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CN115286366A - 一种高强度耐磨型陶瓷微球材料及柱塞的制备工艺 - Google Patents

一种高强度耐磨型陶瓷微球材料及柱塞的制备工艺 Download PDF

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CN115286366A
CN115286366A CN202211007554.5A CN202211007554A CN115286366A CN 115286366 A CN115286366 A CN 115286366A CN 202211007554 A CN202211007554 A CN 202211007554A CN 115286366 A CN115286366 A CN 115286366A
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plunger
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石双林
黄剑宇
李一纯
杨建锋
朱业铜
阎欣
吴冬梅
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Tongchuan Copper Porcelain Special Ceramics Manufacturing Co ltd
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Abstract

本发明涉及柱塞制备技术领域，具体地说，涉及一种高强度耐磨型陶瓷微球材料及柱塞的制备工艺。其至少包括以下重量份的原料：三氧化二铝41‑58份、玻璃粉2‑8份、长石5‑12份、黏土11‑18份、助烧结剂3‑5份和助磨剂1‑6份。本发明中通过添加助烧结剂能与烧结物形成固溶体，使晶格畸变而得到活化，通过添加助磨剂作为表面活性剂，提高对陶瓷微球的粉碎效率，其中氧化钙与柠檬酸钠反应生成柠檬酸钙，以便于陶瓷的吸收，调节生成陶瓷微球的膨胀系数以及提高成品的机械强度，另外通过高温低温结合的二次烧结技术，赋予材料细小的组织和优良的力学性能。

Description

一种高强度耐磨型陶瓷微球材料及柱塞的制备工艺
技术领域
本发明涉及柱塞制备技术领域，具体地说，涉及一种高强度耐磨型陶瓷微球材料及柱塞的制备工艺。
背景技术
矿用乳化液泵站是煤矿井下现代化高产高效综采工作面的关键设备之一，乳化液泵是一种常见的柱塞式往复泵，为液压支架提供乳化液，工作原理靠曲轴的旋转带动活塞做往复运动,实现吸液和排液，乳化液泵是高产高效综合机械化采煤配套设备中液压支架支护系统的动力源，在综采工作面中具有十分重要的地位。
柱塞是乳化液泵中最重要的部件，在乳化液泵工作时柱塞表面流过的高速水流，会带来严重的拉丝侵蚀，并且当水介质中含有杂质颗粒的话，还会导致磨粒磨损，柱塞在运动过程中在液内和液外分别承受40MPa和无应力的交变变化，微小的缺陷和裂纹都会引起疲劳裂纹的萌生和扩展，最后导致柱塞裂纹扩大而失效，为了减少柱塞失效对煤炭综采工作的影响，降低维护费用，提出一种高强度耐磨性陶瓷微球材料及柱塞的制备工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度耐磨型陶瓷微球材料及柱塞的制备工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，一方面，本发明目的在于，提供了一种高强度耐磨型陶瓷微球材料，至少包括以下重量份的原料：三氧化二铝41-58份、玻璃粉2-8份、长石5-12份、黏土11-18份、助烧结剂3-5份和助磨剂1-6份。
作为本技术方案的进一步改进，所述助烧结剂包括二氧化铬、氧化钙和氧化镁，所述助磨剂包括三乙醇胺和柠檬酸钠。
作为本技术方案的进一步改进，所述玻璃粉为低熔点玻璃，所述长石包括钠长石和钡冰长石。
另一方面，本发明还提供了一种如上述所述的高强度耐磨型陶瓷微球材料的柱塞的制备工艺，包括以下步骤：
