CN112430070A - 一种高耐磨陶瓷材料、其制备方法和陶瓷柱塞的制造方法 - Google Patents

一种高耐磨陶瓷材料、其制备方法和陶瓷柱塞的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高耐磨陶瓷材料、其制备方法和陶瓷柱塞的制造方法，涉及耐磨材料技术领域，解决了现有的陶瓷柱塞耐磨性能较差影响其使用寿命的问题，通过选用96份三氧化二铝、0.3份二氧化镧、1.5份二氧化硅、0.7份锆英石、0.8份99熟瓷粉（99熟瓷粉中的三氧化二铝的含量≥99%）作为制备原料制备而成的高耐磨陶瓷材料，其体积密度和洛氏硬度较高，提高了抗折弯强度和耐磨损的性能，降低用此高耐磨陶瓷材料制成的高耐磨陶瓷柱塞的烧结收缩率，且提高了高耐磨陶瓷柱塞的使用寿命。

Description

一种高耐磨陶瓷材料、其制备方法和陶瓷柱塞的制造方法
技术领域
本发明涉及耐磨材料技术领域，特别是涉及一种高耐磨陶瓷材料、其制备方法和陶瓷柱塞的制造方法。
背景技术
柱塞泵是液压系统的一个重要装置，它依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸油、压油。柱塞泵具有额定压力高、结构紧凑、效率高和流量调节方便等优点。柱塞的外表面的耐磨强度直接决定柱塞泵的性能及使用寿命，因此对柱塞的耐磨性能要求较高，通常柱塞由陶瓷材料制备而成，随着社会的进步，陶瓷材料的性能也越来越好，现有的陶瓷材料具有良好的力学特性、热特性、电特性等性能，且现有的陶瓷材料配方很多，但大多存在耐磨性能不好的情况，进而影响陶瓷柱塞的耐磨强度和使用寿命。
发明内容
本发明的目的是要提供一种高耐磨陶瓷材料、其制备方法和陶瓷柱塞的制造方法，解决了现有的陶瓷柱塞耐磨性能较差影响其使用寿命的问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供了一种高耐磨陶瓷材料，其制备原料包括以下质量份数的组分：三氧化二铝95.5～97份、二氧化镧0.2～1份、二氧化硅1～2.5份、锆英石0.2～1.7份和99熟瓷粉1～2.5份。
进一步的，其制备原料还包括黏合剂，所述黏合剂包括以下质量份数的组分：分散剂0.2～1.3份、PVA粘结剂0.2～0.7份和乳化蜡0～0.3份。
作为优选方案，一种高耐磨陶瓷材料，其制备原料包括以下质量份数的组分：三氧化二铝96份、二氧化镧0.3份、二氧化硅1.5份、锆英石0.7份、99熟瓷粉1.5份、分散剂0.3份、PVA粘结剂0.25份和乳化蜡0.1份。
进一步的，一种高耐磨陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：
S1：将根据权利要求1至3中任一项所述的高耐磨陶瓷材料按配方量取原料，将三氧化二铝、二氧化镧、二氧化硅、锆英石、99熟瓷粉放入到滚筒式球磨机进行粉碎得到预混料A；
S2：在S1中得到的预混料A里加入水和黏合剂，并用筛网过滤除研磨球后得到B泥浆料；
S3：通过压力式喷雾造粒机对S2中得到的B泥浆料进行造粒，并通过分样振动筛筛选出合格粉体材料；
S4：将S3中制备合格的粉体材料装入“V”型混料器中，并加入微量甲基硅油脱模剂。
进一步的，所述S1中先加入二氧化镧、二氧化硅、锆英石、99熟瓷粉进行初次粉碎，再加入三氧化二铝二次粉碎。
进一步的，先加入的二氧化镧、二氧化硅、锆英石、99熟瓷粉的总粉体重量与滚筒式球磨机中的研磨球的重量比为1:1.8，通过滚筒式球磨机进行所述初次粉碎后的二氧化镧、二氧化硅、锆英石、99熟瓷粉的总粉体粒径细度在2-3μm之间。
