专利名称：磁力驱动泵陶瓷泵件的材料及其陶瓷泵件的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于磁力驱动泵用的陶瓷泵件的材料及泵件的制造工艺。
背景技术：
目前磁力驱动泵用的陶瓷泵件多采用碳化硅、氧化铝等陶瓷材料制成。碳化硅陶瓷采用无压烧结的方法制造。无压烧结碳化硅虽然耐腐蚀耐磨性能优良，但强度较低，特别是由于陶瓷材料特有的强度尺寸效应，使其用于大功率泵件时强度低，易出现断裂现象。此外由于无压烧结碳化硅的断裂韧性较差，容易在重载启动时，将轴拧碎。氧化锆增韧的氧化铝陶瓷虽然强度高、价格低，但材料的硬度低、耐磨性能和耐腐蚀性能差，不适于在耐酸碱泵中长期使用。
发明内容
本发明为解决碳化硅陶瓷泵件强度低、韧性差、易断裂，而氧化铝陶瓷泵件硬度低、耐磨、耐腐蚀性差，使用寿命低的问题。提供了一种强度、韧性及硬度均适合于制造泵件的磁力驱动泵陶瓷泵件的材料及其陶瓷泵件的制造方法。其目的是这样实现的采用复合碳化物陶瓷材料制造的泵件，它由碳化硅和碳化硼粉末和Al-Y系添加剂和任选一种的CeO2或La2O3组成，各成分质量百分比分别为碳化硅和碳化硼粉末70～80％，Al-Y系添加剂0.5～25％，CeO2或La2O3占0.5～2.5％。碳化硅与碳化硼的质量比为1∶20～20∶1，陶瓷泵件的制造方法首先，采用球磨或搅拌的方法将碳化硅和碳化硼粉末及添加剂混合，而后用冷压、冷等静压或注射成形的方法制成粉末坯，然后将粉末坯置于真空烧结炉中，先将真空炉抽成真空，再用氩气冲洗三次，升温烧结，升温的速度为5～10℃/min，升温到1750～2100℃后，保温240～480分钟，烧结在氩气中进行。本发明与现有技术相比具有如下优点1，耐磨性能提高，比已有技术提高10～50％，同时降低成本20～40％。2，韧性提高了30％左右，从而使耐热震性能、抗弯性能提高。3，由于可根据实际使用工况调节各种材料的配合比例，使泵件的综合性能更好地满足了工况的使用要求，提高了泵件使用的可靠性，陶瓷泵件的制造方法中，提高了烧结温度这一必要工艺条件，保证了泵件的各项质量指标的提高。
具体实施例方式
一本实施方式由碳化硅和碳化硼粉末和Al-Y系添加剂和任选一种的CeO2或La2O3组成。各成分质量百分比分别为碳化硅和碳化硼粉末70-80％，碳化硅与碳化硼的质量比为1∶20～20∶1，Al-Y系添加剂0.5～25％，CeO2或La2O3占0.5～2.5％。陶瓷泵件的制造方法首先，采用球磨或搅拌的方法将碳化硅和碳化硼粉末及添加剂混合，而后用冷压、冷等静压或注射成形的方法制成粉末坯，然后将粉末坯置于真空烧结炉中，先将真空炉抽成真空，再用氩气冲洗三次，升温烧结，升温的速度为5～10℃/min，升温到1750～2100℃后，保温240～480分钟，烧结在氩气中进行。
具体实施例方式
二本实施方式中碳化硼粉末含45～60％，碳化硅粉末含30～45％，Al-Y添加剂为2～8％，CeO2或La2O3为0.5～2％。碳化硅粉末中β相碳化硅粉末占其质量的95％以上，粉末平均粒径为0.5微米，纯度大于96％。碳化硼粉末的粒径为1.0～3.5微米，纯度大于96％。Al-Y添加剂分别为AlN或Al2O3和Y2O3粉末，它们的粒径为0.6～3.0微米，纯度为95～99.9％。将上述粉末置于球磨机的尼龙罐中混合，加入常规量的酒精作为混合助剂。球磨机的料球为碳化硼瓷球。上述粉末在球磨机中混合6～24小时后，在70～90℃的流动氮气中烘干，破碎，加入含量为1～10％的聚乙烯醇水溶液作为粘合剂，再混合2～8小时后干燥，破碎，过60～80目筛，进行冷等静压成形，成形压力为250～300MPa，而后将上述压坯置于真空烧结炉中，先抽成真空，用氩气冲洗三次后进行烧结，烧结在流动的氩气中进行，氩气流量为15升/分钟。升温速率为0.5～5℃/分钟，在1870℃时保温240～480分钟。得到烧结体的主要性能指标为密度2.89g/cm3；硬度HV2920；四点抗弯强度650MPa；断裂韧性KIC6.2MPam1/2。泵件的耐磨性能比无压烧结碳化硅制品提高42％，从而使泵件的使用寿命提高70％，成本降低20％。
