專利名稱：：陶瓷-樹脂復合輥及其制造方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種可以用于各種工業(yè)中的陶瓷-樹脂復合輥，特別涉及耐沖擊性、耐磨損性、耐藥品性、耐腐蝕性優(yōu)良而可以作為造紙用輥理想地使用的陶瓷-樹脂復合輥及其制造方法。
背景技術：
：在造紙工序的壓榨部分、涂覆部分、捆綁部分(wiringpart)等中，使用具有陶瓷噴鍍被膜的陶瓷輥。陶瓷噴鍍被膜中的陶瓷粒子由于具有鄰接的粒子之間相互熔融的很強的結合，因此陶瓷輥作為整體來說通常具有優(yōu)良的強度及耐磨損性。另一方面，在陶乾噴鍍被膜中，由于在熔融結合而成的陶瓷粒子之間存在有空隙，因此漿液中所含的藥品或水分很容易從輥表面向內(nèi)部滲透。如果藥品或水分滲透到輥內(nèi)部，則會腐蝕陶瓷噴鍍被膜或輥芯，成為導致輥破損的原因。為此，通常對陶瓷輥的表面實施封孔處理，然而現(xiàn)實狀況是，無法獲得足夠的封孔效果。在日本特公平7-111036號公報中，公開有如下的造紙機用壓輥的制造方法，即，在金屬制芯體的外周形成了由金屬材料形成的基底層，在該基底層的外周形成了陶瓷層。該公:報中所記載的壓輥如圖4中所示意的，具備輥芯ll、形成于輥芯11的外周的基底層12以及形成于基底層12的外周的陶瓷層13。陶瓷層13是利用陶瓷粉末的噴鍍形成的。另外，通過在陶瓷層13的表層部分涂覆有機高分子物質(zhì)，而形成填充于陶瓷粒子14之間的間隙中的有機高分子物質(zhì)層15。根據(jù)日本特公平7-111036號公報，有機高分子物質(zhì)最好從陶瓷層13的表面填充到陶瓷層的厚度的1/4~1/2的部分。曰本特開平6-81292號公報中，公開有在母材表面形成了塑料與陶瓷的混合噴鍍被膜或塑料與金屬陶瓷的混合噴鍍被膜的壓輥。根據(jù)該公報，噴鍍被膜的整體可以用塑料與陶瓷的混合物或塑料與金屬陶瓷的混合物來形成。日本特公平7-111036號公報中所記栽的壓輥在陶瓷噴鍍被膜的表層部分涂覆有機高分子物質(zhì)，在表層部分的陶瓷粒子之間的間隙中填充有有機高分子物質(zhì)。但是發(fā)現(xiàn)，如果僅在陶瓷噴鍍被膜的表層部分填充有機高分子物質(zhì)，則在耐沖擊性、耐磨損性、耐藥品性、耐腐蝕性方面是不充分的。另外，對于日本特公平7-111036號公報中所記載的壓輥的情況，在填充于陶瓷粒子之間的間隙中的有機高分子物質(zhì)為環(huán)氧樹脂時，可以使用粘度小的材料，然而由于壓輥是大型的，因此樹脂的含浸需要花費時間，在含浸的中途樹脂的固化加劇。由此，很難使樹脂充分地滲透到陶瓷噴鍍被膜的內(nèi)部。另外，在將有機高分子物質(zhì)用溶劑稀釋的情況下，在固化之時溶劑被除去之后，噴鍍被膜的空隙率就會變大，使得耐沖擊性、耐磨損性、耐藥品性、耐腐蝕性變得不足。曰本特開平6-81292號公報中所記栽的壓輥是通過噴鍍塑料與陶瓷的混合材料或塑料與金屬陶瓷的混合材料而形成被膜的。但是，即使使用混合材料，如果進行噴鍍，也仍然會產(chǎn)生空隙，因此無法獲得足夠的封孔效果。另外，在噴鍍了混合材料的情況下，由于不僅在陶瓷粒子之間的空隙中，而且在陶瓷粒子之間的結合部分也會夾雜有塑料，因此陶瓷粒子的熔融結合就會不充分，所以粒子就容易剝離，與陶瓷單體相比，被膜的強度反而更差。