S1、取三氧化二铝、玻璃粉、长石、黏土投入球磨机中加水进行搅拌混合后，通过球磨进行研磨形成粉碎料，将粉碎料通过喷雾造粒的方式形成基料；
S2、将基料投入高温空气炉内加热熔融形成浆料，并将浆料注入塑形模具内经冷却产生坯料；
S3、在常温下将坯料投入橡胶包套模具材料内，以液体为压力介质进行静压成型产生陶瓷微球颗粒；
S4、将陶瓷微球颗粒投入研磨机内，加入助磨剂、助烧结剂与陶瓷微球颗粒充分接触后，对陶瓷微球颗粒进行研磨粉碎，产生粒径为8-15μm的陶瓷微球粉末；
S5、将陶瓷微球粉末投放于柱状不锈钢模具内，并对其通过吊烧烧结塑形后，从模具内取出细长管状的毛坯；
S6、对毛坯进行打磨抛光，产生外形尺寸、表面光洁度、同心度垂直度均符合乳化泵需求的柱塞。
作为本技术方案的进一步改进，所述S1中，球磨机为高能行星球磨机，并且球磨机在研磨时的转速为100-220rpm/min。
作为本技术方案的进一步改进，所述S2中，将浆料投入到非孔模具内，通过凝胶注膜的方式使有机单体发生聚合反应而固化形成坯料。
作为本技术方案的进一步改进，所述S3中，在400-600MPA的压力条件下产生的陶瓷微球的颗粒尺寸为0.18-0.25mm。
作为本技术方案的进一步改进，所述S4中，陶瓷微球颗粒被研磨粉碎后，在1000-1500℃的温度条件下加热3-8h。
作为本技术方案的进一步改进，所述S5中，所述不锈钢模具开设有顶针孔，所述毛坯的烧结温度为260-440℃。
作为本技术方案的进一步改进，所述S6中，通过金刚石砂轮研磨去除毛坯表面的磨损痕迹后，将毛坯与套筒以不大的过盈选配成对，再进行研磨抛光。
本发明中通过添加助烧结剂如二氧化铬、氧化钙和氧化镁能与烧结物形成固溶体，使晶格畸变而得到活化，能够降低烧结温度，使扩散和烧结速度增大，并抑制烧结发生晶型转变时所产生的体积效应，能够生成体积更小的烧结物，通过添加助磨剂如三乙醇胺和柠檬酸钠作为表面活性剂，三乙醇胺的极性基在邻近的表面活性离子的电场下发生极化产生进一步的相互作用，进一步增强表面活性剂分子的吸附作用，而游离的钠离子能够减弱柠檬酸根离子间的电性排斥，使得吸附分子在陶瓷表面紧密吸附，从而提高对陶瓷微球的粉碎效率，其中氧化钙与柠檬酸钠反应生成柠檬酸钙，而柠檬酸钙溶解度高于碳酸钙，以便于陶瓷的吸收，调节生成陶瓷微球的膨胀系数以及提高成品的机械强度。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
该高强度耐磨型陶瓷微球材料及柱塞的制备工艺中，通过添加助烧结剂能与烧结物形成固溶体，使晶格畸变而得到活化，使扩散和烧结速度增大，通过添加助磨剂作为表面活性剂，提高对陶瓷微球的粉碎效率，其中氧化钙与柠檬酸钠反应生成柠檬酸钙，以便于陶瓷的吸收，调节生成陶瓷微球的膨胀系数以及提高成品的机械强度，另外通过高温低温结合的二次烧结技术，赋予材料细小的组织和优良的力学性能。
附图说明
图1为本发明的制备流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一方面，本实施例目的在于，提供了一种高强度耐磨型陶瓷微球材料，至少包括以下重量份的原料：三氧化二铝41-58份、玻璃粉2-8份、长石5-12份、黏土11-18份、助烧结剂3-5份和助磨剂1-6份。
在上述基础上，本发明实施例中，助烧结剂包括二氧化铬、氧化钙和氧化镁，助磨剂包括三乙醇胺和柠檬酸钠，二氧化铬能与烧结物形成固溶体，能够降低烧结温度，添加氧化钙和氧化镁能够抑制二氧化铬在烧结发生晶型转变时所产生的体积效应，三乙醇胺和柠檬酸钠作为表面活性剂，增加陶瓷表面极性，使得吸附分子在陶瓷表面吸附的更加紧密，从而提高对陶瓷微球的粉碎效率。
进一步的，玻璃粉为低熔点玻璃，长石包括钠长石和钡冰长石，低熔点玻璃具有良好的耐热性和化学稳定性,高的机械强度，并且采用低熔点玻璃能够降低生产时熔融温度，长石为铝硅酸盐矿物，能够补充铝硅成分。
