CN1936393A - 一种陶瓷管式旋塞阀及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于强腐蚀环境或高温下以陶瓷为原材料的管式旋塞阀及其制备方法，其主体结构是两段粗细不同直径的陶瓷管，其两段陶瓷管的侧体上各开有小于细管内径的圆孔；细管的顶端封堵，粗管的内径和细管的外径经过加工研磨，形成公差范围内两管相套后既可滑动配合又能保证阀的密封，两管配合构成阀芯，阀芯压装于不锈钢制作的壳体中，旋塞阀与管道的连接由不锈钢壳体上的接口完成；不锈钢壳体上与细管封堵端中心外侧装有转动式手柄，扳动手柄可以控制细瓷管的旋转，经材料选配、坯体成形、坯体烧制和研磨加工四个过程制备而成，具有开通面积大，易于加工，效率高，使用寿命长，耐腐蚀耐高温，利于环保等优点。

Description

一种陶瓷管式旋塞阀及其制备工艺

技术领域：

本发明涉及一种用于强腐蚀环境或高温状态下以陶瓷为原材料制备的管式旋塞阀，具体地说是一种陶瓷管式旋塞阀的制备工艺。

技术背景：

目前使用的陶瓷阀主要有两种，一种是片阀，工作面为平面，加工方便。片阀的缺点是开通截面小，如目前使用的陶瓷阀门，其开通截面只有相应管面积的四分之一，限制了流量。其次，瓷片与阀门之间的密封使用橡胶垫，橡胶寿命一般两年左右，一旦橡胶老化，阀门即出现滴漏，所以达不到永不磨损、免维护的目标。另一种是球阀，也叫做球式旋塞阀，主要用于强腐蚀液体的生产输送，具有流量大、耐腐蚀、寿命长以及无滴漏的优点。寿命超过不锈钢的20倍，钛合金的10倍以上。缺点是工作面是球面，加工困难，尤其是阀球加工效率低、成本高致使陶瓷球阀价格昂贵，一只口径Ф200的球阀市场价格一般在万元以上。

现有的陶瓷阀成型方法一般采用干压法和注射成型法。干压法简便，但对结构较复杂的形状不易使用，也不适用于管状结构的物件成型；注射法成本高，去塑时间长，不适于精细结构旋塞阀的加工制备。综上所述，研制一种既寿命长、流量大又成本低、免维护的陶瓷阀门是当务之急，寻求该类阀门的制备工艺方法也是行业内专家们正在探讨的技术内容。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，寻求设计制备原理结构简单、使用寿命长的陶瓷材料的管式旋塞阀，特别是要设计一种适用于强腐蚀环境下使用的陶瓷材料管式旋塞阀及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明涉及的陶瓷管式旋塞阀包括细瓷管、粗瓷管、不锈钢外壳、下端口接头、旋转拔盘、手柄、圆孔和管道接口，其主体结构是两段粗细不同直径的陶瓷管，其两段陶瓷管的侧体上各开有一略小于细管内径的圆孔；细管的顶端封堵，粗管的内径和细管的外径经过加工研磨，形成公差范围内两管相套后既可滑动配合又能保证阀的密封，两管配合构成阀芯，为保证陶瓷阀的耐压能力以及便于安装，将阀芯压装于不锈钢制作的壳体中，旋塞阀与管道的连接由不锈钢壳体上的接口完成；不锈钢壳体上与细管封堵端中心外侧装有转动式手柄，扳动手柄可以控制细瓷管的旋转，当细瓷管和粗瓷管两孔重合时，旋转阀完全开启，当两孔错开时，旋转阀处于关闭状态。

陶瓷管式旋塞阀的制作：

不锈钢壳体的制作由常规的机械制造加工完成，阀芯部分的制做按下列步骤进行：

(1)选配材料：为保证阀芯具有强的耐腐蚀性及一定的韧性，阀芯的陶瓷材料为氧化锆(ZrO₂)增韧的氧化铝(Al₂O₃)，为降低烧结温度加入少量的氧化硅(SiO₂)和氧化钙(CaO₂)，具体重量百分比例如下：

85％Al₂O₃，10％ZrO₂，2.5％CaO，2.5％SiO₂。

(2)坯体成型：为保证坯体的质量并简化工艺，采用先进的凝胶注模工艺，先将丙烯酰胺单体、交联剂、分散剂和水配制成预混液；再将预混液、陶瓷粉按40∶60的体积比配置后放入球磨机中，球磨8小时后制成流动性好的浓悬浮体；然后将浓悬浮体真空除气后，加入过硫酸铵引发剂，分别注入到粗、细瓷管模具中，把模具放入60℃的烘箱中保温两个小时后，从烘箱取出冷却并卸模取出瓷管坯体，晾干。

(3)坯体烧制：将晾干的坯体先缓缓升温到500℃，保温2小时去塑，再升温到1550℃保温4小时烧结成瓷，其瓷芯材料性能为：

σ≥320MPa；K_1c≥6.2；MPa·m_1/2；HV≥1.3GPa。

(4)研磨加工：在磨床上对烧制成的粗细管即瓷芯进行磨削加工，使两管可滑动相套但不透漏。

本发明的陶瓷旋塞阀与陶瓷球阀、片阀相比，一是开通截面大，可以全孔径开启；二是工作面为柱面，容易加工，效率高；三是没有橡胶等易损件，腐蚀介质不直接与阀体接触，免维护；四是旋塞阀有自净功能，工作面能保持洁净。另外，由于其性价比优势使陶瓷管式旋塞阀具有广阔的市场前景。