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是為了解決上述的問題而完成的，其目的在于，提供使陶瓷輥的耐沖擊性、耐磨損性、耐藥品性、耐腐蝕性提高的陶瓷-樹脂復合輥及其制造方法。依照本發(fā)明的陶瓷-樹脂復合輥，具備金屬制輥芯、形成于該金屬陶瓷噴鍍被膜包括鄰接的陶瓷粒子熔融結合而成的陶瓷粒子層、在陶瓷粒子之間的間隙內(nèi)從該陶瓷粒子層的表面填充到基底層的表面的樹脂層。根據(jù)上述的構成，由于陶瓷噴鍍被膜具有陶乾粒子之間的很強的熔融結合，因此可以保持作為陶瓷噴鍍被膜的特長的強度和耐磨損性。此外，遍布噴鍍被膜的整個厚度地填充于陶瓷粒子之間的間隙內(nèi)的樹脂會發(fā)揮作為封孔材料的功能和作為加強材料的功能這兩方面的功能。所結合而成的陶瓷粒子與填充于^粒子之間的樹脂的復合材料f就會提高輥的耐沖擊性、耐磨損性，另外，通過可靠地封孔至基底層，還會提高耐藥品性及耐腐蝕性。形成上述的樹脂層的樹脂優(yōu)選為環(huán)氧樹脂、尿烷樹脂等熱固化性樹脂。特別是在使用環(huán)氧樹脂的情況下，會提高陶瓷-樹脂復合輥的耐沖擊性、耐磨損性、耐藥品性、耐腐蝕性。依照本發(fā)明的陶瓷-樹脂復合輥的制造方法具備以下的工序。(A)在金屬制輥芯的外周面形成基底層的基底層形成工序。(B)在上述的基底層的外周面噴鍍陶瓷粒子而形成鄰接的陶瓷粒子熔融結合而成的陶瓷粒子層的陶瓷噴鍍工序。(C)使熱固化性液狀樹脂含浸于上述的陶瓷粒子層的陶瓷粒子之間的間隙內(nèi)的樹脂含浸工序。(D)對上述的樹脂含浸工序后的輥整體進行加熱而使液狀樹脂固化的樹脂固化工序。上述的方法中，將陶瓷噴鍍工序、樹脂含浸工序在分開的工序中進行。即，由于不是像日本特開平6-81292號公報中記載的那樣的陶瓷與樹脂的混合噴鍍，而是僅噴鍍陶瓷材料，因此可以獲得陶瓷粒子之間的很強的熔融結合。優(yōu)選利用水穩(wěn)定化等離子體噴鍍法來進行陶瓷粒子的噴鍍。由于水穩(wěn)定化等離子體噴鍍法與氣體等離子體噴鍍法相比熱量更大，因此陶瓷粒子之間的結合力很強，可以得到強度優(yōu)良的被膜。另外，由于利用水穩(wěn)定化等離子體噴鍍法，與氣體等離子體噴鍍法的情況相比，可以噴鍍更大直徑的粒子，因此可以增大陶瓷粒子之間的間隙，液狀樹脂容易滲透。另外，上述的方法中，由于在與樹脂含浸工序分開的工序中，包含將輥整體加熱而使液狀樹脂固化的工序，因此可以選擇固化速度慢且固化溫度高的樹脂。由此，就可以防止在樹脂含浸工序的中途液狀樹脂的固化加劇，從而可以使樹脂從噴鍍被膜的表面充分地滲透到基底層。在樹脂含浸工序中，最好使得熱固化性液狀樹脂在陶瓷粒子的間隙內(nèi)從陶瓷粒子層的表面滲透到基底層的表面。這樣，就可以明顯地提高陶瓷噴鍍被膜的封孔效果，從而使陶瓷-樹脂復合輥的耐藥品性、耐腐蝕性提高。另外，由于從陶瓷噴鍍被膜的表面到基底層，形成樹脂的連續(xù)的層以填補陶瓷粒子之間的間隙，因此樹脂會作為噴鍍被膜的加強材料發(fā)揮作用，從而還會提高陶瓷-樹脂復合輥的耐沖擊性、耐磨損性。固化工序最好是將樹脂含浸工序后的輥整體放入加熱爐中，在加熱爐內(nèi)進行。這樣就可以使含浸的樹脂均一并且可靠地固化，通過陶瓷與樹脂的復合來提高輥的強度。圖l是依照本發(fā)明的陶瓷-樹脂復合輥的一個實施方式的關鍵部分剖面圖。