本发明中通过添加助烧结剂如二氧化铬、氧化钙和氧化镁能与烧结物形成固溶体，使晶格畸变而得到活化，能够降低烧结温度，使扩散和烧结速度增大，并抑制烧结发生晶型转变时所产生的体积效应，能够生成体积更小的烧结物，通过添加助磨剂如三乙醇胺和柠檬酸钠作为表面活性剂，三乙醇胺的极性基在邻近的表面活性离子的电场下发生极化产生进一步的相互作用，进一步增强表面活性剂分子的吸附作用，而游离的钠离子能够减弱柠檬酸根离子间的电性排斥，使得吸附分子在陶瓷表面紧密吸附，从而提高对陶瓷微球的粉碎效率，其中氧化钙与柠檬酸钠反应生成柠檬酸钙，而柠檬酸钙溶解度高于碳酸钙，以便于陶瓷的吸收，调节生成陶瓷微球的膨胀系数以及提高成品的机械强度。
请参阅图1所示，本发明实施例还提供了一种高强度耐磨型陶瓷微球材料的柱塞的制备工艺，具体步骤如下：
1.取三氧化二铝41-58份、玻璃粉2-8份、长石5-12份、黏土11-18份投入高能行星球磨机中加水进行搅拌混合后，通过球磨以100-220rpm/min的转速进行研磨形成粉碎料，将粉碎料通过喷雾造粒的方式形成基料，高能行星球磨机的研磨球高速旋转运动与样品相互撞击，达到研细样品的目的，能够在较短的时间内向被球磨粉末输送较高的机械能量，使被磨的材料在较短时间内实现机械活化，甚至形成纳米晶或非晶材料，并减少材料的氧化和污染，其中，过低或过高的转速都会弱化或失去粉碎效用；
2.将基料投入高温空气炉内加热熔融形成浆料，并将浆料注入非孔塑形模具内通过凝胶注膜的方式使有机单体发生聚合反应而固化后，经冷却产生坯料，通过将浆料中的有机单体聚合，使得浆料原位凝固，从而获得高密度、高强度、均匀性好的坯料；
3.在常温下将坯料投入橡胶包套模具材料内，以液体为压力介质400-600MPA的压力条件下进行静压成型产生颗粒尺寸为0.18-0.25mm陶瓷微球颗粒，通过冷等静压成型的方式制备的陶瓷微球颗粒的密度高，并且颗粒的密度均匀一致，并且因为密度均匀，所以制作长径比可不受限制，有利于后续生产棒状、管状等细而长的产物；
4.将陶瓷微球颗粒投入研磨机内，加入助磨剂1-6份、助烧结剂3-5份与陶瓷微球颗粒充分接触后，在1000-1500℃的温度条件下加热3-8h后对陶瓷微球颗粒进行研磨粉碎，产生粒径为8-15μm的陶瓷微球粉末，通过加热陶瓷微球颗粒，使其熔融软化以便于后续陶瓷微球粉末的形成；
5.将陶瓷微球粉末投放于开设有顶针孔的柱状不锈钢模具内，并对其在260-440℃的条件下进行吊烧烧结塑形后，从模具内取出细长管状的毛坯，通过设有顶针孔能够确保两端受力均匀，从而能够确保制备的毛坯的同轴度即能够确保柱塞的同心度和光洁度，并通过低温烧结的方式能够实现毛坯的致密化，赋予毛坯中材料细小的组织和优良的力学性能；
6.对毛坯进行打磨抛光即通过研磨去除毛坯表面的磨损痕迹后，将毛坯与套筒以不大的过盈选配成对，再进行研磨抛光，产生外形尺寸、表面光洁度、同心度垂直度均符合乳化泵需求的柱塞，依靠轴与孔的过盈值,装配后使零件表面间产生弹性压力,从而获得紧固的连接，同轴性好，能承受较大的轴向力、扭矩及动载荷，并且加工精度较高。
根据柱塞中不同原料的用量以及制备工艺参数的不同，通过以下具体的实施例来对本发明提供的一种高强度耐磨型陶瓷微球材料的柱塞进一步说明。
实施例1
1.取三氧化二铝41份、玻璃粉2份、长石5份、黏土11份投入高能行星球磨机中加水进行搅拌混合后，通过球磨以100rpm/min的转速进行研磨形成粉碎料，将粉碎料通过喷雾造粒的方式形成基料，高能行星球磨机的研磨球高速旋转运动与样品相互撞击，达到研细样品的目的，能够在较短的时间内向被球磨粉末输送较高的机械能量，使被磨的材料在较短时间内实现机械活化，甚至形成纳米晶或非晶材料，并减少材料的氧化和污染，其中，过低或过高的转速都会弱化或失去粉碎效用；
2.将基料投入高温空气炉内加热熔融形成浆料，并将浆料注入非孔塑形模具内通过凝胶注膜的方式使有机单体发生聚合反应而固化后，经冷却产生坯料，通过将浆料中的有机单体聚合，使得浆料原位凝固，从而获得高密度、高强度、均匀性好的坯料；
3.在常温下将坯料投入橡胶包套模具材料内，以液体为压力介质400MPA的压力条件下进行静压成型产生颗粒尺寸为0.18mm陶瓷微球颗粒，通过冷等静压成型的方式制备的陶瓷微球颗粒的密度高，并且颗粒的密度均匀一致，并且因为密度均匀，所以制作长径比可不受限制，有利于后续生产棒状、管状等细而长的产物；
