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金属陶瓷生产工艺流程

作者:admin 发布日期: 2019-12-02 二维码分享

金属陶瓷制品生产工艺与特种耐火材料制品和粉末冶金制品的生产工艺基本一致,.重要的是陶瓷粉料和金属粉料的制备。氧化物陶瓷微粉要使用先进的微粉加工设备和先进的加工工艺,微粉粒度要小于1μm(如搅拌磨、振动磨或同介质球磨等)。而金属粉末只能在同类的金属陶瓷或金属的研磨设备中进行微粉的加工,而且还要加入有机液体做研磨介质(酒精、丙酮等),进行湿磨,混料时要使微粉料分布均匀,混合后要在低温和真空干燥箱中干燥,以防止金属的氧化。

成型与烧成:制品用压制法、注浆法、挤压法或等静压法成型,然后在保护气氛(氢气或中性气氛)的高温炉中进行烧成。简单形状的制品亦可采用热压法成型。

金属陶瓷制品的烧成温度范围,一般是在高于金属熔点,低于陶瓷的烧结温度之间,其烧结机理存在以下两种情况:

(1)固相与液相之间不发生反应的烧结,一般是以氧化物-金属为基的金属陶瓷的烧结。

(2)固相与液相之间发生某种程度反应的烧结,一般是以碳化物-金属为基的金属陶瓷的烧结。

金属陶瓷制品的生产工艺流程如图14-14所示。


金属陶瓷制品的性能及应用

1)以氧化物为基的金属陶瓷的品种及应用

以氧化物为基的金属陶瓷具有性能高,使用效果好,应用范围广的特点,应用的品种有:

(1)Al2O3-Cr, Al2O3-W-Cr金属陶瓷可以制成导弹喷管,喷嘴垫片,以及火焰稳定器等。

(2)Al2O3-CrAl2O3-MoMgO-MoZrB2-Mo,以及ZrO2-Mo金属陶瓷可以制成冶金生产中调整金属液流的控制棒,浇注沟槽,各种金属熔液的测温热电偶保护套管。

(3)ZrO2-TiZrO2-Zr金属陶瓷可以制成冶炼某些金属用坩埚。

(4)Al2O3-MgO-Fe,Al2O3-Mo(FeCoNiCr)金属陶瓷可以制成各种切削刀具。

(5)Al2O3-Fe,Al2o3-TiO2-Cr-Mo金属陶瓷可以制成高温机械密封环。

2)以氧化铝与金属Cr为基的金属陶瓷的性能

其性能见表14-102.


以氧化铝与金属WMo等为基的金属陶瓷的性能

其性能见表14-103.


以氧化铝与金属Mo制金属陶瓷测温套管的理化性能

其性能见表14-104.


3)Al2O3与金属Fe为基的金属陶瓷密封环

α-Al2O3为原料,在铁球磨机中加入钢球和酒精同时加入MgF2和油酸研磨90~100h,使金属Fe增加到15%~20%,物料细度小于3μm要大于96%。研磨后的料用蒸发冷凝器回收酒精,料团块破粉碎小于100目,在钢模中机压成型,成型压力100MPa,坯体密度可达2.7g/cm3,显气孔率21.32%。在氢气铝丝炉中经1700保温1.5h烧成。氧化铝-金属铁的金属陶瓷密封环的理化性能见表14-105,如图14-15所示。


4)MgO-MgO·Cr2O3-Mo金属陶瓷测温套管

(1)原料:

电熔高纯氧化镁粉:MgO99%,粒度﹤200目;

工业金属钼粉:Mo99%,粒度﹤200目;

合成尖晶石粉:用高纯氧化镁粉(﹥99.5%),高纯氧化铬粉(﹥99%),按克分子比1:1混合制坯后在1400~1700℃,1h合成。

(2)配料:

配料比:MgO:Mo:MgO·Cr2O3=34.7:65.3:3.47(外加)

在橡皮衬球磨机中,用WC研磨球,用无水酒精做研磨介质,研磨后混合料的粒度小于5μm,在真空干燥箱中低于80℃排除酒精。

(3)成型与烧成

分两次加压成型,..次在等静压机中以150MPa压制成型成坯体,然后破粉碎至小于1nm,第二次将颗粒料装橡胶定形模中以200MPa压力成型。

素坯在氢气钼丝炉中烧成,烧成温度1850℃,3h

(4)制品性能:

制品的显气孔率为0.5%~1.0%,体积密度为5.8~6.28g/cm3线收缩率为15%~16%MgO含量大于30%,金属钼含量大于65%

几种金属陶瓷测温套管的使用情况比较见表14-106.


5)以氧化锆和金属钴为基的金属陶瓷

这种金属陶瓷是在温度1550℃,压力15~20MPa,进行热压条件下制成的,其制品的性能见表14-107.


6)用渗透法制金属陶瓷

这种工艺方法是在多孔的氧化铝母体中渗入熔融金属液体,其前提是金属液体对氧化铝母体要有良好的湿润性。有两种生产加工方法:..种是在氧化铝母体上涂上金属涂层,加热后金属可以渗透到母体内部气孔中,第二种是让熔融金属直接渗透进去,在母体内面形成还原层。这样制成的金属陶瓷性能良好。试验所用的熔融金属有:铜和铜的合金、铝和铝的合金、镍、铁-钛合金、锆的合金等。

7)以碳化物为基的金属陶瓷

A    TiC-Ni-Mo金属陶瓷

TiC的合成:将TiO2与炭黑(C)混合均匀,炭粉的加入量应大于计算量。成型后在真空条件下,在1800~2000℃温度下进行碳化处理可制成优质TiC,其反应式如下:

TiO2+3CTiC+2CO

TiC粉中,化合碳含量应在18.0%~20.03%,游离碳在0.1%~0.8%,具有金属光泽,呈浅灰色。

为提高TiC金属陶瓷的抗氧化性,可在配料中加入TiC-Cr3C2TiC-TaC-NbC的固溶体,以抗氧化性好的金属Ni作为结合剂。增加金属含量可以提高金属陶瓷的韧性。

TiC金属陶瓷的物理性能见表14-108.


B    Cr3C2-Ni-Cr金属陶瓷

Cr3C2的合成:将Cr2O3和炭黑(C)在惰性气体或还原性气体保护下合成。其反应式如下:

3Cr2O3+11C2Cr3C2+9CO

合成的Cr3C2Ni-Cr合金粉,以3:1的质量比,外加40%酒精在不锈钢球磨机中加入WC球进行细磨,料球比为41,研磨48h干燥后通过35目筛。在这种混合粉中加入9%的聚乙烯醇作为结合剂,用锟压机制成0.5mm厚度的薄片,自然干燥后破碎成小颗粒,装入石墨舟中在碳管炉内通氩气保护在1280℃烧成。冷却后在振动磨中制成细粉,在使用时用等离子喷涂法喷在飞机发动机的表面或石油化工机械的器件上。

这种金属陶瓷材料可作为耐高温、耐磨削、抗氧化、耐腐蚀的涂层材料。

金属陶瓷的种类和用途见表14-109


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