圖2是示意性地表示依照本發(fā)明的陶瓷-樹脂復合輥的一個實施方式的關鍵部分的放大剖面圖。圖3是依次表示依照本發(fā)明的陶瓷-樹脂復合輥的制造方法的工序的圖。圖4是示意性地表示以往的陶瓷輥的放大剖面圖。具體實施例方式下面，對本發(fā)明的實施方式進行說明。圖l是本發(fā)明的一個實施方式所涉及的陶瓷-樹脂復合輥的關鍵部分剖面圖。圖2是詳細地表示圖l所示的輥的關鍵部分的放大剖面圖。陶瓷-樹脂復合輥l由金屬制的輥芯2、形成于其外周面的基底層3以及進一步形成于其外周面的陶瓷噴鍍被膜4構成。該輥l可以作為造紙用輥理想地使用。如果關注輥l整體的尺寸，則直徑為0，42m，面長(不包括向兩側部突出的軸的長度的輥表面的長度)為210m左右。輥芯2的材質(zhì)例如為鐵、不銹鋼、銅、黃銅等?；讓?由鎳-鉻合金、鎳-鉻-鋁合金等形成，是為了實現(xiàn)輥芯2與噴鍍被膜4的接合一體化及防止輥芯2的腐蝕而設置的?；讓?的厚度約為100~800fim。陶瓷噴鍍被膜4包括鄰接的陶瓷粒子5熔融結合而成的陶瓷粒子層以及在陶瓷粒子5之間的間隙內(nèi)從陶瓷粒子層的表面填充到基底層3的表面的樹脂6的層。即，陶瓷噴鍍被膜4由熔融結合而成的陶乾與樹脂的復合材料形成，包括經(jīng)僅噴鍍陶瓷材料而形成的陶瓷粒子5之間的熔融結合以及填充于陶瓷粒子5之間的間隙中的樹脂6。陶瓷粒子5之間經(jīng)連續(xù)的熔融結合而從噴鍍被膜4的表面相連至基底層2。另一方面，樹脂6也形成了從陶瓷噴鍍被膜4的表面直至基底層3的連續(xù)的層以填補陶瓷粒子5之間的間隙。作為陶瓷材料，可以舉出灰氧化鋁(97%A1203-3%Ti02)、白氧化鋁(A1203)、氧化鈦(Ti02)、氧化鋁一氧化鈦(A1203-Ti02)、氧化鉻(002)、氧化鋯(ZrOj、氧化鋯-釔(Zr02-Y)等。它們可以單獨或混合使用。作為樹脂6，如前所述，優(yōu)選使用熱固化性樹脂，特別優(yōu)選使用環(huán)氧樹脂。下面，對依照本發(fā)明的陶瓷-樹脂復合輥的制造方法的一個實施方式進行說明。如圖3所示，陶瓷-樹脂復合輥的制造方法包括基底層形成工序(A)、陶瓷噴鍍工序(B)、樹脂含浸工序(C)、樹脂固化工序(D)。首先，通過基底層形成工序，在輥芯2的外周面形成基底層3?；讓?的形成可以利用電弧噴鍍、火焰噴鍍、等離子體噴鍍等來進行。然后，通過陶瓷噴鍍工序，在基底層3的外周面形成陶資粒子5的層。為了獲得大的被膜強度，最好不混合陶瓷材料以外的材料，僅噴鍍陶瓷材料。噴鍍材料的粒徑為10~200nm左右。噴鍍可以用7jC穩(wěn)定化等離子體噴鍍法、氣體等離子體噴鍍法等公知的方法來進行，然而為了獲得陶瓷粒子之間的強結合力，優(yōu)選用水穩(wěn)定化等離子體噴鍍法來進行。另外，從在后面的樹脂含浸工序中容易填充樹脂的觀點考慮，優(yōu)選使用粒徑比較大的噴鍍材料，以使得陶瓷粒子層的氣孔率變大。利用噴鍍得到的層的厚度設為0.53mm左右。另外，填充樹脂前的陶瓷粒子層的氣孔率優(yōu)選為5~15%左右。然后，通過樹脂含浸工序，使熱固化性的液狀樹脂6含浸于陶乾粒子層中所含的陶瓷粒子5之間的間隙內(nèi)。作為液狀樹脂的含浸方法，可以使用涂覆機、刷涂、噴霧等機構，這樣就可以使液狀樹脂從噴鍍被膜的表面滲入。