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

氧化锆陶瓷缸套材料及其制备方法
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
Figure BDA0001235017560000051
Figure BDA0001235017560000061
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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