝生坯上开出沟槽，然后切除螺线间的连接部分和生坯芯部，最后对表面进行精加工去除表面缺陷，从而获得陶瓷弹簧。制得的陶瓷弹簧被用于高温零部件，具有良好的高温稳定性。这种方法的主要缺点在于加工周期长，材料使用率低，由于对机加工精度要求高，这种方法也不适用于毫米及更小尺寸陶瓷弹簧的制备。国内南京工业大学郭露村等(中国专利CN1472448A)采用有机物混合注塑的方法制备了氧化锆陶瓷弹簧，首先将纳米级氧化锆粉末与预混液充分混合，注入弹簧模具，干燥脱模后获得生坯，然后排胶、浸浆，最后无压烧结获得成品。这种方法的主要问题在于所获得陶瓷体结构较为疏松，由于烧结收缩，弹簧的尺寸也难以有效控制，对实际应用造成很大影响。日本S.Motojima(Motojima S,Kagiya S,IwanagaH.Preparation of micro-coiled SiC and TiC fibres by vapour phase metallizingof micro-coiled carbon fibres[J].Journal of Materials Science,1995,31(17):4641-4645.)等采用化学气相沉积的方法制备了Si3N4陶瓷螺线，该方法将金属掺杂的石墨基板悬挂在石英反应炉中，在Si2Cl6、NH3、H2混合气氛下于1200℃保温30min，在基板上自发生成几微米到几十微米不等的陶瓷弹簧。这种方法可用于制备极小尺寸的陶瓷弹簧，但是成本高，对操作环境要求严格，无法进行大规模工业化运用，而且这种方法适用的材料范围极其有限，尺寸难以精确控制，因此至今仍处于实验室研究阶段。国内厦门大学姚荣迁等(CN 103707390A)采用有机金属聚合物熔融纺丝的方法制备了陶瓷弹簧，首先将聚碳硅烷前驱体熔融纺丝，再通过缠绕装置绕制成为聚碳硅烷弹簧，然后氧化交联，在气氛保护下经过高温预烧、终烧，获得碳化硅陶瓷弹簧。但是这种方法工艺过程较为复杂，成本高，周期长，材料适用范围有限。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种尺寸可控的螺线型陶瓷弹簧的制作工艺，克服了已有方法材料消耗大，生产成本高，可适用材料范围有限的不足，生产出的陶瓷弹簧可运用于电极绝缘、隔热防护、高温弹簧零部件等诸多领域。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种螺线型陶瓷弹簧的制作工艺，采用以下步骤：
(1)浆料配制：将陶瓷粉末加入有机溶剂，超声处理15～30分钟使粉末充分分散至有机溶剂中，加入有机粘结剂，在油浴保温状态下机械搅拌，使浆料各组分混合均匀；
(2)除气：混合均匀的浆料置于真空干燥器中除去搅拌过程中溶入的气泡，静置6～12小时形成所需的纺丝液；
(3)相转化成型：纺丝液由注射泵推动进入出料罐，然后从出料罐底部圆形出料口中以一定的流速进入凝固浴，出料口与凝固浴之间的距离由支撑架控制，当浆料与凝固浴接触时发生卷绳效应和相转化，生成具有螺旋型结构的前驱体；
(4)浸渍：将制得的陶瓷弹簧前驱体于凝固浴中浸渍24～48小时，使相转化充分进行；
(5)干燥：在常温常压条件下对陶瓷弹簧前驱体自然干燥24～48小时，干燥时将弹簧两端固定于直杆上，中部保持平直，其目的在于使干燥后的前驱体便于放入刚玉管，且成品直线性较好；
(6)烧结：将干燥后的前驱体插入刚玉管中，在空气气氛下于马弗炉中进行烧结，之后随炉冷却获得陶瓷弹簧成品。
所述的陶瓷粉末包括氧化钇稳定氧化锆粉末、氧化铝粉末、氧化铈粉末或氮化硅粉末，粉末颗粒平均粒径为0.02～2μm，
所述的有机溶剂为N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲基亚砜，