进一步的，再加入所述三氧化二铝，此时二氧化镧、二氧化硅、锆英石、99熟瓷粉、三氧化二铝的总粉体重量与滚筒式球磨机中的研磨球的重量比为1:1.5，再通过滚筒式球磨机进行所述二次粉碎后二氧化镧、二氧化硅、锆英石、99熟瓷粉、三氧化二铝的总粉体粒径细度在2μm以下。
进一步的，在所述S2中加入水后并通过搅拌球磨机混合球磨，再加入分散剂再次球磨，最后采用泥浆泵泵送到搅拌机里进行搅拌，并加入PVA粘结剂和乳化蜡。
进一步的，所述S3中压力式喷雾造粒机的控制条件：泵送压力控制在1.6-2.2MPa之间，设备进口雾化温度230-270度，出口冷凝温度100-110度。
进一步的，将上述高耐磨陶瓷材料制造成陶瓷柱塞的方法，包括以下步骤：
步骤1：将权利要求4至9中任一项所述的高耐磨陶瓷材料放入模具压制成型陶瓷柱塞毛坯；
步骤2：对步骤1中的陶瓷柱塞毛坯高温烧结；
预热烘干阶段：室温：150℃，控制1-1.5小时；
排胶阶段：室温：150-320℃，控制3小时；
快速升温阶段：室温：320-1200℃，以100℃/h的温度匀速升温，1200-1500℃，升温速度应控制在70℃/h左右；
烧成阶段：室温：1500-1600℃，控制1小时完成；
恒温阶段：室温：1580-1600℃，保温2小时。
冷却阶段：自然冷却至室温；
步骤3：对步骤2中高温烧结后的陶瓷柱塞毛坯精密磨削加工。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明的一种高耐磨陶瓷材料、其制备方法和陶瓷柱塞的制造方法，其有益效果是：本发明的原料来源广泛，制备工艺简单，由三氧化二铝、二氧化镧、二氧化硅、锆英石、99熟瓷粉起作为原料制备而成的高耐磨陶瓷材料具有高耐磨性，再使用由高耐磨陶瓷材料制造而成的陶瓷柱塞时，陶瓷柱塞的体积密度较高，具有较强的耐磨性，抗折弯性能以及降低了高温烧结陶瓷柱塞的收缩率，提高了高耐磨陶瓷柱塞的使用寿命。
具体实施方式
实施例1：
一种高耐磨陶瓷材料，其制备原料包括以下质量份数的组分：三氧化二铝96份、二氧化镧0.3份、二氧化硅1.5份、锆英石0.7份、99熟瓷粉0.8份，还包括黏合剂，黏合剂包括以下质量份数的组分：分散剂0.3份、PVA粘结剂0.25份、乳化蜡0.1份，其中99熟瓷粉中的三氧化二铝的含量≥99％。
其制备方法包括如下步骤：
S1：将根据权利要求1至3中任一项所述的高耐磨陶瓷材料按配方量取原料，将0.3份二氧化镧、1.5份二氧化硅、0.7份锆英石、0.8份99熟瓷粉放入滚筒式球磨机进行初次混合粉碎，并粉碎5个小时，此时则要求二氧化镧、二氧化硅、锆英石、99熟瓷粉总粉体重量与滚筒式球磨机中的研磨球的重量比为1:1.8，当重量比未达到1:1.8则需要延长粉碎时间，经过5小时粉碎后的二氧化镧、二氧化硅、锆英石、99熟瓷粉的总粉体粒径细度在2-3μm之间，当小于2μm时粉体过细，容易造成体积收缩过大，当大于3微米时粉体较粗，会造成用此高耐磨陶瓷材料压制成型的陶瓷柱塞在烧结后温度较高，同时所述陶瓷柱塞的体积密度下降，当二氧化镧、二氧化硅、锆英石、99熟瓷粉的总粉体粒径细度满足2-3μm之间时，再加入96份三氧化二铝通过滚筒式球磨机进行二次混合粉碎，并粉碎2小时，此时则要求三氧化二铝、二氧化镧、二氧化硅、锆英石、99熟瓷粉总粉体重量与滚筒式球磨机中的研磨球的重量比为1:1.5,未达到1:1.5时则需要延长粉碎时间，粉碎后三氧化二铝、二氧化镧、二氧化硅、锆英石、99熟瓷粉的总粉体粒径细度在2μm以下，当大于2μm时粉体较粗，会造成烧结后成型的陶瓷柱塞的温度较高，同时陶瓷柱塞的体积密度下降；由于三氧化二铝的粒径细度小于二氧化镧、二氧化硅、锆英石、99熟瓷粉的粒径细度，当对三氧化二铝粉碎时间过长容易造成其粒径细度过细，不满足制备要求，因此在制备的过程中先加入二氧化镧、二氧化硅、锆英石、99熟瓷粉，后加入三氧化二铝；