4.将陶瓷微球颗粒投入研磨机内，加入助磨剂1份、助烧结剂3份与陶瓷微球颗粒充分接触后，在1000℃的温度条件下加热3h后对陶瓷微球颗粒进行研磨粉碎，产生粒径为8μm的陶瓷微球粉末，通过加热陶瓷微球颗粒，使其熔融软化以便于后续陶瓷微球粉末的形成；
5.将陶瓷微球粉末投放于开设有顶针孔的柱状不锈钢模具内，并对其在260℃的条件下进行吊烧烧结塑形后，从模具内取出细长管状的毛坯，通过设有顶针孔能够确保两端受力均匀，从而能够确保制备的毛坯的同轴度即能够确保柱塞的同心度和光洁度，并通过低温烧结的方式能够实现毛坯的致密化，赋予毛坯中材料细小的组织和优良的力学性能；
6.对毛坯进行打磨抛光即通过研磨去除毛坯表面的磨损痕迹后，将毛坯与套筒以不大的过盈选配成对，再进行研磨抛光，产生外形尺寸、表面光洁度、同心度垂直度均符合乳化泵需求的柱塞，依靠轴与孔的过盈值,装配后使零件表面间产生弹性压力,从而获得紧固的连接，同轴性好，能承受较大的轴向力、扭矩及动载荷，并且加工精度较高。
实施例2
1.取三氧化二铝45份、玻璃粉3份、长石7份、黏土12份投入高能行星球磨机中加水进行搅拌混合后，通过球磨以130rpm/min的转速进行研磨形成粉碎料，将粉碎料通过喷雾造粒的方式形成基料，高能行星球磨机的研磨球高速旋转运动与样品相互撞击，达到研细样品的目的，能够在较短的时间内向被球磨粉末输送较高的机械能量，使被磨的材料在较短时间内实现机械活化，甚至形成纳米晶或非晶材料，并减少材料的氧化和污染，其中，过低或过高的转速都会弱化或失去粉碎效用；
2.将基料投入高温空气炉内加热熔融形成浆料，并将浆料注入非孔塑形模具内通过凝胶注膜的方式使有机单体发生聚合反应而固化后，经冷却产生坯料，通过将浆料中的有机单体聚合，使得浆料原位凝固，从而获得高密度、高强度、均匀性好的坯料；
3.在常温下将坯料投入橡胶包套模具材料内，以液体为压力介质450MPA的压力条件下进行静压成型产生颗粒尺寸为0.20mm陶瓷微球颗粒，通过冷等静压成型的方式制备的陶瓷微球颗粒的密度高，并且颗粒的密度均匀一致，并且因为密度均匀，所以制作长径比可不受限制，有利于后续生产棒状、管状等细而长的产物；
4.将陶瓷微球颗粒投入研磨机内，加入助磨剂2份、助烧结剂3份与陶瓷微球颗粒充分接触后，在1200℃的温度条件下加热4h后对陶瓷微球颗粒进行研磨粉碎，产生粒径为9μm的陶瓷微球粉末，通过加热陶瓷微球颗粒，使其熔融软化以便于后续陶瓷微球粉末的形成；
5.将陶瓷微球粉末投放于开设有顶针孔的柱状不锈钢模具内，并对其在300℃的条件下进行吊烧烧结塑形后，从模具内取出细长管状的毛坯，通过设有顶针孔能够确保两端受力均匀，从而能够确保制备的毛坯的同轴度即能够确保柱塞的同心度和光洁度，并通过低温烧结的方式能够实现毛坯的致密化，赋予毛坯中材料细小的组织和优良的力学性能；
6.对毛坯进行打磨抛光即通过研磨去除毛坯表面的磨损痕迹后，将毛坯与套筒以不大的过盈选配成对，再进行研磨抛光，产生外形尺寸、表面光洁度、同心度垂直度均符合乳化泵需求的柱塞，依靠轴与孔的过盈值,装配后使零件表面间产生弹性压力,从而获得紧固的连接，同轴性好，能承受较大的轴向力、扭矩及动载荷，并且加工精度较高。
实施例3
1.取三氧化二铝51份、玻璃粉5份、长石9份、黏土14份投入高能行星球磨机中加水进行搅拌混合后，通过球磨以170rpm/min的转速进行研磨形成粉碎料，将粉碎料通过喷雾造粒的方式形成基料，高能行星球磨机的研磨球高速旋转运动与样品相互撞击，达到研细样品的目的，能够在较短的时间内向被球磨粉末输送较高的机械能量，使被磨的材料在较短时间内实现机械活化，甚至形成纳米晶或非晶材料，并减少材料的氧化和污染，其中，过低或过高的转速都会弱化或失去粉碎效用；
2.将基料投入高温空气炉内加热熔融形成浆料，并将浆料注入非孔塑形模具内通过凝胶注膜的方式使有机单体发生聚合反应而固化后，经冷却产生坯料，通过将浆料中的有机单体聚合，使得浆料原位凝固，从而获得高密度、高强度、均匀性好的坯料；
3.在常温下将坯料投入橡胶包套模具材料内，以液体为压力介质500MPA的压力条件下进行静压成型产生颗粒尺寸为0.22mm陶瓷微球颗粒，通过冷等静压成型的方式制备的陶瓷微球颗粒的密度高，并且颗粒的密度均匀一致，并且因为密度均匀，所以制作长径比可不受限制，有利于后续生产棒状、管状等细而长的产物；