所述的有机粘结剂为聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈或聚偏氟乙烯。
所述的陶瓷粉末、有机溶剂、有机粘结剂的重量比为20～40：40～60：10～30。
浆料配制过程中，混合搅拌的时间为12～24小时，搅拌速度为200～500r/min，油浴温度为50～70℃。
凝固浴的组分为水或酒精溶液。
相转化成型过程中，注射泵的推动速度为5～30mL/min，接收容器底部圆孔直径为0.3～0.8cm，纺丝液的下落到凝固浴中的高度为5～30cm，作为更加优选的实施方式，射泵的推动速度优选为10～20mL/min，纺丝液的下落到凝固浴中的高度优选为10～20cm。推动速度和下落高度对陶瓷弹簧的几何尺寸具有显著的影响，在其他条件不变的情况下，陶瓷弹簧的线径、外径以及螺距将随着推动速度的减少或下落高度的增加而减少。当纺丝液到凝固浴的高度低于5cm或高于30cm时，卷绳效应所需的重力、粘性力、惯性力三者之间的平衡被打破，无法生成上述陶瓷弹簧。
烧结工艺首先从室温状态以5～8℃/min升温至600℃，除去前驱体中的有机物，然后以3～5℃/min升温至1000～1600℃，保温2～12h，使陶瓷粉末烧结致密，之后随炉冷却至室温。保温温度的选择将对成品的孔隙率和相组成产生影响，一般情况下，温度越高，最终获得的陶瓷弹簧孔隙率越低，强度性能越好。
本发明利用粘性流体从一定高度落下后遇到阻力会自发卷曲形成螺旋的现象，将陶瓷粉末与有机物混合形成具有特定粘度的该纺丝液，然后利用非溶剂致相转化一步成型，生成以有机物为骨架的具有螺旋结构的陶瓷弹簧前驱体。在烧结过程中，有机物被热解，留存的陶瓷粉末相互连接、致密化，最终形成陶瓷弹簧。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)适用范围广，与已有方法相比，采用卷绳效应辅助相转化方法制备陶瓷弹簧的工艺适用于氧化锆、氧化铝、氧化钛、氮化硅等多种陶瓷材料；
(2)制备的陶瓷弹簧具有优异且可控的力学性能，线径为YSZ陶瓷弹簧在室温下的弹性变形量可达10％；
(3)陶瓷弹簧的几何尺寸可由纺丝液的流速和下落高度进行控制，其中弹簧的线径可在0.05–2mm范围内进行调控，螺径可在0.1–10mm范围内进行调控；
(4)工艺简洁、制备过程连续且周期较短，对工况的要求较低，属于增材制造，无大量废料、尾料产生，成本低廉且对环境友好，适用于大规模工业化生产。
附图说明
图1为加工螺线型陶瓷弹簧的装置的结构示意图；
图2为加工得到的陶瓷弹簧前驱体照片；
图3为陶瓷弹簧表面的扫描电镜照片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
(1)取平均粒径为0.2μm，氧化钇含量为3wt.％的YSZ粉末100g，加入150g分析纯的NMP溶液，超声分散15min，再加入50g PES聚合物，在50℃的油浴锅中机械搅拌12h，搅拌速度为300r/min，从而使浆料充分混合均匀，待浆料冷却至室温后，将其置于真空干燥器中抽气脱泡，再静置12h，获得组分均匀的纺丝液；
(2)将纺丝液添入注射器后装入注射泵，以7.5L/min的流速推送至出料罐，待出料罐中液面升高至稳定后，用接收槽接收流出浆料，控制出料罐底部圆孔与凝固浴液面之间的距离为20cm，浆料液进入凝固浴后由于卷绳效应自发卷曲形成螺线结构，又由于相转化作用引发固-液分相，螺线结构固化生成陶瓷弹簧前驱体；
(3)前驱体在凝固浴中浸渍24h后取出，伸直后两端固定在直棒上，在室温常压下自然干燥48h，然后将其置入刚玉管中，放入马弗炉。控制升温速度为6℃/min，升至600℃后保温30min，使有机物完全分解，然后再以3℃/min升温至1550℃，保温8h，最后随炉冷却至室温，获得YSZ陶瓷弹簧。弹簧的线径约为0.2mm，外径约为0.7mm，拉曼光谱表征显示陶瓷弹簧的主要物相为单斜相氧化锆。
