CN106699175B - 氧化锆陶瓷缸套材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种氧化锆陶瓷缸套材料及其制备方法,包括以下原料:氧化锆65~85%、氧化钇3~5%、氧化钕2.5~4.5%、石墨1~5%与碳化钼5~10%。制备方法:1)预处理:按照配比称取石墨与碳化钼经过稀硝酸浸泡处理,然后固液分离,得到预处理的石墨与碳化钼;2)将各个组分进行球磨获得浆料;3)造粒:将浆料进行喷雾造粒;4)将步骤3)得到的造粒粉置于模具中进行预成型压制,然后进行冷等静压处理,得到生坯;5)将步骤4)得到的生坯进行预烧,排除生坯中的粘接剂;6)将步骤5)得到的生坯进行烧结,使得生坯致密化成瓷,得到氧化锆陶瓷缸套材料。该陶瓷缸套材料具有耐磨损、耐腐蚀以及耐高温的特点,并且摩擦系数小。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷材料技术领域,具体涉及一种氧化锆陶瓷缸套材料及其制备方法。
背景技术
目前,泥浆泵缸套材料大多是复合金属材料。由于泥浆泵的工作环境恶劣,金属材料易受磨损、腐蚀,导致缸套使用寿命短,频繁更换降低了工作效率。因此,如何稳定和提高活塞缸套的使用寿命,是提高泥浆泵工作效率的一个重要方面。
为改进缸套的使用寿命,2009年8月26日公开的、公开号为CN101514104A的中国发明专利申请公布说明书提出氧化锆基陶瓷缸套材料内衬,可将传统金属材料缸套的寿命提高5~10倍,但是其烧结温度达到1550~1600℃。氧化锆陶瓷的烧结温度过高,不利于生产和操作。此外,陶瓷缸套长时间使用温度增高,其有很大的摩擦力,容易对缸套产生损伤。
发明内容
本发明提出一种氧化锆陶瓷缸套材料,该陶瓷缸套材料具有耐磨损、耐腐蚀以及耐高温的特点,并且摩擦系数小,采用这种材料制成的泥浆泵缸套的内衬具有使用寿命长、性价比高的优点。
本发明的技术方案是这样实现的:
一种氧化锆陶瓷缸套材料,按照重量百分数计算,包括以下原料:
氧化锆65~85%、氧化钇3~5%、氧化钕2.5~4.5%、石墨1~5%与碳化钼5~10%;其中,所述石墨与碳化钼需要先经过稀硝酸浸泡处理,然后固液分离。
作为优选,本发明的一些实施例中,所述稀硝酸的浓度为0.5~3mol/L。
本发明的另一个目的是提供一种氧化锆陶瓷缸套材料的制备方法,包括以下步骤:
1)预处理:按照配比称取石墨与碳化钼经过稀硝酸浸泡处理,然后固液分离,得到预处理的石墨与碳化钼;
2)球磨粉料:按照配比称取氧化锆、氧化亿与氧化钕,然后与预处理的石墨与碳化钼的混合加入至球磨机中,形成混合粉料,再向混合粉料中分别加入粘接剂与分散剂,然后开机球磨得到浆料;
3)造粒:在造粒喷雾塔中将步骤2)中得到的浆料进行喷雾干燥,去除其中的水分得到造粒粉;
4)将步骤3)得到的造粒粉置于模具中进行预成型压制,然后进行冷等静压处理,得到生坯;
5)将步骤4)得到的生坯进行预烧,排除生坯中的粘接剂;
6)将步骤5)得到的生坯进行烧结,使得生坯致密化成瓷,得到氧化锆陶瓷缸套材料。
作为优选,本发明的一些实施例中,加入粘接剂的重量是混合粉料重量的1~2%,加入分散剂的重量是混合粉料重量的1~2%。
作为优选,本发明的一些实施例中,所述粘结剂为纤维素醚类有机物,所述分散剂是聚丙烯酸酯类有机物、聚马来酸类有机物、聚马来酸酐类有机物、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸盐、聚甲基丙烯酸酯或马来酸共聚物。
作为优选,本发明的一些实施例中,步骤4)中,预成型压制的工作压力是200~400kg/cm2;冷等静压处理的工作压力是1300~1800kg/cm2。