4.将陶瓷微球颗粒投入研磨机内，加入助磨剂4份、助烧结剂4份与陶瓷微球颗粒充分接触后，在1300℃的温度条件下加热6h后对陶瓷微球颗粒进行研磨粉碎，产生粒径为11μm的陶瓷微球粉末，通过加热陶瓷微球颗粒，使其熔融软化以便于后续陶瓷微球粉末的形成；
5.将陶瓷微球粉末投放于开设有顶针孔的柱状不锈钢模具内，并对其在350℃的条件下进行吊烧烧结塑形后，从模具内取出细长管状的毛坯，通过设有顶针孔能够确保两端受力均匀，从而能够确保制备的毛坯的同轴度即能够确保柱塞的同心度和光洁度，并通过低温烧结的方式能够实现毛坯的致密化，赋予毛坯中材料细小的组织和优良的力学性能；
6.对毛坯进行打磨抛光即通过研磨去除毛坯表面的磨损痕迹后，将毛坯与套筒以不大的过盈选配成对，再进行研磨抛光，产生外形尺寸、表面光洁度、同心度垂直度均符合乳化泵需求的柱塞，依靠轴与孔的过盈值,装配后使零件表面间产生弹性压力,从而获得紧固的连接，同轴性好，能承受较大的轴向力、扭矩及动载荷，并且加工精度较高。
实施例4
1.取三氧化二铝54份、玻璃粉7份、长石11份、黏土16份投入高能行星球磨机中加水进行搅拌混合后，通过球磨以200rpm/min的转速进行研磨形成粉碎料，将粉碎料通过喷雾造粒的方式形成基料，高能行星球磨机的研磨球高速旋转运动与样品相互撞击，达到研细样品的目的，能够在较短的时间内向被球磨粉末输送较高的机械能量，使被磨的材料在较短时间内实现机械活化，甚至形成纳米晶或非晶材料，并减少材料的氧化和污染，其中，过低或过高的转速都会弱化或失去粉碎效用；
2.将基料投入高温空气炉内加热熔融形成浆料，并将浆料注入非孔塑形模具内通过凝胶注膜的方式使有机单体发生聚合反应而固化后，经冷却产生坯料，通过将浆料中的有机单体聚合，使得浆料原位凝固，从而获得高密度、高强度、均匀性好的坯料；
3.在常温下将坯料投入橡胶包套模具材料内，以液体为压力介质550MPA的压力条件下进行静压成型产生颗粒尺寸为0.23mm陶瓷微球颗粒，通过冷等静压成型的方式制备的陶瓷微球颗粒的密度高，并且颗粒的密度均匀一致，并且因为密度均匀，所以制作长径比可不受限制，有利于后续生产棒状、管状等细而长的产物；
4.将陶瓷微球颗粒投入研磨机内，加入助磨剂5份、助烧结剂4份与陶瓷微球颗粒充分接触后，在1400℃的温度条件下加热7h后对陶瓷微球颗粒进行研磨粉碎，产生粒径为13μm的陶瓷微球粉末，通过加热陶瓷微球颗粒，使其熔融软化以便于后续陶瓷微球粉末的形成；
5.将陶瓷微球粉末投放于开设有顶针孔的柱状不锈钢模具内，并对其在400℃的条件下进行吊烧烧结塑形后，从模具内取出细长管状的毛坯，通过设有顶针孔能够确保两端受力均匀，从而能够确保制备的毛坯的同轴度即能够确保柱塞的同心度和光洁度，并通过低温烧结的方式能够实现毛坯的致密化，赋予毛坯中材料细小的组织和优良的力学性能；
6.对毛坯进行打磨抛光即通过研磨去除毛坯表面的磨损痕迹后，将毛坯与套筒以不大的过盈选配成对，再进行研磨抛光，产生外形尺寸、表面光洁度、同心度垂直度均符合乳化泵需求的柱塞，依靠轴与孔的过盈值,装配后使零件表面间产生弹性压力,从而获得紧固的连接，同轴性好，能承受较大的轴向力、扭矩及动载荷，并且加工精度较高。
实施例5
1.取三氧化二铝58份、玻璃粉8份、长石12份、黏土18份投入高能行星球磨机中加水进行搅拌混合后，通过球磨以220rpm/min的转速进行研磨形成粉碎料，将粉碎料通过喷雾造粒的方式形成基料，高能行星球磨机的研磨球高速旋转运动与样品相互撞击，达到研细样品的目的，能够在较短的时间内向被球磨粉末输送较高的机械能量，使被磨的材料在较短时间内实现机械活化，甚至形成纳米晶或非晶材料，并减少材料的氧化和污染，其中，过低或过高的转速都会弱化或失去粉碎效用；
2.将基料投入高温空气炉内加热熔融形成浆料，并将浆料注入非孔塑形模具内通过凝胶注膜的方式使有机单体发生聚合反应而固化后，经冷却产生坯料，通过将浆料中的有机单体聚合，使得浆料原位凝固，从而获得高密度、高强度、均匀性好的坯料；
3.在常温下将坯料投入橡胶包套模具材料内，以液体为压力介质600MPA的压力条件下进行静压成型产生颗粒尺寸为0.25mm陶瓷微球颗粒，通过冷等静压成型的方式制备的陶瓷微球颗粒的密度高，并且颗粒的密度均匀一致，并且因为密度均匀，所以制作长径比可不受限制，有利于后续生产棒状、管状等细而长的产物；