S2：在S1中得到的预混料A里加入水和黏合剂，并通过筛网过滤除研磨球得到B泥浆料；其中，在S2中先加入水并通过搅拌球磨机混合球磨2小时，此时则要求加入水后二氧化镧、二氧化硅、锆英石、99熟瓷粉、三氧化二铝的总粉体重量与水的重量以及与滚筒式球磨机中的研磨球的重量比为1:0.4:1.5，更好的将粉体与水混合均匀，再加入分散剂球磨1小时后采用泥浆泵泵送到搅拌机里进行搅拌，通过加入分散剂稀释预混料A加入水后形成的泥浆料的浓度，方便泥浆泵的泵送，将预混料A加入水形成的泥浆料泵送到搅拌机内后加入PVA粘结剂和乳化蜡，通过加入PVA粘结剂和乳化蜡增强预混料A与水混合后形成泥浆料的粘性，其中由于滚筒式球磨机内的研磨球在受挤压力的作用下导致其部分破碎，则需要通过筛网筛选出破碎的研磨球，筛除破碎后的研磨球后则得到B泥浆料；
S3:通过压力式喷雾造粒机对S2中得到的B泥浆料进行造粒，压力式喷雾造粒机中的泵送压力控制在1.6-2.2MPa之间，设备进口雾化温度230-270度，出口冷凝温度100-110度，由于在造粒的过程中水分蒸发不均导致B泥浆料中部分粘结而产生不合格粉体材料，通过分样振动筛将合格的粉体材料和不合格的粉体材料进行分离；
S4：将S3中制备合格的粉体材料装入“V”型混料器中，在“V”型混料器低速匀化过程中向合格粉体材料中添加微量甲基硅油脱模剂，通过添加微量甲基硅油脱模剂便于对放入模具中的高耐磨材料的压制成型。
将高耐磨陶瓷材料制造成陶瓷柱塞的方法，包括以下步骤：
步骤1：对权利要求4至9中任一项所述的高耐磨陶瓷材料进行称量，并将称量好的合格粉体材料加入到钨钢模具型腔内，将装填好粉体的模具放置于振动台上振动25-30秒，使钨钢模具型腔内填实无间隙，此后用液压成型机压制钨钢模具，毛坯压制压力在175吨～200吨，压制时间3-5秒，则形成陶瓷柱塞毛坯，对成型后的陶瓷柱塞毛坯进行脱模，脱模后通过数控车床对成型陶瓷柱塞进行毛坯预加工。
步骤2：此后对步骤1中预加工的陶瓷柱塞毛坯进行高温烧结；
预热烘干阶段：室温：150℃，控制1-1.5小时；
排胶阶段：室温：150-320℃，控制3小时；
快速升温阶段：室温：320-1200℃，以100℃/h的温度匀速升温，1200-1500℃，升温速度应控制在70℃/h左右；
烧成阶段：室温：1500-1600℃，控制1小时完成；
恒温阶段：室温：1580-1600℃，保温2小时。
冷却阶段：自然冷却至室温；
步骤3：对步骤2中高温烧结后的陶瓷柱塞毛坯进行精密磨削加工。
实施例2：
本实施例提供一种高耐磨陶瓷材料，其制备过程与实施例1中所记载的制备过程基本一致，不同点在于其组分组成不同。本实施例的高耐磨陶瓷材料，其制备原料包括以下质量份数的组分：三氧化二铝95.5份、二氧化镧1份、二氧化硅2.5份、锆英石0.2份、99熟瓷粉2.5份，还包括黏合剂，黏合剂包括以下质量份数的组分：分散剂0.2份、PVA粘结剂0.7份和乳化蜡0.3份。
实施例3：
