本發明涉及金屬陶瓷密封環材料技術領域，尤其涉及一種硼化鈦晶須-納米銅改性金屬陶瓷密封環及其制備方法。
背景技術：
潛水泵是深井提水的重要設備，將地下水提取到地表，在我國廣泛應用于農田灌溉、生活用水、礦山工業、海水提升、輪船調載、噴泉景觀、溫泉洗浴等領域。在實際使用過程中，由于輸送介質的腐蝕、摩擦等原因，常常存在密封環磨損嚴重的問題。密封環的作用是防止水泵葉輪和泵殼之間發生磨蝕，改善水泵進口處的水流狀態，提高水泵效率，增強泵的運轉可靠性。一旦密封環磨損嚴重，將引起葉輪與密封環配合間隙增大，水泵泄漏損失增加，流量下滑快等問題，最終對潛水泵的使用壽命和運行效率下降產生嚴重的負面影響。因此潛水泵對密封環的材質有較高的要求。
通常潛水泵的密封環是用不銹鋼等金屬材料加工而成，由于金屬材料的耐磨性較差，容易損壞，使用壽命不長，嚴重影響了水泵質量。金屬陶瓷密封環與金屬密封環相比，具有硬度高、耐磨性好、耐腐蝕等優點。200511160458.7公開了一種高純度氧化鋁密封環，具有密度高、耐磨損的優點，且能適應惡劣環境下的腐蝕，然而，氧化鋁金屬陶瓷材料具有脆性，使得氧化鋁陶瓷密封環的韌性較差，抗沖擊性能低，容易發生開裂，影響其耐用性和使用壽命。
技術實現要素：
本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種高韌性、高塑性、抗開裂、耐用性能好的硼化鈦晶須-納米銅改性金屬陶瓷密封環及其制備方法。
本發明是通過以下技術方案實現的：
一種硼化鈦晶須-納米銅改性金屬陶瓷密封環，其是由下述重量份的原料制得：
氧化鋁80-90，鋯英粉5-10，硼化鈦晶須3-5，納米二氧化鈦P25 0.5-1，納米銅3-5，納米二氧化硅0.1-0.2，羥乙基纖維素0.3-0.5，乙酰檸檬酸三丁酯0.5-1，鈦酸酯偶聯劑TMC-201 0.15-0.25，氫氧化鈉6-8，聚山梨酯-80 0.05-0.1，聚硼硅氧烷1-2。
一種硼化鈦晶須-納米銅改性金屬陶瓷密封環的制備方法，包括以下步驟：
（1）先將氫氧化鈉加入水中配置成10-12mol/L的溶液，然后與納米二氧化鈦P25混合超聲分散均勻后共同加入反應釜，將反應釜于150-200℃條件下水熱反應10-15h，冷卻后將pH調至中性，加入納米二氧化硅、羥乙基纖維素和聚山梨酯-80攪拌分散均勻，得改性液；
（2）將氧化鋁、鋯英粉、硼化鈦晶須按固液重量比1:1-1:2與無水乙醇混合后加入鈦酸酯偶聯劑、乙酰檸檬酸三丁酯攪拌0.5-1h，蒸餾除去乙醇后加入其余原料研磨均勻，得混合粉料；
（3）將步驟（1）中的改性液與步驟（2）中的混合粉料混合后加入適量水攪拌均勻，用球磨機球磨4-6h后先通過噴霧干燥塔于進口溫度260-280℃、出口溫度100-120℃條件下噴霧干燥，再于200-300℃保溫0.5-1h，然后于氮氣氣氛下600-700℃處理4-6h，冷卻后再次球磨0.5-1h，得改性粉料；
（4）將步驟（3）中的改性粉料壓坯置于通有惰性氣體保護氣氛的燒結爐中1550-1650℃燒結2-4h，即得硼化鈦晶須-納米銅改性金屬陶瓷密封環。
本發明的優點是：
本發明先利用水熱法合成鈦納米管，然后將其與納米二氧化硅、羥乙基纖維素混合制成改性液，與氧化鋁、鋯英粉、硼化鈦晶須混合粉料共混均勻后，通過噴霧干燥包覆于混合粉料表面，在混合粉料表面形成碳-鈦納米管-二氧化硅復合包覆層，有效改善了材料的致密性、粘結性能和韌性，再通過納米銅等原料的選擇與復配，使制得的金屬陶瓷密封環不僅耐腐蝕性能好，而且抗沖擊、抗裂性能得到改善，具有良好的穩定性以及耐用性，使用壽命長，并且具有高韌性和良好的加工性能，密封性好。
具體實施方式
一種硼化鈦晶須-納米銅改性金屬陶瓷密封環，由下列重量(kg)的組分原料制備而成：
氧化鋁80，鋯英粉5，硼化鈦晶須3，納米二氧化鈦P25 0.5，納米銅3，納米二氧化硅0.1，羥乙基纖維素0.3，乙酰檸檬酸三丁酯0.5，鈦酸酯偶聯劑TMC-201 0.15，氫氧化鈉6，聚山梨酯-80 0.05，聚硼硅氧烷1。
一種硼化鈦晶須-納米銅改性金屬陶瓷密封環的制備方法，包括以下步驟：
（1）先將氫氧化鈉加入水中配置成10mol/L的溶液，然后與納米二氧化鈦P25混合超聲分散均勻后共同加入反應釜，將反應釜于150℃條件下水熱反應10h，冷卻后將pH調至中性，加入納米二氧化硅、羥乙基纖維素和聚山梨酯-80攪拌分散均勻，得改性液；
（2）將氧化鋁、鋯英粉、硼化鈦晶須按固液重量比1:1與無水乙醇混合后加入鈦酸酯偶聯劑、乙酰檸檬酸三丁酯攪拌0.5h，蒸餾除去乙醇后加入其余原料研磨均勻，得混合粉料；
（3）將步驟（1）中的改性液與步驟（2）中的混合粉料混合后加入適量水攪拌均勻，用球磨機球磨4-6h后先通過噴霧干燥塔于進口溫度260℃、出口溫度100℃條件下噴霧干燥，再于200℃保溫0.5h，然后于氮氣氣氛下600℃處理4h，冷卻后再次球磨0.5h，得改性粉料；
（4）將步驟（3）中的改性粉料壓坯置于通有惰性氣體保護氣氛的燒結爐中1550℃燒結2h，即得硼化鈦晶須-納米銅改性金屬陶瓷密封環。
上述制得的密封環性能測試結果如下：
硬度：90.8HRA；抗彎強度：711MPa；斷裂韌性：10.40MPa·m1/2。