4.将陶瓷微球颗粒投入研磨机内，加入助磨剂6份、助烧结剂5份与陶瓷微球颗粒充分接触后，在1500℃的温度条件下加热8h后对陶瓷微球颗粒进行研磨粉碎，产生粒径为15μm的陶瓷微球粉末，通过加热陶瓷微球颗粒，使其熔融软化以便于后续陶瓷微球粉末的形成；
5.将陶瓷微球粉末投放于开设有顶针孔的柱状不锈钢模具内，并对其在440℃的条件下进行吊烧烧结塑形后，从模具内取出细长管状的毛坯，通过设有顶针孔能够确保两端受力均匀，从而能够确保制备的毛坯的同轴度即能够确保柱塞的同心度和光洁度，并通过低温烧结的方式能够实现毛坯的致密化，赋予毛坯中材料细小的组织和优良的力学性能；
6.对毛坯进行打磨抛光即通过研磨去除毛坯表面的磨损痕迹后，将毛坯与套筒以不大的过盈选配成对，再进行研磨抛光，产生外形尺寸、表面光洁度、同心度垂直度均符合乳化泵需求的柱塞，依靠轴与孔的过盈值,装配后使零件表面间产生弹性压力,从而获得紧固的连接，同轴性好，能承受较大的轴向力、扭矩及动载荷，并且加工精度较高。
表1实施例1-5中各原料用量对比
Figure BDA0003809681250000111
表2实施例1-5中工艺参数对比
Figure BDA0003809681250000112
对比例1
本对比例采用实施例1的工艺，只缺少助磨剂，其余不变，具体步骤如下：
1.取三氧化二铝41份、玻璃粉2份、长石5份、黏土11份投入高能行星球磨机中加水进行搅拌混合后，通过球磨以100rpm/min的转速进行研磨形成粉碎料，将粉碎料通过喷雾造粒的方式形成基料，高能行星球磨机的研磨球高速旋转运动与样品相互撞击，达到研细样品的目的，能够在较短的时间内向被球磨粉末输送较高的机械能量，使被磨的材料在较短时间内实现机械活化，甚至形成纳米晶或非晶材料，并减少材料的氧化和污染，其中，过低或过高的转速都会弱化或失去粉碎效用；
2.将基料投入高温空气炉内加热熔融形成浆料，并将浆料注入非孔塑形模具内通过凝胶注膜的方式使有机单体发生聚合反应而固化后，经冷却产生坯料，通过将浆料中的有机单体聚合，使得浆料原位凝固，从而获得高密度、高强度、均匀性好的坯料；
3.在常温下将坯料投入橡胶包套模具材料内，以液体为压力介质400MPA的压力条件下进行静压成型产生颗粒尺寸为0.18mm陶瓷微球颗粒，通过冷等静压成型的方式制备的陶瓷微球颗粒的密度高，并且颗粒的密度均匀一致，并且因为密度均匀，所以制作长径比可不受限制，有利于后续生产棒状、管状等细而长的产物；
4.将陶瓷微球颗粒投入研磨机内，加入助烧结剂3份与陶瓷微球颗粒充分接触后，在1000℃的温度条件下加热3h后对陶瓷微球颗粒进行研磨粉碎，产生粒径为8μm的陶瓷微球粉末，通过加热陶瓷微球颗粒，使其熔融软化以便于后续陶瓷微球粉末的形成；
5.将陶瓷微球粉末投放于开设有顶针孔的柱状不锈钢模具内，并对其在260℃的条件下进行吊烧烧结塑形后，从模具内取出细长管状的毛坯，通过设有顶针孔能够确保两端受力均匀，从而能够确保制备的毛坯的同轴度即能够确保柱塞的同心度和光洁度，并通过低温烧结的方式能够实现毛坯的致密化，赋予毛坯中材料细小的组织和优良的力学性能；
6.对毛坯进行打磨抛光即通过研磨去除毛坯表面的磨损痕迹后，将毛坯与套筒以不大的过盈选配成对，再进行研磨抛光，产生外形尺寸、表面光洁度、同心度垂直度均符合乳化泵需求的柱塞，依靠轴与孔的过盈值,装配后使零件表面间产生弹性压力,从而获得紧固的连接，同轴性好，能承受较大的轴向力、扭矩及动载荷，并且加工精度较高。
对比例2
本对比例采用实施例2的工艺，只缺少助磨剂，其余不变，具体步骤与对比例1相似，本对比例不再赘述。
对比例3
本对比例采用实施例3的工艺，只缺少助磨剂，其余不变，具体步骤与对比例1相似，本对比例不再赘述。
对比例4
本对比例采用实施例4的工艺，只缺少助磨剂，其余不变，具体步骤与对比例1相似，本对比例不再赘述。
对比例5
本对比例采用实施例5的工艺，只缺少助磨剂，其余不变，具体步骤与对比例1相似，本对比例不再赘述。
表3对比例1-5中各原料用量对比
Figure BDA0003809681250000131