本实施例提供一种高耐磨陶瓷材料，其制备过程与实施例1中所记载的制备过程基本一致，不同点在于其组分组成不同。本实施例的高耐磨陶瓷材料，其制备原料包括以下质量份数的组分：三氧化二铝97份、二氧化镧0.5份、二氧化硅1份、锆英石1.7份、99熟瓷粉1份，还包括黏合剂，黏合剂包括以下质量份数的组分：分散剂1.3份和PVA粘结剂0.2份。
实施例4：
本实施例提供一种高耐磨陶瓷材料，其制备过程与实施例1中所记载的制备过程基本一致，不同点在于其组分组成不同。本实施例的高耐磨陶瓷材料，其制备原料包括以下质量份数的组分：三氧化二铝96.5份、二氧化镧0.2份、二氧化硅2份、锆英石1份、99熟瓷粉2份，还包括黏合剂，黏合剂包括以下质量份数的组分：分散剂0.8份、PVA粘结剂0.5份和乳化蜡0.2份。
对比例1：
一种高耐磨陶瓷材料，其制备原料包括以下质量份数的组分：三氧化二铝96份、二氧化镧0.1份、二氧化硅1.5份、锆英石0.7份、99熟瓷粉1.5份，还包括黏合剂，黏合剂包括以下质量份数的组分：分散剂0.3份、PVA粘结剂0.25份和乳化蜡0.1份。
对比例2：
一种高耐磨陶瓷材料，其制备原料包括以下质量份数的组分：三氧化二铝96份、二氧化镧1.2份、二氧化硅1.5份、锆英石0.7份、99熟瓷粉1.5份，还包括黏合剂，黏合剂包括以下质量份数的组分：分散剂0.3份、PVA粘结剂0.25份和乳化蜡0.1份。
对比例3：
一种高耐磨陶瓷材料，其制备原料包括以下质量份数的组分：三氧化二铝96份、二氧化硅1.5份、锆英石0.7份、99熟瓷粉1.5份，还包括黏合剂，黏合剂包括以下质量份数的组分：分散剂0.3份、PVA粘结剂0.25份和乳化蜡0.1份。
对比例4：
一种高耐磨陶瓷材料，其制备原料包括以下质量份数的组分：三氧化二铝96份、二氧化镧0.3、二氧化硅1.5份、锆英石0.7份、99熟瓷粉0.8份，还包括黏合剂，黏合剂包括以下质量份数的组分：分散剂0.3份、PVA粘结剂0.25份和乳化蜡0.1份。
对比例5：
一种高耐磨陶瓷材料，其制备原料包括以下质量份数的组分：三氧化二铝96份、二氧化镧0.3、二氧化硅1.5份、锆英石0.7份、还包括黏合剂，黏合剂包括以下质量份数的组分：分散剂0.3份、PVA粘结剂0.25份和乳化蜡0.1份。
对比例6：
一种高耐磨陶瓷材料，其制备原料包括以下质量份数的组分：三氧化二铝96份、二氧化镧0.3、二氧化硅1.5份、锆英石0.7份、99熟瓷粉2.7份，还包括黏合剂，黏合剂包括以下质量份数的组分：分散剂0.3份、PVA粘结剂0.25份和乳化蜡0.1份。
前述的实施例及对比例中的高耐磨陶瓷材料的成分及质量组分如下表所示：
Figure BDA0002827217360000081
基于前述的实施例及对比例中的成分及质量组分所构成的柱塞，性能参数对比如下：
Figure BDA0002827217360000091
综上可知，本发明公开的高耐磨陶瓷材料与对比例相比，由此高耐磨陶瓷材料制造而成的高耐磨陶瓷柱塞，其体积密度和洛氏硬度较高，提高了抗折弯强度和耐磨损的性能，降低用此高耐磨陶瓷材料制成的高耐磨陶瓷柱塞的烧结收缩率，且提高了的使用寿命。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高耐磨陶瓷材料，其特征在于，其制备原料包括以下质量份数的组分：三氧化二铝95 .5~97份、二氧化镧0.2~1份、二氧化硅1 ~2.5份、锆英石0.2~1.7份和99熟瓷粉1~2.5份。