实施例2
(1)取平均粒径为0.05μm的氧化铝粉末40g，加入80g分析纯的DMSO溶液，超声分散15min，再加入30g PES聚合物，在60℃的油浴锅中机械搅拌12h，搅拌速度为200r/min，使浆料充分混合均匀。待浆料冷却至室温后，将其置于真空干燥器中抽气直至液面没有气泡产生，再静置6h，获得组分均匀的纺丝液；
(2)将纺丝液添入注射器后装入注射泵，以10L/min的流速推送至出料罐，待出料罐中液面升高至稳定后，用接收槽接收流出浆料，控制出料罐底部圆孔与凝固浴液面之间的距离为15cm，浆料液进入凝固浴后由于卷绳效应自发卷曲形成螺线结构，又由于相转化作用引发固-液分相，螺线结构固化生成陶瓷弹簧前驱体；
(3)前驱体在凝固浴中浸渍48h后取出，伸直后两端固定在直棒上，在室温常压下自然干燥48h，然后将其置入刚玉管中，放入马弗炉。控制升温速度为6℃/min，升至600℃后保温30min，使有机物完全分解，然后再以3℃/min升温至1600℃，保温2h，最后随炉冷却至室温，获得氧化铝陶瓷弹簧。弹簧的线径约为0.35mm，外径约为1.5mm，拉曼光谱表征显示陶瓷弹簧的主要物相为α-氧化铝。
实施例3
(1)取平均粒径为0.5μm，氧化钇含量为5wt.％的YSZ粉末120g，加入180g分析纯的DMAC溶液，超声分散30min，再加入90g PVDF聚合物，在60℃的油浴锅中机械搅拌24h，搅拌速度为400r/min，从而使浆料充分混合均匀。待浆料冷却至室温后，将其置于真空干燥器中抽气脱泡，再静置6h，获得组分均匀的纺丝液；
(2)将纺丝液添入注射器后装入注射泵，以20L/min的流速推送至出料罐，待出料罐中液面升高至稳定后，用接收槽接收流出浆料，控制出料罐底部圆孔与凝固浴液面之间的距离为18cm，浆料液进入凝固浴后由于卷绳效应自发卷曲形成螺线结构，又由于相转化作用引发固-液分相，螺线结构固化生成陶瓷弹簧前驱体；
(3)前驱体在凝固浴中浸渍24h后取出，伸直后两端固定在直棒上，在室温常压下自然干燥48h，然后将其置入刚玉管中，放入马弗炉。控制升温速度为6℃/min，升至600℃后保温30min，使有机物完全分解，然后再以3℃/min升温至1250℃，保温2h，最后随炉冷却至室温，获得YSZ陶瓷弹簧。拉曼光谱表征显示陶瓷弹簧的主要物相为四方相氧化锆。
实施例4
(1)取平均粒径为1μm的氧化铈粉末100g，加入120g分析纯的NMP溶液，超声分散15min，再加入30gPESf聚合物，在50℃的油浴锅中机械搅拌24h，搅拌速度为350r/min，从而使浆料充分混合均匀，待浆料冷却至室温后，将其置于真空干燥器中抽气脱泡，再静置12h，获得组分均匀的纺丝液；
(2)将纺丝液添入注射器后装入注射泵，以15L/min的流速推送至出料罐，待出料罐中液面升高至稳定后，用接收槽接收流出浆料，控制出料罐底部圆孔与凝固浴液面之间的距离为12cm，浆料液进入凝固浴后由于卷绳效应自发卷曲形成螺线结构，又由于相转化作用引发固-液分相，螺线结构固化生成陶瓷弹簧前驱体；
(3)前驱体在凝固浴中浸渍24h后取出，伸直后两端固定在直棒上，在室温常压下自然干燥48h，然后将其置入刚玉管中，放入马弗炉。控制升温速度为6℃/min，升至600℃后保温30min，使有机物完全分解，然后再以3℃/min升温至1100℃，保温4h，最后随炉冷却至室温，获得氧化铈陶瓷弹簧。
实施例5
一种螺线型陶瓷弹簧的制作工艺，采用以下步骤：