表4对比例1-5中工艺参数对比
Figure BDA0003809681250000141
对比例6
本对比例采用实施例1的工艺，只缺少助烧结剂，其余不变，具体步骤如下：
1.取三氧化二铝41份、玻璃粉2份、长石5份、黏土11份投入高能行星球磨机中加水进行搅拌混合后，通过球磨以100rpm/min的转速进行研磨形成粉碎料，将粉碎料通过喷雾造粒的方式形成基料，高能行星球磨机的研磨球高速旋转运动与样品相互撞击，达到研细样品的目的，能够在较短的时间内向被球磨粉末输送较高的机械能量，使被磨的材料在较短时间内实现机械活化，甚至形成纳米晶或非晶材料，并减少材料的氧化和污染，其中，过低或过高的转速都会弱化或失去粉碎效用；
2.将基料投入高温空气炉内加热熔融形成浆料，并将浆料注入非孔塑形模具内通过凝胶注膜的方式使有机单体发生聚合反应而固化后，经冷却产生坯料，通过将浆料中的有机单体聚合，使得浆料原位凝固，从而获得高密度、高强度、均匀性好的坯料；
3.在常温下将坯料投入橡胶包套模具材料内，以液体为压力介质400MPA的压力条件下进行静压成型产生颗粒尺寸为0.18mm陶瓷微球颗粒，通过冷等静压成型的方式制备的陶瓷微球颗粒的密度高，并且颗粒的密度均匀一致，并且因为密度均匀，所以制作长径比可不受限制，有利于后续生产棒状、管状等细而长的产物；
4.将陶瓷微球颗粒投入研磨机内，加入助磨剂1份与陶瓷微球颗粒充分接触后，在1000℃的温度条件下加热3h后对陶瓷微球颗粒进行研磨粉碎，产生粒径为8μm的陶瓷微球粉末，通过加热陶瓷微球颗粒，使其熔融软化以便于后续陶瓷微球粉末的形成；
5.将陶瓷微球粉末投放于开设有顶针孔的柱状不锈钢模具内，并对其在260℃的条件下进行吊烧烧结塑形后，从模具内取出细长管状的毛坯，通过设有顶针孔能够确保两端受力均匀，从而能够确保制备的毛坯的同轴度即能够确保柱塞的同心度和光洁度，并通过低温烧结的方式能够实现毛坯的致密化，赋予毛坯中材料细小的组织和优良的力学性能；
6.对毛坯进行打磨抛光即通过研磨去除毛坯表面的磨损痕迹后，将毛坯与套筒以不大的过盈选配成对，再进行研磨抛光，产生外形尺寸、表面光洁度、同心度垂直度均符合乳化泵需求的柱塞，依靠轴与孔的过盈值,装配后使零件表面间产生弹性压力,从而获得紧固的连接，同轴性好，能承受较大的轴向力、扭矩及动载荷，并且加工精度较高。
对比例7
本对比例采用实施例2的工艺，只缺少助烧结剂，其余不变，具体步骤与对比例6相似，本对比例不再赘述。
对比例8
本对比例采用实施例3的工艺，只缺少助烧结剂，其余不变，具体步骤与对比例6相似，本对比例不再赘述。
对比例9
本对比例采用实施例4的工艺，只缺少助烧结剂，其余不变，具体步骤与对比例6相似，本对比例不再赘述。
对比例10
本对比例采用实施例5的工艺，只缺少助烧结剂，其余不变，具体步骤与对比例6相似，本对比例不再赘述。
表5对比例6-10中各原料用量对比
Figure BDA0003809681250000161
表6对比例6-10中工艺参数对比
Figure BDA0003809681250000162
Figure BDA0003809681250000171
对比例11
本对比例相较于对比例1，只缺少玻璃粉，其余类似实施例1。
对比例12
本对比例相较于对比例2，只缺少黏土，其余类似实施例2。
对比例13
本对比例相较于对比例3，球磨机转速为250rpm/min，其余类似实施例3。
对比例14
本对比例相较于对比例4，压力为300MPA，其余类似实施例4。
对比例15
本对比例相较于对比例5，陶瓷微球颗粒尺寸为0.30mm，其余类似实施例5。
对比例16
本对比例相较于对比例6，高温加热温度为900℃，其余类似实施例1。
对比例17
本对比例相较于对比例7，高温加热时间为9h，其余类似实施例2。
对比例18
本对比例相较于对比例8，陶瓷微球粉末粒径为5μm，其余类似实施例3。
对比例19
本对比例相较于对比例9，低温加热温度为250℃，其余类似实施例4。
表7对比例11-19中各原料用量对比
Figure BDA0003809681250000172
Figure BDA0003809681250000181
表8对比例11-19中工艺参数对比
