一種異型碳化硼陶瓷噴砂嘴的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及噴砂嘴技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種無(wú)壓燒結(jié)的異型碳化硼陶瓷噴砂嘴的制備方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]噴砂機(jī)是采用壓縮空氣為動(dòng)力，以形成高速噴射束將噴料高速噴射到工件表面的設(shè)備，用于清理工件表面雜質(zhì)、氧化層、油污等，可提高基材表面硬度和耐疲勞度，增強(qiáng)工件和油漆、鍍層等涂層之間的附著力和耐久性，廣泛應(yīng)用于造船、修船、集裝箱、機(jī)械、鋼結(jié)構(gòu)、橋梁、火車、汽車等領(lǐng)域。
[0003]喂■砂嘴是喂■砂機(jī)的關(guān)鍵部件，承受喂■料的強(qiáng)烈磨蝕，屬于易耗品。喂'砂嘴的材質(zhì)主要有陶瓷、硬質(zhì)合金、金屬、橡膠等幾類，其中以陶瓷噴嘴使用壽命最長(zhǎng)，陶瓷噴砂嘴中又包括碳化硼、碳化硅、氮化硅、氧化鋁、硼化鈦等多種，其中碳化硼陶瓷噴砂嘴以其高硬度和高強(qiáng)度，使用壽命最長(zhǎng)，正逐漸取代其他噴砂嘴。
[0004]碳化硼是硬度僅次于金剛石和立方氮化硼的重要超硬材料。它具有高熔點(diǎn)、高模量、比重小、自潤(rùn)滑性好、耐磨、耐酸堿腐蝕、耐輻射、吸收中子等特點(diǎn)，是一種綜合性能十分突出的新型高性能工程陶瓷材料，在高端液氣密封材料、航天航空發(fā)動(dòng)機(jī)噴頭、高端陶瓷軸承、高端防彈裝甲材料、噴砂嘴、研磨介質(zhì)、硬質(zhì)材料的拋光和精研磨料等方面具有重要應(yīng)用。
[0005]碳化硼噴砂嘴包括噴砂嘴本體，噴砂嘴本體上設(shè)有噴砂孔?，F(xiàn)有的商業(yè)化的碳化硼陶瓷噴砂嘴是用熱壓燒結(jié)法制備，即在高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中，施加高壓來(lái)促進(jìn)碳化硼燒結(jié)，才能獲得致密的碳化硼陶瓷，熱壓燒結(jié)法設(shè)備復(fù)雜昂貴，單爐產(chǎn)能低，機(jī)械化程度低，燒結(jié)成本尚昂。
[0006]另外，在熱壓制備過(guò)程中，為了防止碳化硼與石墨模具固結(jié)在一起，必須用石墨紙將二者隔開，而石墨紙會(huì)和碳化硼燒結(jié)在一起。因此所制噴砂嘴坯體的外表面和噴砂孔內(nèi)表面等所有表面都固結(jié)有一層石墨紙。此外熱壓碳化硼表面有橫向紋路，外觀變形大，尺寸精度低，而且表層密度較內(nèi)部密度偏低。作為噴砂嘴產(chǎn)品，石墨紙和低密度的碳化硼表層最終都必須通過(guò)磨加工來(lái)去除，因此傳統(tǒng)熱壓碳化硼噴砂嘴的磨加工的余量很大，而且內(nèi)孔表面的磨加工的技術(shù)難度較大。碳化硼是典型的超硬材料，磨加工的效率很低，因此磨加工的成本很高。
[0007]此外，對(duì)于較小尺寸孔徑(直徑在3_以下，即噴砂孔半徑小于磨加工余量)的噴砂嘴根本無(wú)法制備和磨加工。對(duì)于多孔、偏心孔(不在噴砂嘴中心的孔)和非圓形孔(例如橢圓、方形等非常規(guī)形狀的噴砂孔)的噴砂嘴，磨加工設(shè)備加工能力難以勝任，要么磨加工成本極高，要么根本無(wú)法磨加工。因此目前的工藝只能制備簡(jiǎn)單形狀的碳化硼陶瓷噴砂嘴。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就，是提供一種采用干袋式等靜壓成型工藝，燒結(jié)單爐產(chǎn)能高，產(chǎn)品表面無(wú)石墨附著，尺寸精度高，噴砂孔內(nèi)表面無(wú)需磨加工，外表面磨加工余量小，燒結(jié)成本和磨加工成本都大幅度降低，適宜批量化生產(chǎn)、所制碳化硼噴砂嘴硬度高，韌性好，耐磨性好，使用壽命長(zhǎng)，成本低，性價(jià)比高，能制備較復(fù)雜孔結(jié)構(gòu)的噴砂嘴產(chǎn)品的異型碳化硼陶瓷噴砂嘴的制備方法。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案的一種異型碳化硼陶瓷噴砂嘴的制備方法，包括以下步驟:
[0010](I)將各種原料按照以下重量百分比的各組分配比:
[0011 ] 碳化硼粉50?70wt %，
[0012]燒結(jié)助劑20?40wt %，
[0013]碳源I ?8wt%，
[0014]粘接劑0.5 ?6wt%，
[0015]分散劑0.5 ?6wt%，
[0016]以上各組分重量之和為100% ;
[0017](2)將上述原料依次放入盛有去離子水的制漿設(shè)備中，混合制成漿料，將所得漿料利用噴霧干燥造粒工藝制成造粒料；
[0018](3)將造粒料放入制作好的軟質(zhì)模具套中，模具套中固定有一個(gè)或者多個(gè)芯棒，采用干袋式等靜壓法成型，成型后拔出芯棒，得到噴砂嘴素坯，該噴砂嘴素坯包括噴砂嘴本體
(I)，所述噴砂嘴本體內(nèi)設(shè)有一個(gè)或者一個(gè)以上內(nèi)徑為0.5?3mm的噴砂孔；
[0019](4)將所得的噴砂嘴素坯放入脫粘爐內(nèi)，抽真空，升溫脫去水分和有機(jī)質(zhì)，然后再將其放入真空燒結(jié)爐內(nèi)，抽真空，然后通入惰性保護(hù)氣體，在2000 °C?2200°C保溫0.5?2h，隨爐冷卻，最后進(jìn)行噴砂嘴素坯的外表面磨加工，得到碳化硼陶瓷噴砂嘴成品。
[0020]步驟(I)中的碳化硼微粉純度大于95wt%，平均粒徑小于I微米。
[0021]步驟(I)中的碳源為納米炭黑或有機(jī)轉(zhuǎn)換碳。
[0022]所述燒結(jié)助劑采用ZrC、TiC、SiC、AlN、TiB2中的一種或一種以上，平均粒度小于5微米。
[0023]步驟(I)中的粘結(jié)劑采用酚醛樹脂、淀粉、糖類、纖維素、糊精、聚乙烯醇中的一種或一種以上。
[0024]步驟⑴中的分散劑采用四甲基氫氧化銨、聚乙烯醇縮丁醛、氨水、正辛醇中的一種或一種以上。
[0025]所述步驟(3)所述的噴砂孔的橫截面為圓形、橢圓形、多邊形中的一種或者一種以上。
[0026]所述步驟(3)所述的噴砂孔為軸線與噴砂嘴本體的軸線平行的偏心孔。
[0027]所述步驟(3)所述的噴砂孔為一端大、一端小的錐形孔。
[0028]采用以上步驟后，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:采用無(wú)壓燒結(jié)方式，使本發(fā)明的噴砂嘴的噴砂孔的直徑可細(xì)至Imm以下；孔的數(shù)量可以是I到20個(gè)；孔的位置可根據(jù)需要設(shè)定；孔的形狀不受限制，可以是圓形、橢圓形、梯形、菱形、長(zhǎng)方形等；孔的兩端可以大小一樣，也可以是一端大、一端小的喇叭狀。這些異型的噴砂嘴可以大大提高噴砂效率或在特殊工況下發(fā)揮不可替代的作用。該工藝所制噴砂嘴，事先設(shè)計(jì)制作相應(yīng)的軟質(zhì)模具套和芯棒，采用干袋式等靜壓成型工藝，燒結(jié)單爐產(chǎn)能高，產(chǎn)品表面無(wú)石墨附著，尺寸精度高，噴砂孔內(nèi)表面無(wú)需磨加工，外表面磨加工余量小，燒結(jié)成本和磨加工成本都大幅度降低，適宜批量化生產(chǎn)。所制碳化硼噴砂嘴硬度高，韌性好，耐磨性好，使用壽命長(zhǎng)，成本低，性價(jià)比高，能制備較復(fù)雜孔結(jié)構(gòu)的噴砂嘴產(chǎn)品，較目前的熱壓法制備的碳化硼陶瓷噴嘴具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
