CN108218407A - 一种阀门用氧化铝复合陶瓷及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种阀门用氧化铝复合陶瓷，由如下重量份数的各组份制成：氧化铝70～85份、3mol钇稳定氧化锆8～15份、二氧化钛3～6份、氟化钙8～12份、三水合氟化铝1～2份、硅溶胶12～25份、粘结剂1～4份、分散剂0.5～3份、消泡剂0.5～2份、水70～100份。其中，粘结剂是聚乙烯醇、聚乙二醇2000、羧甲基纤维素中的至少一种；分散剂是聚丙烯酸铵、聚丙烯酸钠、聚乙二醇2000中的至少一种。本发明还提供其制备方法，通过配料、球磨、喷雾造粒、冷等静压成型、烧结等工艺制成。经本发明制成的阀门断裂韧性高、耐磨损性能好、运行可靠、寿命更长；本发明原料价格低廉、制备工艺简单，适用于大规模工业化生产，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及阀门领域，具体讲是一种阀门用氧化铝复合陶瓷及其制备方法。
背景技术
众所周知，阀门在现代化工业生产中具有重要的作用，传统阀门多采用金属材料制备，然而，由于化工、电站能源、钢铁冶炼、采矿选矿、造纸、石油化工、煤化工、硅化工等行业中介质工况复杂，传统金属阀门在短时间内就会被磨损、腐蚀而失效，已无法再满足生产的需求。
陶瓷材料具有强度高、耐磨损、耐腐蚀、自润滑性强等优良性能，备受阀门行业的青睐。由陶瓷材料制成的阀门在强腐蚀、高磨损等苛刻工况中可靠性高、寿命长，大大减少了阀门的维修更换次数，提高了整个系统运行的安全性、稳定性，节约了大量设备的维护费用。
氧化铝陶瓷由于具有硬度高、机械强度高、密度低、耐腐蚀、价格低廉、制备工艺简单等优点已被广泛应用在阀门制造中，特别是作为阀门内衬材料，用于阻断介质与金属壳体的直接相接触。但是，现有技术生产的氧化铝陶瓷韧性低、脆性大，在一些高磨损的工况中，对其耐磨损性能也提出了更高的要求。因此，制备出韧性高、耐磨损性好的氧化铝陶瓷具有重要的现实意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种阀门用氧化铝复合陶瓷，其韧性高，并且具有较好的耐磨损性能；此外，本发明还提供一种阀门用氧化铝复合陶瓷的制备方法。
本发明的技术解决方案是，提供一种阀门用氧化铝复合陶瓷，由如下重量份数的各组份制成：氧化铝70～85份、3mol钇稳定氧化锆8～15份、二氧化钛3～6份、氟化钙8～12份、三水合氟化铝1～2份、硅溶胶12～25份、粘结剂1～4份、分散剂0.5～3份、消泡剂0.5～2份和水70～100份。
本发明所述的一种阀门用氧化铝复合陶瓷，其中，由如下重量份数的各组份制成：氧化铝80份、3mol钇稳定氧化锆10份、二氧化钛5份、氟化钙11份、三水合氟化铝1份、硅溶胶15份、粘结剂1.3份、分散剂1.5份、消泡剂0.5份和水100份。
本发明所述的一种阀门用氧化铝复合陶瓷，其中，由如下重量份数的各组份制成：氧化铝70份、3mol钇稳定氧化锆12份、二氧化钛6份、氟化钙8份、三水合氟化铝1.5份、硅溶胶20份、粘结剂2.2份、分散剂0.5份、消泡剂1份和水95份。
本发明所述的一种阀门用氧化铝复合陶瓷，其中，由如下重量份数的各组份制成：氧化铝75份、3mol钇稳定氧化锆15份、二氧化钛3份、氟化钙12份、三水合氟化铝1.8份、硅溶胶25份、粘结剂4份、分散剂2.8份、消泡剂1份和水80份。
本发明所述的一种阀门用氧化铝复合陶瓷，其中，所述粘结剂是聚乙烯醇、聚乙二醇2000、羧甲基纤维素中的至少一种。
本发明所述的一种阀门用氧化铝复合陶瓷，其中，所述分散剂是聚丙烯酸铵、聚丙烯酸钠、聚乙二醇2000中的至少一种。
本发明所述的一种阀门用氧化铝复合陶瓷，其中，所述消泡剂为有机硅改性聚醚酯。