具体实施例方式
三实施方式中碳化硼粉末含20～45％，碳化硅粉末含50～75％，Al-Y添加剂为2～8％，CeO2或La2O3为0.5～2％。碳化硅粉末中α相碳化硅粉末占95％以上，粉末平均粒径为0.5微米，纯度大于96％。碳化硼粉末的粒径为1.0～3.5微米，纯度大于96％。Al-Y添加剂分别为AlN或Al2O3和Y2O3粉末，它们的粒径为0.6～3.0微米，纯度为98～99.9％。将上述粉末置于球磨机的尼龙罐中混合，加入常规量的酒精作为混合助剂。球磨机的料球为碳化硼瓷球。上述粉末在球磨机中混合6～24小时后，在70～90℃的流动氩气中烘干，破碎，加入含量为1～10％的聚乙烯醇水溶液作为粘合剂，再混合2～8小时后干燥，破碎，过60～80目筛。在钢模中冷压成形，成形压力为200～250MPa。而后将上述压坯置于真空烧结炉中。先抽成真空，用氩气冲洗三次后进行烧结。烧结在流动的氩气中进行，氩气流量为15升/分钟。升温速率为5℃/分钟。在1870℃时保温240～480分钟。得到烧结体的主要性能指标为密度3.01g/cm3；硬度HV2540；四点抗弯强度620MPa；断裂韧性KIC7.2MPam1/2。泵件的耐磨性能比无压烧结碳化硅制品提高33％，从而使泵件的使用寿命提高55％，成本降低17％。
权利要求
1.磁力驱动泵陶瓷泵件的材料，其特征在于它由碳化硅和碳化硼粉末和Al-Y系添加剂和任选一种的CeO2或La2O3组成，各成分质量百分比分别为碳化硅和碳化硼粉末70～80％，Al-Y系添加剂0.5～25％，CeO2或La2O3占0.5～2.5％。
2.根据权利要求1所述的磁力驱动泵陶瓷泵件的材料，其特征在于碳化硅与碳化硼的质量比为1∶20～20∶1。
3.根据权利要求1所述的磁力驱动泵陶瓷泵件的材料，其特征在于碳化硅粉末中β相碳化硅粉末占其质量的95％以上，粉末平均粒径为0.5微米，纯度大于96％。
4.根据权利要求1所述的磁力驱动泵陶瓷泵件的材料，其特征在于碳化硼粉末的粒径为1.0～3.5微米，纯度大于96％。
5.根据权利要求1所述的磁力驱动泵陶瓷泵件的材料，其特征在于Al-Y添加剂分别为AlN或Al2O3和Y2O3粉末，它们的粒径为0.6～3.0微米，纯度为95～99.9％。
6.陶瓷泵件的制造方法，其特征在于首先，采用球磨或搅拌的方法将碳化硅和碳化硼粉末及添加剂混合，而后用冷压、冷等静压或注射成形方法制成粉末坯，然后将粉末坯置于真空烧结炉中，先将真空炉抽成真空，再用氩气冲洗三次，升温烧结，升温的速度为5～10℃/min，升温到1750～2100℃后，保温240～480分钟，烧结在氩气中进行。
7.根据权利要求6所述的陶瓷泵件的制造方法，其特征在于将所述粉末置于球磨机的尼龙罐中混合，加入常规量的酒精作为混合助剂，球磨机的料球为碳化硼瓷球，上述粉末在球磨机中混合6～24小时后，在70～90℃的流动氩气中烘干破碎，加入含量为1～10％的聚乙烯醇水溶液作为粘合剂，再混合2～8小时后干燥破碎，过60～80目筛，在钢模中冷压成形，成形压力为200～250MPa。
8.根据权利要求6所述的陶瓷泵件的制造方法，其特征在于烧结中，氩气流量为15升/分钟。
9.根据权利要求6所述的陶瓷泵件的制造方法，其特征在于升温速率为5℃/分钟。
10.根据权利要求6所述的陶瓷泵件的制造方法，其特征在于在1870℃时保温240～480分钟。
全文摘要
磁力驱动泵陶瓷泵件的材料及其陶瓷泵件的制造方法，它涉及一种用于磁力驱动泵用的陶瓷泵件的材料及泵件的制造工艺。本发明各成分质量百分比分别为碳化硅和碳化硼粉末70～80％，Al－Y系添加剂0.5～25％，CeO
文档编号C04B35/56GK1552666SQ20031010776
公开日2004年12月8日 申请日期2003年12月19日 优先权日2003年12月19日
发明者李文新, 李文辉 申请人:李文新, 李文辉