(1)浆料配制：将平均粒径为0.02μm的氧化钇稳定氧化锆粉末加入N-甲基-2-吡咯烷酮有机溶剂，超声处理15分钟使粉末充分分散至有机溶剂中，加入有机粘结剂聚砜，氧化钇稳定氧化锆粉末、有机溶剂、有机粘结剂的重量比为20：60：20，在50℃的油浴保温状态，控制搅拌速度为200r/min，机械搅拌24小时，使浆料各组分混合均匀；
(2)除气：混合均匀的浆料置于真空干燥器中除去搅拌过程中溶入的气泡，静置6小时形成所需的纺丝液；
(3)相转化成型：纺丝液2由注射泵1推动进入出料罐，注射泵1的推动速度为5mL/min，然后从出料罐3的底部圆形出料口中流速进入接收槽4中盛装的凝固浴5，采用的凝固浴的组分为水，接收容器底部圆孔直径为0.3cm，出料口与凝固浴之间的距离由支撑架控制，纺丝液的下落到凝固浴中的高度为5cm，当浆料与凝固浴接触时发生卷绳效应和相转化，生成具有螺旋型结构的前驱体，整个流程采用的装置如图1所示，制作得到的陶瓷弹簧前驱体照片如图2所示；
(4)浸渍：将制得的陶瓷弹簧前驱体于凝固浴中浸渍24小时，使相转化充分进行；
(5)干燥：在常温常压条件下对陶瓷弹簧前驱体自然干燥24小时，干燥时将弹簧两端固定于直杆上，中部保持平直，其目的在于使干燥后的前驱体便于放入刚玉管，且成品直线性较好；
(6)烧结：将干燥后的前驱体插入刚玉管中，在空气气氛下于马弗炉中进行烧结，烧结工艺首先从室温状态以5℃/min升温至600℃，除去前驱体中的有机物，然后以3℃/min升温至1000℃，保温12h，使陶瓷粉末烧结致密，之后随炉冷却至室温获得陶瓷弹簧成品，其扫描电镜照片如图3所示。
实施例6
一种螺线型陶瓷弹簧的制作工艺，采用以下步骤：
(1)浆料配制：将平均粒径为2μm的氧化铝粉末加入二甲基甲酰胺有机溶剂，超声处理30分钟使粉末充分分散至有机溶剂中，加入有机粘结剂聚丙烯腈，氧化铝粉末、有机溶剂、有机粘结剂的重量比为40：50：10，在70℃的油浴保温状态，控制搅拌速度为500r/min，机械搅拌12小时，使浆料各组分混合均匀；
(2)除气：混合均匀的浆料置于真空干燥器中除去搅拌过程中溶入的气泡，静置12小时形成所需的纺丝液；
(3)相转化成型：纺丝液由注射泵推动进入出料罐，注射泵的推动速度为30mL/min，然后从出料罐底部圆形出料口中流速进入凝固浴，采用的凝固浴的组分为水，接收容器底部圆孔直径为0.8cm，出料口与凝固浴之间的距离由支撑架控制，纺丝液的下落到凝固浴中的高度为30cm，当浆料与凝固浴接触时发生卷绳效应和相转化，生成具有螺旋型结构的前驱体；
(4)浸渍：将制得的陶瓷弹簧前驱体于凝固浴中浸渍48小时，使相转化充分进行；
(5)干燥：在常温常压条件下对陶瓷弹簧前驱体自然干燥48小时，干燥时将弹簧两端固定于直杆上，中部保持平直，其目的在于使干燥后的前驱体便于放入刚玉管，且成品直线性较好；
(6)烧结：将干燥后的前驱体插入刚玉管中，在空气气氛下于马弗炉中进行烧结，烧结工艺首先从室温状态以8℃/min升温至600℃，除去前驱体中的有机物，然后以5℃/min升温至1600℃，保温2h，使陶瓷粉末烧结致密，之后随炉冷却至室温获得陶瓷弹簧成品。
实施例7
一种螺线型陶瓷弹簧的制作工艺，采用以下步骤：
(1)浆料配制：将平均粒径为0.02μm氧化钇稳定氧化锆粉末加入到有机溶剂N-甲基-2-吡咯烷酮中，超声处理15分钟使粉末充分分散，加入有机粘结剂聚砜，氧化钇稳定氧化锆粉末、有机溶剂、有机粘结剂的重量比为20：40：10，在油浴保温状态下机械搅拌，控制合搅拌的时间为12小时，搅拌速度为500r/min，油浴温度为50℃，使浆料各组分混合均匀；
(2)除气：混合均匀的浆料置于真空干燥器中除去搅拌过程中溶入的气泡，静置6小时形成所需的纺丝液；
(3)相转化成型：纺丝液由注射泵推动进入出料罐，然后从出料罐底部圆形出料口中以一定的流速进入水中进行凝固浴，本实施例中，注射泵的推动速度为10mL/min，接收容器底部圆孔直径为0.3cm，出料口与凝固浴之间的距离由支撑架控制在10cm，当浆料与凝固浴接触时发生卷绳效应和相转化，生成具有螺旋型结构的前驱体；