此外，本发明还提供一种阀门用氧化铝复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
1)配料及球磨粉料：按照配比称取氧化铝、3mol钇稳定氧化锆、二氧化钛、氟化钙、三水合氟化铝、粘结剂、分散剂、消泡剂和水，加入至砂磨机中，球磨6～12h，然后加入硅溶胶并球磨0.5～1h，得到浆料；
2)喷雾造粒：将步骤1)所得浆料经过喷雾造粒得到造粒粉；
3)成型：将步骤2)所得造粒粉经过冷等静压成型得到坯体；
4)烧结：将步骤3)所得坯体经过高温烧结，得到阀门用氧化铝复合陶瓷。
本发明所述的一种阀门用氧化铝复合陶瓷的制备方法，其中，步骤3)中，冷等静压成型的工作压力为200～300Mpa，保压时间为60～90S。
本发明所述的一种阀门用氧化铝复合陶瓷的制备方法，其中，步骤4)中，烧结温度为1400～1650℃，保温时间为3～6h。
与现有技术相比，本发明一种阀门用氧化铝复合陶瓷及其制备方法具有以下优点：
1、本发明以三水合氟化铝为催化剂，促使硅溶胶中的二氧化硅和氧化铝原位反应，生成莫来石晶须；由于硅溶胶中二氧化硅的粒子粒度较小，分散性更好，从而使得生成的莫来石晶须可以均匀地分布在陶瓷基体中；硅溶胶中的二氧化硅反应活性较高，能够使莫来石晶须更易生成。
2、莫来石晶须和3mol钇稳定氧化锆协同增韧氧化铝陶瓷，从而大大提高了氧化铝陶瓷的断裂韧性，经检测，断裂韧性在4.9～5.5MPa·m1/2之间，远远高于市售氧化铝陶瓷的断裂韧性。
3、本发明以氟化钙为润滑剂，增加了氧化铝复合陶瓷的自润滑性，摩擦系数在0.21～0.29之间；自润滑性和断裂韧性的提高，使得本发明一种阀门用氧化铝复合陶瓷的耐磨损性能得到了大大提升，经此材料制成的阀门在经受冲刷磨损时，更为可靠、使用寿命更长，减少了企业维修所产生的大量费用。
4、本发明一种阀门用氧化铝复合陶瓷原料价格低廉、制备工艺简单，适用于大规模工业化生产，实用性较强。
具体实施例
下面结合具体实施例对本发明一种阀门用氧化铝复合陶瓷及其制备方法作进一步详细说明：
实施例1
一种阀门用氧化铝复合陶瓷由如下重量份数的各组份制成：氧化铝80份、3mol钇稳定氧化锆(3Y-TZP)10份、二氧化钛5份、氟化钙11份、三水合氟化铝1份、硅溶胶15份、粘结剂1.3份、分散剂1.5份、消泡剂0.5份、水100份。其中，所述粘结剂为聚乙烯醇，所述分散剂为聚丙烯酸钠，所述消泡剂为有机硅改性聚醚酯。
上述阀门用氧化铝复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
1)配料及球磨粉料：按照配比称取氧化铝、3mol钇稳定氧化锆、二氧化钛、氟化钙、三水合氟化铝、聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、有机硅改性聚醚酯和水，随后将其加入至砂磨机中，球磨6h，然后再向砂磨机中加入称取的硅溶胶并球磨0.5h，得到浆料；
2)喷雾造粒：将步骤1)所得浆料经过喷雾造粒得到造粒粉；
3)成型：将步骤2)所得造粒粉经过冷等静压成型得到坯体，其中，冷等静压成型的工作压力为200Mpa，保压时间60S；
4)烧结：将步骤3)所得坯体在1500℃烧结并保温5h，即得本实施例阀门用氧化铝复合陶瓷。
测其断裂韧性和摩擦系数，结果为：断裂韧性为4.9MPa·m1/2，摩擦系数为0.29。该检测方法为常规方法，故不在此赘述。
实施例2
一种阀门用氧化铝复合陶瓷由如下重量份数的各组份制成：氧化铝70份、3mol钇稳定氧化锆12份、二氧化钛6份、氟化钙8份、三水合氟化铝1.5份、硅溶胶20份、粘结剂2.2份、分散剂0.5份、消泡剂1份、水95份。其中，所述粘结剂采用羧甲基纤维素，所述分散剂采用聚乙二醇2000，所述消泡剂采用有机硅改性聚醚酯。
上述阀门用氧化铝复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
