[發明專利]稀土摻雜的Al2O3/ZrO2復合材料及陶瓷缸套的制備方法

有效

• 申請號: 201310197657.7
• 申請日: 2013-05-24
• 公開（公告）號: CN103274673A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 白周喜;高如琴;全建軍;黃懷岐
• 申請（專利權）人: 河南省耕生高溫材料有限公司
• 主分類號: C04B35/10
• 分類號: C04B35/10;C04B35/48;C04B35/622
• 代理公司: 鄭州金成知識產權事務所(普通合伙) 41121
• 代理人: 郭增欣

技術領域

本發明屬于無機材料技術領域，具體涉及一種稀土摻雜的Al₂O₃/ZrO₂復合材料及陶瓷缸套的制備方法。

背景技術

在石油工業中，高壓泥漿泵是油田鉆井工作臺的“心臟”，負責將鉆機的血液——“泥漿”輸送到井下，完成物質和能量傳遞，而缸套是泥漿泵的重要部件。目前油田所用泥漿泵中的缸套，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，增加設備成本消耗，帶來很大的經濟損失。

由于結構陶瓷在強度、硬度、耐磨、耐腐蝕等方面優良性能，陶瓷缸套應運而生。目前，市場上的陶瓷缸套主要是氧化鋁陶瓷缸套及氧化鋯陶瓷缸套，雖然它們較金屬缸套的使用壽命有提高，但其自身仍然存在著許多缺點和不足。就氧化鋁陶瓷缸套而言，氧化鋁陶瓷是一種綜合性能優良的陶瓷材料，如硬度高、強度大、耐高溫、耐磨、耐腐蝕、膨脹系數低等，可以在比較苛刻的情況下使用。但氧化鋁陶瓷的致命弱點是脆性大，抗沖擊載荷能力差，其產品加工難度大，陶瓷件與金屬裝配困難，且裝配合格率低；而氧化鋯陶瓷缸套，在濕熱環境下材料容易老化，嚴重影響其使用壽命，成本較高。

如何在保持氧化鋁陶瓷材料及氧化鋯陶瓷已有性能的前提下，提高陶瓷材料及其制品的力學性能，滿足物料長期對陶瓷缸套的沖擊、沖刷、腐蝕及磨損，提高其使用壽命，是目前陶瓷材料研究的重點之一。?

發明內容

本發明要解決的技術問題：提供一種耐磨、耐腐蝕、耐沖擊、使用壽命較長的稀土摻雜的Al₂O₃/ZrO₂復合材料；

還提供了利用上述復合材料制備陶瓷缸套的方法。

本發明的技術方案如下：

[微軟用戶1]?，由下述重量百分比的原料組成：α-Al₂O_3?30%～50%、ZrO_2?40%～60%、MgO?0.3%～1.2%、Y₂O_3?2%～6%、CeO_2?0.5%～2.5%、La₂O_3?0.5%～3.5%，上述原料總重為100%，外加上述原料總重0.03%～0.12?%的粘結劑、0.1%～0.6%的分散劑。

其中的原料粒度要求為：α-Al₂O₃?1.2～1.8um、Y₂O₃?0.8～1.5?um、CeO_2?0.5～1.5um、La₂O_3?0.5～1.5um、ZrO_2?0.8～1.6?um。

所述粘結劑為聚乙烯醇、聚乙二醇、羧甲基纖維素中的一種或多種；所述分散劑為偏硅酸鈉、聚丙烯酸銨、聚丙烯酸納、六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉中的一種。

利用上述材料制備陶瓷缸套的方法，包括以下步驟：

（1）根據配方稱量好各種原料，先將α-Al₂O₃、ZrO₂微粉投入攪拌磨，加水球磨，加入料、球和水的重量比為1:2.5:0.8，當料漿細度D₅₀達到3.0～3.5微米時，向球磨機中加入除粘結劑外的其余原料，繼續球磨；當料漿細度D₅₀達到1.5～2.0微米時，加入粘結劑，再球磨5～10min出磨，噴霧造粒，得到粒度為40～150目的造粒粉，造粒粉的含水率控制在1.2%（質量）以下；

（2）冷等靜壓成型??將造粒粉裝入冷等靜壓成型模套，壓制成陶瓷缸套毛坯；成型壓力為180～200MPa，在此壓力下保壓2-4?min；

（3）坯體車制?采用真空橡皮膨脹夾具車制毛坯，車床轉速200～360r/min；

（4）燒成?將車制后的毛坯采用座燒方法裝窯，燒成溫度為1590～1640℃，在此溫度下保溫4～4.5h燒成，出窯。

所述等靜壓成型時的壓力曲線為：壓力由表壓0?MPa逐漸升壓至180-200MPa，歷時7min，保壓2-5min；由180-200MPa逐漸減壓至100MPa，歷時1min，保壓2-4min；由100?MPa逐漸減壓至60MPa，歷時0.5min，保壓1-3min；由60MPa逐漸減壓至0MPa，歷時1-3min。