Figure BDA0003809681250000182
Figure BDA0003809681250000191
试验例1
将上述实施例1-5制备的柱塞和对比例1-19制备的柱塞进行力学性能检验以及柱塞摩擦系数测试，其中力学性能检测是在拉伸试验机上用静拉伸力通过拉伸试验得知柱塞的抗拉伸强度，摩擦系数测试是通过平面式专用摩擦系数仪进行测试，摩擦系数是指两表面间的摩擦力和作用在其一表面上的垂直力之比值，记录并计算柱塞的平均抗拉伸强度值和平均摩擦系数，并将数据填入表9
表9实施例与对比例制备的柱塞的力学强度、摩擦系数对比
Figure BDA0003809681250000192
Figure BDA0003809681250000201
根据表9所示，实施例1-5中制备的柱塞相较于对比例1-19中制备的柱塞，实施例柱塞的力学性能和摩擦系数均好于对比例柱塞，实施例1-5中柱塞的平均抗拉伸强度均高于511MPA，并且柱塞的平均摩擦系数均低于0.29，当对比例1-19中成分有不同减少、工艺条件有所改变时，柱塞的抗拉伸强度均有不同程度的下降，并且柱塞的磨砂系数有不同程度的上升，因此可以说明，本发明制备的柱塞的强度高且耐磨。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种高强度耐磨型陶瓷微球材料，其特征在于，至少包括以下重量份的原料：三氧化二铝41-58份、玻璃粉2-8份、长石5-12份、黏土11-18份、助烧结剂3-5份和助磨剂1-6份。
2.根据权利要求1所述的高强度耐磨型陶瓷微球材料，其特征在于：所述助烧结剂包括二氧化铬、氧化钙和氧化镁，所述助磨剂包括三乙醇胺和柠檬酸钠。
3.根据权利要求1所述的高强度耐磨型陶瓷微球材料，其特征在于：所述玻璃粉为低熔点玻璃，所述长石包括钠长石和钡冰长石。
4.一种如权利要求1-3中任意所述的高强度耐磨型陶瓷微球材料的柱塞的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、取三氧化二铝、玻璃粉、长石、黏土投入球磨机中加水进行搅拌混合后，通过球磨进行研磨形成粉碎料，将粉碎料通过喷雾造粒的方式形成基料；
S2、将基料投入高温空气炉内加热熔融形成浆料，并将浆料注入塑形模具内经冷却产生坯料；
S3、在常温下将坯料投入橡胶包套模具材料内，以液体为压力介质进行静压成型产生陶瓷微球颗粒；
S4、将陶瓷微球颗粒投入研磨机内，加入助磨剂、助烧结剂与陶瓷微球颗粒充分接触后，对陶瓷微球颗粒进行研磨粉碎，产生粒径为8-15μm的陶瓷微球粉末；
S5、将陶瓷微球粉末投放于柱状不锈钢模具内，并对其通过吊烧烧结塑形后，从模具内取出细长管状的毛坯；
S6、对毛坯进行打磨抛光，产生外形尺寸、表面光洁度、同心度垂直度均符合乳化泵需求的柱塞。
5.根据权利要求4所述的一种高强度耐磨型陶瓷微球材料的柱塞的制备工艺，其特征在于：所述S1中，球磨机为高能行星球磨机，并且球磨机在研磨时的转速为100-220rpm/min。
6.根据权利要求4所述的一种高强度耐磨型陶瓷微球材料的柱塞的制备工艺，其特征在于：所述S2中，将浆料投入到非孔模具内，通过凝胶注膜的方式使有机单体发生聚合反应而固化形成坯料。
7.根据权利要求4所述的一种高强度耐磨型陶瓷微球材料的柱塞的制备工艺，其特征在于：所述S3中，在400-600MPA的压力条件下产生的陶瓷微球的颗粒尺寸为0.18-0.25mm。
8.根据权利要求4所述的一种高强度耐磨型陶瓷微球材料的柱塞的制备工艺，其特征在于：所述S4中，陶瓷微球颗粒被研磨粉碎后，在1000-1500℃的温度条件下加热3-8h。
9.根据权利要求4所述的一种高强度耐磨型陶瓷微球材料的柱塞的制备工艺，其特征在于：所述S5中，所述不锈钢模具开设有顶针孔，所述毛坯的烧结温度为260-440℃。
10.根据权利要求4所述的一种高强度耐磨型陶瓷微球材料的柱塞的制备工艺，其特征在于：所述S6中，通过金刚石砂轮研磨去除毛坯表面的磨损痕迹后，将毛坯与套筒以不大的过盈选配成对，再进行研磨抛光。
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