【具體實(shí)施方式】
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[0029]下面通過(guò)具體實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明，但本發(fā)明不僅僅局限于以下實(shí)施例。
[0030]實(shí)施例1:
[0031]將碳化硼微粉600克、硼化鈦微粉300克、納米炭黑27克、分散劑(四甲基氫氧化銨)5克、粘接劑(糊精)6克，去離子水2000克加入快速球磨機(jī)中，球磨制漿，然后經(jīng)過(guò)噴霧造粒得到造粒料，所得的造粒料放入設(shè)計(jì)好的細(xì)孔型模具中，成型得到噴砂嘴素坯，將素坯放入脫粘爐內(nèi)在500°C溫度下保溫3h脫除水分和有機(jī)質(zhì)，然后放入真空燒結(jié)爐中無(wú)壓燒結(jié)，2100°C保溫lh，隨爐冷卻。最后進(jìn)行外圓和兩端面磨加工，獲得無(wú)壓燒結(jié)碳化硼陶瓷噴砂嘴，噴砂孔直徑為0.5_。
[0032]實(shí)施例2:
[0033]將碳化硼微粉550克、碳化鈦微粉350克、納米炭黑40克、分散劑(氨水)6克、粘接劑(聚乙烯醇)5克，去離子水2100克加入快速球磨機(jī)中，球磨制漿，然后經(jīng)過(guò)噴霧造粒得到造粒料，所得的造粒料放入設(shè)計(jì)好的方孔型模具中，成型得到噴砂嘴素坯，將素坯放入脫粘爐內(nèi)在800°C溫度下保溫3h脫除水分和有機(jī)質(zhì)，然后放入真空燒結(jié)爐中無(wú)壓燒結(jié)，2120°C保溫lh，隨爐冷卻。最后進(jìn)行外圓和兩端面磨加工，獲得無(wú)壓燒結(jié)碳化硼陶瓷噴砂嘴，產(chǎn)品含有方形噴砂孔。
[0034]實(shí)施例3:
[0035]將碳化硼微粉650克、碳化鋯微粉310克、水溶性酚醛樹脂40克、分散劑(氨水)3克、粘接劑(聚乙烯醇)5克，去離子水2000克加入快速球磨機(jī)中，球磨制漿，然后經(jīng)過(guò)噴霧造粒得到造粒料，所得的造粒料放入設(shè)計(jì)好的六孔型模具中，成型得到噴砂嘴素坯，將素坯放入脫粘爐內(nèi)在650°C溫度下保溫3h脫除水分和有機(jī)質(zhì)，然后放入真空燒結(jié)爐中無(wú)壓燒結(jié)，2010°C保溫1.5h，隨爐冷卻。最后進(jìn)行外圓和兩端面磨加工，獲得無(wú)壓燒結(jié)碳化硼陶瓷噴砂嘴，產(chǎn)品含有六個(gè)噴砂孔。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種異型碳化硼陶瓷噴砂嘴的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)將各種原料按照以下重量百分比的各組分配比: 碳化硼粉50?70wt%， 燒結(jié)助劑20?40wt%， 碳源I?8wt %， 粘接劑0.5?6wt%， 分散劑0.5?6wt%， 以上各組分重量之和為100% ； (2)將上述原料依次放入盛有去離子水的制漿設(shè)備中，混合制成漿料，將所得漿料利用噴霧干燥造粒工藝制成造粒料； (3)將造粒料放入制作好的軟質(zhì)模具套中，模具套中固定有一個(gè)或者多個(gè)芯棒，采用干袋式等靜壓法成型，成型后拔出芯棒，得到噴砂嘴素坯，該噴砂嘴素坯包括噴砂嘴本體(1)，所述噴砂嘴本體內(nèi)設(shè)有一個(gè)或者一個(gè)以上內(nèi)徑為0.5?3mm的噴砂孔； (4)將所得的噴砂嘴素坯放入脫粘爐內(nèi)，抽真空，升溫脫去水分和有機(jī)質(zhì)，然后再將其放入真空燒結(jié)爐內(nèi)，抽真空，然后通入惰性保護(hù)氣體，在2000°C?2200°C保溫0.5?2h，隨爐冷卻，最后進(jìn)行噴砂嘴素坯的外表面磨加工，得到碳化硼陶瓷噴砂嘴成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種異型碳化硼陶瓷噴砂嘴的制備方法，其特征在于:步驟(I)中的碳化硼微粉純度大于95wt%，平均粒徑小于I微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種異型碳化硼陶瓷噴砂嘴的制備方法，其特征在于:步驟(I)中的碳源為納米炭黑或有機(jī)轉(zhuǎn)換碳。