(4)浸渍：将制得的陶瓷弹簧前驱体于凝固浴中浸渍24小时，使相转化充分进行；
(5)干燥：在常温常压条件下对陶瓷弹簧前驱体自然干燥24小时，干燥时将弹簧两端固定于直杆上，中部保持平直，其目的在于使干燥后的前驱体便于放入刚玉管，且成品直线性较好；
(6)烧结：将干燥后的前驱体插入刚玉管中，在空气气氛下于马弗炉中进行烧结，烧结工艺首先从室温状态以5℃/min升温至600℃，除去前驱体中的有机物，然后以3℃/min升温至1000℃，保温12h，使陶瓷粉末烧结致密，之后随炉冷却至室温之后随炉冷却，获得陶瓷弹簧成品。
实施例8
一种螺线型陶瓷弹簧的制作工艺，采用以下步骤：
(1)浆料配制：将平均粒径为2μm氧化铈粉末加入到有机溶剂二甲基乙酰胺中，超声处理30分钟使粉末充分分散，加入有机粘结剂聚砜，氧化钇稳定氧化锆粉末、有机溶剂、有机粘结剂的重量比为40：60：30，在油浴保温状态下机械搅拌，控制合搅拌的时间为24小时，搅拌速度为200r/min，油浴温度为70℃，使浆料各组分混合均匀；
(2)除气：混合均匀的浆料置于真空干燥器中除去搅拌过程中溶入的气泡，静置12小时形成所需的纺丝液；
(3)相转化成型：纺丝液由注射泵推动进入出料罐，然后从出料罐底部圆形出料口中以一定的流速进入酒精溶液中进行凝固浴，本实施例中，注射泵的推动速度为20mL/min，接收容器底部圆孔直径为0.8cm，出料口与凝固浴之间的距离由支撑架控制在20cm，当浆料与凝固浴接触时发生卷绳效应和相转化，生成具有螺旋型结构的前驱体；
(4)浸渍：将制得的陶瓷弹簧前驱体于凝固浴中浸渍48小时，使相转化充分进行；
(5)干燥：在常温常压条件下对陶瓷弹簧前驱体自然干燥48小时，干燥时将弹簧两端固定于直杆上，中部保持平直，其目的在于使干燥后的前驱体便于放入刚玉管，且成品直线性较好；
(6)烧结：将干燥后的前驱体插入刚玉管中，在空气气氛下于马弗炉中进行烧结，烧结工艺首先从室温状态以8℃/min升温至600℃，除去前驱体中的有机物，然后以5℃/min升温至1600℃，保温2h，使陶瓷粉末烧结致密，之后随炉冷却至室温之后随炉冷却，获得陶瓷弹簧成品。

Claims (4)

1.一种螺线型陶瓷弹簧的制作工艺，其特征在于，该工艺采用以下步骤：
（1）浆料配制：将陶瓷粉末加入有机溶剂，超声处理15~30分钟使粉末充分分散至有机溶剂中，加入有机粘结剂，在油浴保温状态下机械搅拌，使浆料各组分混合均匀；
（2）除气：混合均匀的浆料置于真空干燥器中除去搅拌过程中溶入的气泡，静置6~ 12小时形成所需的纺丝液；
（3）相转化成型：纺丝液由注射泵推动进入出料罐，注射泵的推动速度为 5~30mL/min，纺丝液从出料罐底部圆形出料口中进入凝固浴，底部圆形出料口的直径为0.3 ~ 0.8cm，出料口与凝固浴之间的距离由支撑架控制，纺丝液的下落到凝固浴中的高度为5~30cm，当浆料与凝固浴接触时发生卷绳效应和相转化，生成具有螺旋型结构的前驱体；
（4）浸渍：将制得的陶瓷弹簧前驱体于凝固浴中浸渍24~48小时，使相转化充分进行；
（5）干燥：在常温常压条件下对陶瓷弹簧前驱体自然干燥24~48小时，干燥时将弹簧两端固定于直杆上，中部保持平直，其目的在于使干燥后的前驱体便于放入刚玉管；
（6）烧结：将干燥后的前驱体插入刚玉管中，在空气气氛下于马弗炉中进行烧结，之后随炉冷却获得陶瓷弹簧成品，弹簧的线径在0.05-2 mm范围内进行调控，螺径在0.1-10 mm范围内进行调控；
所述的陶瓷粉末包括氧化钇稳定氧化锆粉末、氧化铝粉末、氧化铈粉末或氮化硅粉末，粉末颗粒平均粒径为0.02~2μm；