此時，為了從陶瓷粒子層的表面直至基底層3的表面遍及整個厚度地使液狀樹脂6滲透到陶瓷粒子5之間的間隙中，優(yōu)選選擇在常溫到預熱溫度的范圍中保持100cps~200cps的低粘度的樹脂。如果選擇在常溫到預熱溫度的范圍中固化加劇的樹脂，則由于對噴鍍被膜的含浸變得不充分，因此不夠理想。然后，在樹脂固化工序中，通過對樹脂含浸后的輥整體進行加熱，而使噴鍍被膜中含浸的液狀樹脂6固化。固化工序最好是將輥整體放入加熱爐7中，在加熱爐7內(nèi)進行。加熱條件優(yōu)選i殳為在80120'C的溫度下進行1~10小時。最后，將輥的表面切削成規(guī)定的尺寸，繼而研磨為規(guī)定的表面粗糙度，從而完成陶瓷-樹脂復合輥。[實施例1首先，將長5100mm、面長3400mm、直徑550mm的鑄鐵制輥芯的表面清洗、脫脂，繼而利用噴砂進行打毛。然后，使用電弧噴鍍裝置向該輥芯的表面噴鍍鎳-鉻合金，形成了厚0.5mm的基底層。然后，在使具有基底層的輥芯旋轉(zhuǎn)的同時，使用水穩(wěn)定化等離子體噴鍍裝置，噴鍍平均粒徑為35pm的氧化鋁-氧化鈦(A1203-13%Ti02)粉末，形成了厚1.2mm、氣孔率8%的陶瓷噴鍍被膜。然后，將陶瓷噴鍍后的輥預熱到70"，從該輥的表面涂布已預熱到70'C的液狀環(huán)氧樹脂原料，從而使其含浸。所用的環(huán)氧樹脂原料是作為主劑的ARALDITE(VANTICO公司制)100質(zhì)量份與作為固化劑的HY932(VANTICO公司制)32質(zhì)量份的混合液。該環(huán)氧樹脂原料液的粘度為100~200cps。然后，將含浸了環(huán)氧樹脂原料液的陶瓷噴鍍輥放入加熱爐內(nèi)，在110。C的溫度下加熱4小時，使環(huán)氧樹脂固化，形成了陶瓷與環(huán)氧樹脂的復合層。然后，切削表面，使得陶瓷-樹脂復合層的厚度達到l.Omm,最后研磨表面，使得JIS-B0601中定義的算術平均粗糙度(Ra)達到l.Onm，得到了輥外徑為553mm的陶瓷-樹脂復合輥。[比較例1直到陶瓷噴鍍工序都與實施例l相同地進行。將陶瓷噴鍍后的輥預熱到70。C，從該輥的表面涂布已預熱到70。C的液狀環(huán)氧樹脂，從而使其含浸。但是，使所用的環(huán)氧樹脂原料為作為主劑的PELNOX106(日本PELNOX公司制)100質(zhì)量份、作為固化劑的PELCUREHV19(日本PELNOX公司制)80質(zhì)量份及作為反應促進劑的DY-070(VANTICO公司制)4質(zhì)量份的混合液。該環(huán)氧樹脂原料液的粘度為100~200cps。不是將含浸了環(huán)氧樹脂原料液的陶瓷噴鍍輥放入加熱爐，而是利用余熱放置4小時使環(huán)氧樹脂固化，形成了陶瓷與環(huán)氧樹脂的復合層。對于其他的事項，與實施例l相同。[比較例2直到陶瓷噴鍍工序都與實施例l相同地進行。但是，未進行樹脂含浸工序及固化工序。表面的切削及研磨與實施例l相同地進行，得到了表面僅由陶乾層構成的陶乾輥。[評價對實施例1、比較例1及比較例2的各輥，利用以下的方法進行比較試驗，進行了耐沖擊性、耐磨損性、耐藥品性及耐腐蝕性的評價。將各試驗的結果表示于表l中。樹脂含浸深度向輥表面滴落水滴。未進行樹脂含浸的比較例2的輥的情況是，水滴從輥表面滲入。另一方面，實施例l及比較例1的輥的情況是，水滴未滲入表面，顯示了由于樹脂含浸而得到的封孔效果。