1)配料及球磨粉料：按照配比称取氧化铝、3mol钇稳定氧化锆、二氧化钛、氟化钙、三水合氟化铝、羧甲基纤维素、聚乙二醇2000、有机硅改性聚醚酯和水，随后将其加入至砂磨机中，球磨9h，然后再向砂磨机中加入称取的硅溶胶并球磨0.8h，得到浆料；
2)喷雾造粒：将步骤1)所得浆料经过喷雾造粒得到造粒粉；
3)成型：将步骤2)所得造粒粉经过冷等静压成型得到坯体，其中，冷等静压成型的工作压力为250Mpa，保压时间60S；
4)烧结：将步骤3)所得坯体在1550℃烧结并保温4h，即得本实施例阀门用氧化铝复合陶瓷。
测其断裂韧性和摩擦系数，结果为：断裂韧性为5.1MPa·m1/2，摩擦系数为0.27。
实施例3
一种阀门用氧化铝复合陶瓷由如下重量份数的各组份制成：氧化铝78份、3mol钇稳定氧化锆10份、二氧化钛4份、氟化钙9份、三水合氟化铝2份、硅溶胶22份、粘结剂2份、分散剂1.5份、消泡剂0.8份、水70份。其中，所述粘结剂采用聚乙烯醇，所述分散剂采用聚丙烯酸铵，所述消泡剂采用有机硅改性聚醚酯。
上述阀门用氧化铝复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
1)配料及球磨粉料：按照配比称取氧化铝、3mol钇稳定氧化锆、二氧化钛、氟化钙、三水合氟化铝、聚乙烯醇、聚丙烯酸铵、有机硅改性聚醚酯和水，随后将其加入至砂磨机中，球磨10h，然后再向砂磨机中加入称取的硅溶胶并球磨1h，得到浆料；
2)喷雾造粒：将步骤1)所得浆料经过喷雾造粒得到造粒粉；
3)成型：将步骤2)所得造粒粉经过冷等静压成型得到坯体，其中，冷等静压成型的工作压力为280Mpa，保压时间80S；
4)烧结：将步骤3)所得坯体在1450℃烧结并保温3.5h，即得本实施例阀门用氧化铝复合陶瓷。
测其断裂韧性和摩擦系数，结果为：断裂韧性为5.4MPa·m1/2，摩擦系数为0.24。
实施例4
一种阀门用氧化铝复合陶瓷由如下重量份数的各组份制成：氧化铝85份、3mol钇稳定氧化锆8份、二氧化钛6份、氟化钙10份、三水合氟化铝2份、硅溶胶13份、粘结剂3份、分散剂2份、消泡剂2份、水90份。其中，所述粘结剂采用聚乙烯醇；所述分散剂采用聚丙烯酸铵和聚乙二醇2000，各1份；所述消泡剂采用有机硅改性聚醚酯。
上述阀门用氧化铝复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
1)配料及球磨粉料：按照配比称取氧化铝、3mol钇稳定氧化锆、二氧化钛、氟化钙、三水合氟化铝、聚乙烯醇、聚丙烯酸铵、聚乙二醇2000、有机硅改性聚醚酯和水，随后将其加入至砂磨机中，球磨8h，然后再向砂磨机中加入称取的硅溶胶并球磨1h，得到浆料；
2)喷雾造粒：将步骤1)所得浆料经过喷雾造粒得到造粒粉；
3)成型：将步骤2)所得造粒粉经过冷等静压成型得到坯体，其中，冷等静压成型的工作压力为200Mpa，保压时间90S；
4)烧结：将步骤3)所得坯体在1600℃下烧结并保温5h，即得本实施例阀门用氧化铝复合陶瓷。
测其断裂韧性和摩擦系数，结果为：断裂韧性为5.4MPa·m1/2，摩擦系数为0.23。
实施例5
一种阀门用氧化铝复合陶瓷由如下重量份数的各组份制成：氧化铝75份、3mol钇稳定氧化锆15份、二氧化钛3份、氟化钙12份、三水合氟化铝1.8份、硅溶胶25份、粘结剂4份、分散剂2.8份、消泡剂1份、水80份。其中，所述粘结剂采用1.5份聚乙烯醇和2.5份聚乙二醇2000；所述分散剂采用1份聚丙烯酸铵和1.8份聚乙二醇2000；所述消泡剂采用有机硅改性聚醚酯。
上述阀门用氧化铝复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