所述的有机溶剂为N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲基亚砜；
所述的有机粘结剂为聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈或聚偏氟乙烯；
所述的陶瓷粉末、有机溶剂、有机粘结剂的重量比为20~40：40~ 60：10~ 30；
浆料配制过程中，混合搅拌的时间为12 ~ 24小时，搅拌速度为200~ 500r/min，油浴温度为50 ~ 70°C；
烧结工艺首先从室温状态以5 ~ 8 °C/min升温至600 °C，除去前驱体中的有机物，然后以3 ~ 5 °C/min升温至1000 ~ 1600 °C，保温2 ~12h，使陶瓷粉末烧结致密，之后随炉冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的一种螺线型陶瓷弹簧的制作工艺，其特征在于，凝固浴的组分为水或酒精溶液。
3.根据权利要求1所述的一种螺线型陶瓷弹簧的制作工艺，其特征在于，注射泵的推动速度为10~20mL/min。
4.根据权利要求1所述的一种螺线型陶瓷弹簧的制作工艺，其特征在于，纺丝液的下落到凝固浴中的高度为10~20cm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108249952B (zh) * 2018-03-07 2021-03-26 徐州普罗顿氢能储能产业研究院有限公司 一种多孔陶瓷承烧板的制备方法
CN109161331B (zh) * 2018-07-27 2021-08-31 上海交通大学 陶瓷螺旋纤维增强硅橡胶轻质耐烧蚀隔热涂料及其应用
CN111792928A (zh) * 2020-06-09 2020-10-20 中国地质大学（武汉） 一种3d打印陶瓷制备方法及其产品
CN113897705A (zh) * 2021-09-28 2022-01-07 舟山腾宇航天新材料有限公司 一种螺旋型氧化物高熵陶瓷纤维的制备工艺
CN116514577B (zh) * 2023-05-05 2023-10-20 天津大学 宽温域用超弹前驱体陶瓷弹簧与其压力传感器及其制备方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS627659A (ja) * 1985-07-03 1987-01-14 明和工業株式会社 セラミツクス・コイルばねの製造法
JPS63274636A (ja) * 1987-05-06 1988-11-11 Taimei Kagaku Kogyo Kk 細デニ−ルアルミナ系連続繊維の製造法
CN1252399C (zh) * 2003-07-17 2006-04-19 南京工业大学 纳米陶瓷弹簧生产方法
CN102584211B (zh) * 2012-02-24 2013-07-31 西安理工大学 一种低温静电纺丝制备微、纳米多孔陶瓷纤维的方法
CN102786305B (zh) * 2012-07-20 2014-07-23 东华大学 一种制备连续硼化锆陶瓷前驱体纤维的方法
CN103707390B (zh) * 2013-12-20 2015-11-11 厦门大学 一种陶瓷弹簧成型装置与陶瓷弹簧的制备方法
CN104785123A (zh) * 2015-03-13 2015-07-22 海门市森达装饰材料有限公司 一种中空纤维陶瓷膜制备方法
CN104841286B (zh) * 2015-05-08 2017-03-15 上海穗杉实业有限公司 一种螺旋状无机中空纤维膜及其制备方法

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