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種異型碳化硼陶瓷噴砂嘴的制備方法，其特征在于:所述燒結(jié)助劑采用ZrC、TiC、SiC、AlN、TiB2中的一種或一種以上，平均粒度小于5微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種異型碳化硼陶瓷噴砂嘴的制備方法，其特征在于:步驟(I)中的粘結(jié)劑采用酚醛樹脂、淀粉、糖類、纖維素、糊精、聚乙烯醇中的一種或一種以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種異型碳化硼陶瓷噴砂嘴的制備方法，其特征在于:步驟(I)中的分散劑采用四甲基氫氧化銨、聚乙烯醇縮丁醛、氨水、正辛醇中的一種或一種以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種異型碳化硼陶瓷噴砂嘴的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)所述的噴砂孔的橫截面為圓形、橢圓形、多邊形中的一種或者一種以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種異型碳化硼陶瓷噴砂嘴的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)所述的噴砂孔為軸線與噴砂嘴本體的軸線平行的偏心孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種異型碳化硼陶瓷噴砂嘴的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)所述的噴砂孔為一端大、一端小的錐形孔。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種異型碳化硼陶瓷噴砂嘴的制備方法，包括以下步驟：(1)將各種原料按照以下重量百分比的各組分配比：碳化硼粉50～70wt％，燒結(jié)助劑20～40wt％，碳源1～8wt％，粘接劑0.5～6wt％，分散劑0.5～6wt％，(2)將所得漿料利用噴霧干燥造粒工藝制成造粒料；(3)將造粒料放入制作好的軟質(zhì)模具套中，采用干袋式等靜壓法成型，得到噴砂嘴素坯，(4)將所得的噴砂嘴素坯放入脫粘爐內(nèi)，抽真空，升溫脫去水分和有機(jī)質(zhì)，然后再將其放入真空燒結(jié)爐內(nèi)，得到碳化硼陶瓷噴砂嘴成品。該方法適宜批量化生產(chǎn)、所制碳化硼噴砂嘴硬度高，韌性好，耐磨性好，使用壽命長(zhǎng)，成本低，性價(jià)比高，能制備較復(fù)雜孔結(jié)構(gòu)的噴砂嘴產(chǎn)品。
【IPC分類】C04B35-563, C04B35-622
【公開號(hào)】CN104628387
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510066580
【發(fā)明人】鄔國(guó)平, 焦永峰, 孫雪萍, 謝方民
【申請(qǐng)人】寧波伏爾肯機(jī)械密封件制造有限公司
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2015年2月7日