1)配料及球磨粉料：按照配比称取氧化铝、3mol钇稳定氧化锆、二氧化钛、氟化钙、三水合氟化铝、聚乙烯醇、聚乙二醇2000、聚丙烯酸铵、聚乙二醇2000、有机硅改性聚醚酯和水，随后将其加入至砂磨机中，球磨12h，然后再向砂磨机中加入称取的硅溶胶并球磨0.7h，得到浆料；
2)喷雾造粒：将步骤1)所得浆料经过喷雾造粒得到造粒粉；
3)成型：将步骤2)所得造粒粉经过冷等静压成型得到坯体，其中，冷等静压成型的工作压力为300Mpa，保压时间70S；
4)烧结：将步骤3)所得坯体在1650℃烧结并保温4h，即得本实施例阀门用氧化铝复合陶瓷。
测其断裂韧性和摩擦系数，结果为：断裂韧性为5.5MPa·m1/2，摩擦系数为0.21。
经本发明氧化铝复合陶瓷制成的阀门断裂韧性高、具有较好的耐磨损性能，并且运行更可靠、寿命更长；本发明原料价格低廉、制备工艺简单，适用于大规模工业化生产，实用性强。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种阀门用氧化铝复合陶瓷，其特征在于，由如下重量份数的各组份制成：氧化铝70～85份、3mol钇稳定氧化锆8～15份、二氧化钛3～6份、氟化钙8～12份、三水合氟化铝1～2份、硅溶胶12～25份、粘结剂1～4份、分散剂0.5～3份、消泡剂0.5～2份和水70～100份。
2.根据权利要求1所述的一种阀门用氧化铝复合陶瓷，其特征在于：由如下重量份数的各组份制成：氧化铝80份、3mol钇稳定氧化锆10份、二氧化钛5份、氟化钙11份、三水合氟化铝1份、硅溶胶15份、粘结剂1.3份、分散剂1.5份、消泡剂0.5份和水100份。
3.根据权利要求1所述的一种阀门用氧化铝复合陶瓷，其特征在于：由如下重量份数的各组份制成：氧化铝70份、3mol钇稳定氧化锆12份、二氧化钛6份、氟化钙8份、三水合氟化铝1.5份、硅溶胶20份、粘结剂2.2份、分散剂0.5份、消泡剂1份和水95份。
4.根据权利要求1所述的一种阀门用氧化铝复合陶瓷，其特征在于：由如下重量份数的各组份制成：氧化铝75份、3mol钇稳定氧化锆15份、二氧化钛3份、氟化钙12份、三水合氟化铝1.8份、硅溶胶25份、粘结剂4份、分散剂2.8份、消泡剂1份和水80份。
5.根据权利要求1至4任一所述的一种阀门用氧化铝复合陶瓷，其特征在于：所述粘结剂是聚乙烯醇、聚乙二醇2000、羧甲基纤维素中的至少一种。
6.根据权利要求1至4任一所述的一种阀门用氧化铝复合陶瓷，其特征在于：所述分散剂是聚丙烯酸铵、聚丙烯酸钠、聚乙二醇2000中的至少一种。
7.根据权利要求1至4任一所述的一种阀门用氧化铝复合陶瓷，其特征在于：所述消泡剂为有机硅改性聚醚酯。
8.一种如权利要求1至7任一所述的一种阀门用氧化铝复合陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)配料及球磨粉料：按照配比称取氧化铝、3mol钇稳定氧化锆、二氧化钛、氟化钙、三水合氟化铝、粘结剂、分散剂、消泡剂和水，加入至砂磨机中，球磨6～12h，然后加入硅溶胶并球磨0.5～1h，得到浆料；
2)喷雾造粒：将步骤1)所得浆料经过喷雾造粒得到造粒粉；
3)成型：将步骤2)所得造粒粉经过冷等静压成型得到坯体；
4)烧结：将步骤3)所得坯体经过高温烧结，得到阀门用氧化铝复合陶瓷。
9.根据权利要求8所述的一种阀门用氧化铝复合陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤3)中，冷等静压成型的工作压力为200～300Mpa，保压时间为60～90S。
10.根据权利要求8所述的一种阀门用氧化铝复合陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤4)中，烧结温度为1400～1650℃，保温时间为3～6h。
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