[發(fā)明專利]一種氧化鋯陶瓷缸套材料及其制備方法

無效

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• 申請日: 2009-04-07
• 公開（公告）號: CN101514104A
• 公開（公告）日: 2009-08-26
• 發(fā)明（設計）人: 陳仲叢;陳潮鈿;許小軍;王國營;黃超華;張中平;張世平
• 申請（專利權）人: 廣東東方鋯業(yè)科技股份有限公司
• 主分類號: C04B35/48
• 分類號: C04B35/48;C04B35/622;F04B15/02
• 代理公司: 汕頭市潮睿專利事務有限公司
• 代理人: 俞詩永

技術領域

本發(fā)明涉及陶瓷材料，具體地說，涉及一種氧化鋯陶瓷缸套材料及其制備方法。

背景技術

在目前石油鉆井中，泥漿泵是鉆井工作臺的“心臟”，泥漿泵中的缸套是耗量很大的易損部件。目前油田所用的泥漿泵中的缸套，基本上都是由低碳鋼外套和高鉻鑄鐵內襯組合而成的復合型金屬缸套，由于工況惡劣，金屬缸套使用壽命短，不得不頻繁更換，從而嚴重影響生產效率，并且增加設備成本消耗，帶來很大的經濟損失。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種氧化鋯陶瓷缸套材料以及這種氧化鋯陶瓷缸套材料的制備方法，這種氧化鋯陶瓷缸套材料具有非常高的耐磨損、耐腐蝕、耐高溫的特性，采用這種材料制作的泥漿泵缸套的內襯具有使用壽命長、性價比高的優(yōu)點。采用的技術方案如下：

一方面，本發(fā)明提供一種氧化鋯陶瓷缸套材料，這種氧化鋯陶瓷缸套材料的組成為：氧化鋯65～75wt％，氧化鈰3～6wt％，氧化釔1～3wt％，氧化鋁20～30wt％，二氧化鈦0.5～2wt％。

上述氧化鋯陶瓷缸套材料中，氧化鋯(ZrO2)是這種材料的基體；氧化釔(Y2O3)可以穩(wěn)定氧化鋯的四方晶相；氧化鈰(CeO2)除了能夠穩(wěn)定氧化鋯的四方晶相外，還能防止材料在高溫、高濕度條件下的強度退化；氧化鋁(Al2O3)能提高材料的強度、硬度和耐磨性等力學性能；二氧化鈦(TiO2)能降低材料的燒結溫度，縮短燒結時間，二氧化鈦固融于氧化鋁還可以使得材料具有很好的抗熱震性。

另一方面，本發(fā)明還提供上述氧化鋯陶瓷缸套材料的一種制備方法，依次包括下述步驟：

(1)將氧化鋯、氧化鈰、氧化釔、氧化鋁和二氧化鈦加入到攪拌磨的球磨桶中，形成混合物料，并向混合物料中加入粘結劑，然后進行球磨，得到漿料；上述混合物料中，各種原料的配比為：氧化鋯65～75wt％，氧化鈰3～6wt％，氧化釔1～3wt％，氧化鋁20～30wt％，二氧化鈦0.5～2wt％；加入的粘結劑的重量是混合物料總重的0.5-1.5％；

優(yōu)選上述粘結劑為纖維素醚類有機物。粘結劑在干壓成型階段起到粘合作用，提高所壓制的生坯的強度，降低生坯破損率。

優(yōu)選球磨采用濕式攪拌磨的方式，磨介采用氧化鋯球，氧化鋯球、水、混合物料的重量比例為(5～8)∶(1～1.5)∶1；

球磨是一個將混合物料細化和均勻化的過程，經過球磨，球磨桶內的各種原料被磨細并混合均勻，為造粒工序準備漿料。

優(yōu)選在球磨之前，向上述混合物料中加入分散劑，加入的分散劑的重量是混合物料總重的0.5-1.5％。優(yōu)選上述分散劑是聚羧酸系有機物，如聚丙烯酸鹽類有機物、聚丙烯酸酯類有機物、聚馬來酸類有機物、聚馬來酸酐類有機物、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸鹽、聚甲基丙烯酸酯或馬來酸共聚物。分散劑在球磨階段能降低漿料的粘度，提高漿料的均勻性，提高研磨效率；并且在造粒階段有助于提高粉料的流動性。

(2)造粒：將步驟(1)得到的漿料進行噴霧干燥，去除漿料中的水分，得到造粒粉；

造粒可在噴霧干燥塔中進行，優(yōu)選噴霧干燥塔中離心噴霧盤的轉速為6500～8000rpm，進風溫度為200～300℃，出風溫度為100～150℃；

得到的造粒粉具備良好流動性。

(3)將步驟(2)得到的造粒粉置于模具中進行預成型壓制，然后進行冷等靜壓處理，得到生坯；優(yōu)選預成型壓制的工作壓力是200～400kg/cm²；冷等靜壓處理是目前常用的干壓成型技術，優(yōu)選冷等靜壓處理的工作壓力是1300～1800kg/cm²；

對于尺寸較大的產品，也可直接將步驟(2)得到的造粒粉置于軟膠套中，進行冷等靜壓處理，得到生坯；

(4)對步驟(3)得到的生坯進行預燒，排除生坯中的粘結劑；

優(yōu)選預燒溫度為600～900℃；保溫時間根據生坯的形狀和厚度而定，一般為8～12小時；

如果步驟(1)中，在球磨之前向混合物料中加入分散劑，則本步驟通過預燒，還排除生坯中的分散劑。

通過預燒，有利于下一步材料的致密化成瓷；

(5)對步驟(4)得到的生坯進行燒結，使生坯致密化成瓷，得到氧化鋯陶瓷缸套材料。

優(yōu)選燒結溫度為1550～1600℃；保溫時間根據生坯的形狀和厚度而定，一般為5～10小時。