附图说明：

图1为本发明陶瓷旋塞阀完全开启状态时的结构原理示意图。

具体实施方式：

本发明实施时，其主体结构包括：细瓷管1、粗瓷管2、不锈钢外壳3、下端口接头4、旋转拔盘5、开关手柄6、圆孔7和接口8。陶瓷管式旋塞阀的主体结构是两段不同直径的陶瓷管，两管的一侧各开有一略小于细管内径的圆孔，细管的一头封头，粗管的内径和细管的外径经过仔细加工研磨，公差范围内两管相套为紧滑动配合以保证阀的密封，为保证陶瓷阀的耐压能力以及便于安装，将粗细瓷管相套构成的阀芯压装于不锈钢制作的壳体中，与管道的连接由壳体上的接口完成。壳体上在细管封头一侧装有手柄，扳动手柄，当两孔重合时，阀开启，当两孔错开时，阀关闭。

实施例1：

制作管径Ф100的一只陶瓷旋塞阀，陶瓷阀芯中的细管内径为Ф110，壁厚8mm，细管外径为Ф126；粗管的内径与细管外径相同，管壁为6mm，粗管外径为Ф138，粗细管的圆孔均为Ф_侧100，粗细管的高度为140mm；在具体制备过程中各加工面留出1mm的加工余量，实际烧制的陶瓷阀芯尺寸为：

细管：Ф_内＝110mm    粗管：Ф_内＝125mm

Ф_外＝127mm    Ф_外＝139mm

H＝140mm       H＝140mm

Ф_侧＝100mm    Ф_侧＝100mm

制作模具时，以上述尺寸为标准，加上12％的放尺率。

先按重量比配制陶瓷粉，要求各粉料的平均粒径在1～3μm之间。预混液的配制比例为：丙烯酰胺的量为陶瓷粉重的4％，交联剂的用量为丙烯酰胺的2％，水的用量为陶瓷粉体积的67％。将预混液与陶瓷粉一同加入球磨机，再放入约为悬浮体体积三分之一的玛瑙球，球磨8小时即成为60％左右固相含量的流动悬浮体。

倒出悬浮体，取出玛瑙球后，真空除去气泡，加入过硫酸铵引发剂，(用量约为重量比的十万分之一)。将悬浮体注入阀芯模具中，放入烘箱60℃保温2小时，取出冷却后卸模取出阀芯坯体，充分干燥。将干燥后的坯体去塑烧结得到阀芯的毛坯。

阀芯毛坯上磨床用金刚石砂轮加工，细管的外径和粗管的内径要达到紧滑动配合的要求。过松，密封不好；过紧则转动不灵活。应保证粗管的内径比细管的外径大0.06～0.1mm。

将加工好的阀芯与壳体等配件装配到一起，便可构成陶瓷管式旋塞阀。

Claims (2)

1.一种陶瓷管式旋塞阀，其特征在于主体结构是两段粗细不同直径的陶瓷管侧体上各开有小于细管内径的圆孔；细管的顶端封堵，粗管的内径和细管的外径经过加工研磨，形成公差范围内两管相套后既可滑动配合又能保证阀的密封，两管配合构成阀芯，阀芯压装于不锈钢制作的壳体中，旋塞阀与管道的连接由不锈钢壳体上的接口完成；不锈钢壳体上与细管封堵端中心外侧装有转动式手柄，扳动手柄控制细瓷管的旋转，当细瓷管和粗瓷管两孔重合时，旋转阀完全开启，当两孔错开时，旋转阀处于关闭状态。

2.一种陶瓷管式旋塞阀的制备工艺，其特征在于阀芯部分的制做按下列步骤进行：

(1)选配材料：阀芯的陶瓷材料为氧化锆(ZrO₂)增韧的氧化铝(Al₂O₃)，为降低烧结温度加入少量的氧化硅(SiO₂)和氧化钙(CaO₂)，具体重量百分比如下：85％Al₂O₃，10％ZrO₂，2.5％CaO，2.5％SiO₂；

(2)坯体成型：采用凝胶注模工艺，先将丙烯酰胺单体、交联剂、分散剂和水配制成预混液；再将预混液、陶瓷粉按40∶60的体积比配置后放入球磨机中球磨8小时后制成流动性浓悬浮体；然后将浓悬浮体真空除气后，加入过硫酸铵引发剂，分别注入到粗、细瓷管模具中，再放入60℃的烘箱中保温两小时后取出冷却并卸模取出瓷管坯体，晾干；

(3)坯体烧制：将晾干的坯体先缓缓升温到500℃，保温2小时去塑，再升温到1550℃保温4小时烧结成瓷，其瓷芯材料性能为：σ≥320 MPa，K_1c≥6.2，MPa·m^1/2，HV≥1.3GPa；

(4)研磨加工：在磨床上对烧制成的粗细管即瓷芯进行磨削加工，使两管可滑动相套但不透漏。