[發(fā)明專利]用于制造硬密封球閥閥球的氮化硅基固溶相復合陶瓷材料及利用該材料制作閥球的方法

無效

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• 申請日: 2011-07-27
• 公開（公告）號: CN102358702A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發(fā)明（設計）人: 董海明;尚紅霞
• 申請（專利權(quán)）人: 董海明;劉彤;莊軍;尚紅霞
• 主分類號: C04B35/584
• 分類號: C04B35/584;C04B35/622
• 代理公司: 大連非凡專利事務所 21220
• 代理人: 曲寶威

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于制造硬密封球閥閥球的氮化硅基固溶相復合陶瓷材料及利用該材料制作閥球的方法。

背景技術(shù)

在化工領(lǐng)域的管線中經(jīng)常安裝有球閥，利用球閥對液體、氣體或粉體進行輸送。

現(xiàn)有的球閥中的閥球的材料為灰鑄鐵、球墨鑄鐵、碳鋼、合金鋼（鉻鉬鋼）、不銹鋼、特殊合金等。由于管線運行的實際工況環(huán)境惡劣，輸送的液體、氣體或粉體大多含有硫化物等高腐蝕性成分、雜質(zhì)及異物，因此一段時間后閥球會被腐蝕和磨損，導致球閥密封性和安全性迅速下降，必須進行更換，影響生產(chǎn)的連續(xù)性，磨損剝落物過多且成分復雜，嚴重影響化工原料純度及產(chǎn)品質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種耐腐蝕、耐磨損、耐高溫、使用壽命長、密封效果好、對輸送介質(zhì)的質(zhì)量不產(chǎn)生任何影響的用于制造硬密封球閥閥球的氮化硅基固溶相復合陶瓷材料及利用該材料制作閥球的方法，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

本發(fā)明的用于制造硬密封球閥閥球的氮化硅基固溶相復合陶瓷材料，由如下組份構(gòu)成：氮化硅粉料和燒結(jié)助劑，質(zhì)量配比為氮化硅粉料：燒結(jié)助劑＝3～19：1。

所述的氮化硅粉料主要為α-相氮化硅，氮化硅粉料中β-相氮化硅含量小于3%，氮化硅粉料的粒度為0.1μm～0.5?μm；

所述的燒結(jié)助劑為稀土氧化物或金屬氧化物。

所述的稀土氧化物為氧化銥、氧化鑭、氧化鐿、氧化釤、氧化鈰、氧化鉻、氧化鈦中的一種或任意幾種的等比例混合物；所述的金屬氧化物為氧化鋁或氧化鎂或氧化鋁和氧化鎂的混合物，其中氧化鋁和氧化鎂的混合物中的質(zhì)量配比為氧化鋁：氧化鎂＝1～5：1。

本發(fā)明的利用用于制造硬密封球閥閥球的氮化硅基固溶相復合陶瓷材料制作閥球的方法，步驟如下：

將氮化硅粉料和燒結(jié)助劑按上述比例置于攪拌混合設備中，并加入液體研磨介質(zhì)進行充分混合，利用球磨設備研磨4小時～60小時，磨料為氮化硅磨介球，得到混合均質(zhì)的漿料；所述的液體研磨介質(zhì)為無水乙醇、去離子水、異丙醇中的一種，用量為氮化硅粉料、燒結(jié)助劑和液體研磨介質(zhì)總質(zhì)量的20%～50%；

將漿料通過干燥霧化造粒設備進行干燥霧化處理，溫度范圍為60℃～140?℃，干燥霧化時間為2小時～10小時，形成粒度為20μm～320?μm、含水率<0.1?%?的干燥造粒原料粉體；將上述干燥造粒原料粉體通過冷等靜壓或干壓設備進行坯體成型加工，壓力為50?MPa～240?MPa，得到閥球坯體；

利用機械加工設備對閥球坯體按設計要求進行加工；

將加工后的閥球坯體進行干燥處理，置于干燥設備中10小時～24小時，干燥溫度為180℃～300?℃，使含水率小于0.1?%；

將上述干燥處理后的閥球坯體置于熱等靜壓燒結(jié)爐或氣氛壓力燒結(jié)爐，進行燒結(jié)，溫度為1800℃～1950?℃，燒結(jié)時間為8小時～36?小時，保持爐內(nèi)氮氣和/或氬氣保護氣氛，爐內(nèi)氣氛壓力為3?MPa～15?MPa?；

將燒結(jié)后的閥球坯體通過機械磨削設備進行磨加工處理，得到表面粗糙度為小于0.1μm的球閥閥球。

本發(fā)明的用于制造硬密封球閥閥球的氮化硅基固溶相復合陶瓷材料，具有高致密性、高強度、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、絕緣防火等優(yōu)點，替代傳統(tǒng)閥球所使用的金屬材料和合金材料，完全克服了現(xiàn)有閥球材料的缺陷，保證了球閥的長期、連續(xù)、大流量輸送介質(zhì)的安全性，同時也有效地解決了化工原料在輸送環(huán)節(jié)的純度保障問題。延長了球閥的使用壽命（6—12個月），延長了管線球閥的維護和生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)運營成本，產(chǎn)品性價比高。

具體實施方式

本發(fā)明的用于制造硬密封球閥閥球的氮化硅基固溶相復合陶瓷材料，由如下組份構(gòu)成：氮化硅粉料和燒結(jié)助劑，氮化硅粉料和燒結(jié)助劑的質(zhì)量配比為3：1或5：1或10：1或15：1或19：1，即在3～19：1之間均可。

其中對氮化硅粉料的要求是主要為α-相氮化硅，氮化硅粉料中β-相氮化硅含量為1%或2%或2.8%，即小于3%均可，氮化硅粉料的粒度為0.1μm或0.2μm或0.3μm或0.4μm或0.5μm，即在0.1μm～0.5?μm之間均可。

燒結(jié)助劑為稀土氧化物，包括氧化銥、氧化鑭、氧化鐿、氧化釤、氧化鈰、氧化鉻、氧化鈦，選其中的一種或任意幾種的等比例混合物