2.根据权利要求1所述的高耐磨陶瓷材料，其特征在于，其制备原料还包括黏合剂，所述黏合剂包括以下质量份数的组分：分散剂0.2 ~1.3份、PVA粘结剂 0.2~0.7份和乳化蜡0~0.3份。
3.根据权利要求2所述的高耐磨陶瓷材料，其特征在于，其制备原料包括以下质量份数的组分：三氧化二铝96份、二氧化镧0.3份、二氧化硅1.5份、锆英石0.7份、99熟瓷粉1.5份、分散剂0.3份、PVA粘结剂 0.25份和乳化蜡0.1份。
4.一种高耐磨陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将根据权利要求1至3中任一项所述的高耐磨陶瓷材料按配方量取原料，将三氧化二铝、二氧化镧、二氧化硅、锆英石、99熟瓷粉放入到滚筒式球磨机进行粉碎得到预混料A；
S2：在S1中得到的预混料A里加入水和黏合剂，并用筛网过滤除研磨球后得到B泥浆料；
S3：通过压力式喷雾造粒机对S2中得到的B泥浆料进行造粒，并通过分样振动筛筛选出合格粉体材料；
S4：将S3中制备合格的粉体材料装入 “V”型混料器中，并加入微量甲基硅油脱模剂。
5.根据权利要求4所述的高耐磨陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述S1中先加入二氧化镧、二氧化硅、锆英石、99熟瓷粉进行初次粉碎，再加入三氧化二铝二次粉碎。
6.根据权利要求5所述的高耐磨陶瓷材料的制备方法，其特征在于，先加入的二氧化镧、二氧化硅、锆英石、99熟瓷粉的总粉体重量与滚筒式球磨机中的研磨球的重量比为1:1.8，通过滚筒式球磨机进行所述初次粉碎后的二氧化镧、二氧化硅、锆英石、99熟瓷粉的总粉体粒径细度在2-3μm之间。
7.根据权利要求6所述的高耐磨陶瓷材料的制备方法，其特征在于，再加入所述三氧化二铝，此时二氧化镧、二氧化硅、锆英石、99熟瓷粉、三氧化二铝的总粉体重量与滚筒式球磨机中的研磨球的重量比为1:1.5，再通过滚筒式球磨机进行所述二次粉碎后二氧化镧、二氧化硅、锆英石、99熟瓷粉、三氧化二铝的总粉体粒径细度在2μm以下。
8.根据权利要求4或7所述的高耐磨陶瓷材料的制备方法，其特征在于，在所述S2中加入水后并通过搅拌球磨机混合球磨，再加入分散剂再次球磨，最后采用泥浆泵泵送到搅拌机里进行搅拌，并加入PVA粘结剂和乳化蜡。
9.根据权利要求4所述的高耐磨陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述S3中压力式喷雾造粒机的控制条件：泵送压力控制在1.6-2.2MPa之间，设备进口雾化温度230-270度，出口冷凝温度100-110度。
10.一种高耐磨陶瓷柱塞的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将权利要求4至9中任一项所述的高耐磨陶瓷材料放入模具压制成型陶瓷柱塞毛坯；
步骤2：对步骤1中的陶瓷柱塞毛坯高温烧结；
预热烘干阶段：室温：150℃，控制1-1.5小时；
排胶阶段： 室温：150-320℃， 控制3小时；
快速升温阶段：室温：320-1200℃， 以100℃/h的温度匀速升温，1200-1500℃，升温速度应控制在70℃/h左右；
烧成阶段： 室温：1500-1600℃，控制1小时完成；
恒温阶段：室温：1580-1600℃，保温2小时；
冷却阶段： 自然冷却至室温；
步骤3：对步骤2中高温烧结后的陶瓷柱塞毛坯精密磨削加工。
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