作为优选,本发明的一些实施例中,步骤5)中,预烧温度为400~600℃;保温时间为8~12小时。
作为优选,本发明的一些实施例中,步骤6)中,烧结温度为1300~1460℃;保温时间为5~10小时。
本发明的有益效果:
1、通过氧化钇、氧化钕的复合添加,显著提高了氧化锆陶瓷的致密度,稀土氧化物是非常好的表面活性物质,可以改善材料的润湿性,最终达到降低烧结温度的效果。
2、发明人通过多次试验发现,石墨与碳化钼经过稀硝酸浸泡处理,这里浸泡处理只要将石墨与碳化钼浸没完全即可,替代传统的氧化铝、氧化镁等润滑助剂,能够显著降低氧化锆陶瓷在120℃温度下的摩擦系数,同时迅速降低材料气孔率和提高材料密度,从而较大程度降低四方多晶氧化锆(TZP)材料的烧结温度。
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一些实施例,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,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1的SEM图。
具体实施方式
实施例1
一种氧化锆陶瓷缸套材料,包括以下原料:
氧化锆80kg、氧化钇4kg、氧化钕3kg、石墨3kg与碳化钼10kg。
制备方法,包括以下步骤:
1)预处理:按照配比称取石墨与碳化钼经过1mol/L的稀硝酸浸泡处理30min,然后固液分离,得到预处理的石墨与碳化钼;
2)球磨粉料:按照配比称取氧化锆、氧化亿与氧化钕,然后与预处理的石墨与碳化钼的混合加入至球磨机中,形成混合粉料,再向混合粉料中分别加入1.4kg甲基纤维素与1.4kg聚甲基丙烯酸酯,然后开机球磨得到浆料;
3)造粒:在造粒喷雾塔中将步骤2)中得到的浆料进行喷雾干燥,去除其中的水分得到造粒粉;
4)将步骤3)得到的造粒粉置于模具中进行预成型压制,然后进行冷等静压处理,得到生坯;预成型压制的工作压力是300kg/cm2;冷等静压处理的工作压力是1450kg/cm2;
5)将步骤4)得到的生坯进行预烧,排除生坯中的甲基纤维素;预烧温度为460℃;保温时间为10小时;
6)将步骤5)得到的生坯进行烧结,使得生坯致密化成瓷,得到氧化锆陶瓷缸套材料;烧结温度为1400℃;保温时间为8小时。
实施例2
一种氧化锆陶瓷缸套材料,包括以下原料:
氧化锆82kg、氧化钇5kg、氧化钕4kg、石墨1kg与碳化钼8kg,其中,所述石墨与碳化钼需要先经过稀硝酸浸泡处理,然后固液分离。
氧化锆陶瓷缸套材料的制备方法,包括以下步骤:
1)预处理:按照配比称取石墨与碳化钼经过0.5mol/L的稀硝酸浸泡处理40min,然后固液分离,得到预处理的石墨与碳化钼;
2)球磨粉料:按照配比称取氧化锆、氧化亿与氧化钕,然后与预处理的石墨与碳化钼的混合加入至球磨机中,形成混合粉料,再向混合粉料中分别加入2kg甲基纤维素与2kg聚甲基丙烯酸胺,然后开机球磨得到浆料;
3)造粒:在造粒喷雾塔中将步骤2)中得到的浆料进行喷雾干燥,去除其中的水分得到造粒粉;
4)将步骤3)得到的造粒粉置于模具中进行预成型压制,然后进行冷等静压处理,得到生坯;预成型压制的工作压力是400kg/cm2;冷等静压处理的工作压力是1800kg/cm2;
5)将步骤4)得到的生坯进行预烧,排除生坯中的甲基纤维素;烧温度为520℃;保温时间为8小时。
6)将步骤5)得到的生坯进行烧结,使得生坯致密化成瓷,得到氧化锆陶瓷缸套材料。烧结温度为1300℃;保温时间为10小时。
实施例3
一种氧化锆陶瓷缸套材料,包括以下原料:
氧化锆79kg、氧化钇5kg、氧化钕4.5kg、石墨4kg与碳化钼7.5kg。
制备方法,包括以下步骤:
1)预处理:按照配比称取石墨与碳化钼经过2mol/L的稀硝酸浸泡处理25min,然后固液分离,得到预处理的石墨与碳化钼;
2)球磨粉料:按照配比称取氧化锆、氧化亿与氧化钕,然后与预处理的石墨与碳化钼的混合加入至球磨机中,形成混合粉料,再向混合粉料中分别加入2kg甲基纤维素与2kg聚甲基丙烯酸胺,然后开机球磨得到浆料;
3)造粒:在造粒喷雾塔中将步骤2)中得到的浆料进行喷雾干燥,去除其中的水分得到造粒粉;
4)将步骤3)得到的造粒粉置于模具中进行预成型压制,然后进行冷等静压处理,得到生坯;预成型压制的工作压力是200kg/cm2;冷等静压处理的工作压力是1300kg/cm2;
5)将步骤4)得到的生坯进行预烧,排除生坯中的甲基纤维素;烧温度为600℃;保温时间为8小时。
6)将步骤5)得到的生坯进行烧结,使得生坯致密化成瓷,得到氧化锆陶瓷缸套材料。烧结温度为1460℃;保温时间为8小时。
对比例1:按照ZL200910131180.6公开的专利制备氧化锆陶瓷。
将实施例1-3与对比实施例1进行力学性能对比,具体结果见表1:
表1实施例1-3与对比实施例1力学性能
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种氧化锆陶瓷缸套材料,其特征在于,按照重量百分数计算,包括以下原料:
氧化锆65~85%、氧化钇3~5%、氧化钕2.5~4.5%、石墨1~5%与碳化钼5~10%;其中,所述石墨与碳化钼需要先经过稀硝酸浸泡处理,然后固液分离。
2.一种如权利要求1所述的氧化锆陶瓷缸套材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)预处理:按照配比称取石墨与碳化钼经过稀硝酸浸泡处理,然后固液分离,得到预处理的石墨与碳化钼;
2)球磨粉料:按照配比称取氧化锆、氧化亿与氧化钕,然后与预处理的石墨与碳化钼的混合加入至球磨机中,形成混合粉料,再向混合粉料中分别加入粘接剂与分散剂,然后开机球磨得到浆料;
3)造粒:在造粒喷雾塔中将步骤2)中得到的浆料进行喷雾干燥,去除其中的水分得到造粒粉;
4)将步骤3)得到的造粒粉置于模具中进行预成型压制,然后进行冷等静压处理,得到生坯;
5)将步骤4)得到的生坯进行预烧,排除生坯中的粘接剂;
6)将步骤5)得到的生坯进行烧结,使得生坯致密化成瓷,得到氧化锆陶瓷缸套材料。
3.根据权利要求2所述的氧化锆陶瓷缸套材料的制备方法,其特征在于,加入粘接剂的重量是混合粉料重量的1~2%,加入分散剂的重量是混合粉料重量的1~2%。
4.根据权利要求3所述的氧化锆陶瓷缸套材料的制备方法,其特征在于,所述粘接 剂为纤维素醚类有机物,所述分散剂是聚丙烯酸酯类有机物、聚马来酸类有机物、聚马来酸酐类有机物、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸盐、聚甲基丙烯酸酯或马来酸共聚物。
5.根据权利要求2所述的氧化锆陶瓷缸套材料的制备方法,其特征在于,步骤4)中,预成型压制的工作压力是200~400kg/cm2;冷等静压处理的工作压力是1300~1800kg/cm2。
6.根据权利要求2所述的氧化锆陶瓷缸套材料的制备方法,其特征在于,步骤5)中,预烧温度为400~600℃;保温时间为8~12小时。
7.根据权利要求2所述的氧化锆陶瓷缸套材料的制备方法,其特征在于,步骤6)中,烧结温度为1300~1460℃;保温时间为5~10小时。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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