另外，以實施例l及比較例1的輥作為對象，在將輥表面慢慢地切削的同時，同樣地反復進行水滴落下試驗。比較例1的輥在切削到距表面0.3mm左右的階段有水滴滲入，說明樹脂僅含浸在輥表面。另一方面，實施例l的輥即使切削到基底層水滴也未滲入，說明樹脂充分地滲透到基底層。耐沖擊性使用EQUOTIP2-E型沖擊裝置(Proceq公司制)，測定了EQUOTIP硬度(ASTM標準A956-96)。耐磨損性向輥表面噴涂等離子體材料，測定了直到陶瓷層消失為止所需的時間。耐藥品性.耐腐蝕性作為耐堿性試驗，在輥表面上持續(xù)積存了氫氧化鈉溶液(pH=12)4天后，測定了EQUOTIP硬度。另外，作為耐酸性試驗，在輥表面持續(xù)積存了硫酸鋁溶液(pH=5)5天后，測定了EQUOTIP硬度。根據(jù)以上的結果可知，實施例1的輥與比較例1及比較例2的輥相比，在耐沖擊性、耐磨損性、耐藥品性及耐腐蝕性的任何方面都更為優(yōu)良。<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>本發(fā)明的陶瓷-樹脂復合輥在耐沖擊性、耐磨損性、耐藥品性及耐腐蝕性方面優(yōu)良，可以作為各種工業(yè)用途，特別是作為造紙用輥能夠理想地使用。權利要求1.一種陶瓷-樹脂復合輥，具備金屬制輥芯、形成于所述金屬制輥芯的外周面的基底層和形成于所述基底層的外周面的陶瓷噴鍍被膜，所述陶瓷噴鍍被膜包括鄰接的陶瓷粒子熔融結合而成的陶瓷粒子層、以及在陶瓷粒子之間的間隙內(nèi)從所述陶瓷粒子層的表面填充到所述基底層的表面的樹脂層。2.根據(jù)權利要求1所述的陶瓷-樹脂復合輥，其中，形成所述樹脂層的樹脂為熱固化性樹脂。3.根據(jù)權利要求1所述的陶瓷-樹脂復合輥，其中，形成所述樹脂層的樹脂為環(huán)氧樹脂。4.一種陶瓷-樹脂復合輥的制造方法，具備下述工序在金屬制輥芯的外周面形成基底層的基底層形成工序；在所述基底層的外周面噴鍍陶瓷粒子而形成鄰接的陶瓷粒子熔融結合而成的陶乾粒子層的陶資噴鍍工序；使熱固化性液狀樹脂含浸于所述陶瓷粒子層的陶瓷粒子之間的間隙內(nèi)的樹脂含浸工序；以及對所述樹脂含浸工序后的輥整體進行加熱而使所述液狀樹脂固化的樹脂固化工序。5.根據(jù)權利要求4所述的陶瓷-樹脂復合輥的制造方法，其中，利用水穩(wěn)定化等離子體噴鍍法來進行所述陶瓷粒子的噴鍍。6.根據(jù)權利要求4所述的陶瓷-樹脂復合輥的制造方法，其中，使所述熱固化性液狀樹脂在陶覺粒子的間隙內(nèi)從所述陶瓷粒子層的表面滲透到所述基底層的表面。7.根據(jù)權利要求4所述的陶瓷-樹脂復合輥的制造方法，其中，在加熱爐內(nèi)進行所述樹脂固化工序。全文摘要本發(fā)明提供一種陶瓷-樹脂復合輥(1)，具備金屬制輥芯(2)、形成于金屬制輥芯(2)的外周面的基底層(3)、形成于基底層(3)外周面的陶瓷噴鍍被膜(4)。陶瓷噴鍍被膜(4)包括鄰接的陶瓷粒子(5)熔融結合而成的陶瓷粒子層、在陶瓷粒子(5)之間的間隙內(nèi)從陶瓷粒子層的表面到基底層(3)的表面填充了樹脂(6)的層。文檔編號F16C13/00GK101389809SQ20078000659公開日2009年3月18日申請日期2007年2月19日優(yōu)先權日2006年2月27日發(fā)明者島崎宏哉申請人:山內(nèi)株式會社