專利名稱：用于離心泵的碳化硅制品的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種碳化硅產品的制造，特別是一種用于離心泵內部的碳化硅材質的過流部分一即稱為襯體的制品的制造方法。
背景技術：
離心泵是利用葉輪在泵體腔體內旋轉產生離心力，進行液體輸送的設備。由于葉輪的高速旋轉，帶動液體會對腔體和葉輪本身產生磨損，影響泵的使用壽命，尤其是料漿泵，工作在泥沙含量非常高的環境下，泥沙對泵的磨損非常強，惡劣條件下只能使用數百小時即告報廢。為此，采用各種高硬度的材料制造泵的過流部件，如不銹鋼、高強度塑料等，但成本高而且耐磨性能依然不高。另一方面，一種新型的陶瓷材料一碳化硅(SiC)被發現具有非常高的硬度，已經廣泛應用于礦山料斗等耐磨要求高的設備上。由于它硬度高但是脆，所以成形困難，抗沖擊力差。碳化硅材料在泵的應用中，現有一種先進技術是將其做成內襯部件，即保證過流部件都是碳化硅材料:包括泵體的腔體和葉輪。這種泵的所有過流材料都是碳化硅材料制成，硬度高、耐磨性能好，使用壽命能達到一般傳統的不銹鋼材料泵的數十倍甚至數百倍，大幅度降低了料漿泵的損耗。碳化硅在機械設備上的應用中，一般采用涂敷燒結的方法。而在前述的離心泵襯體的制造中，這種方法無法適用。

還有一種常用的壓制工藝的碳化硅材料的方法是先壓制成型，然后進行精加工，最后燒制。這種方法有兩大缺點:一是廢品率較高，因為燒結過程的可控性較低，容易出現各種無法預計的缺陷，比如產品開裂、變形等，只能報廢，不僅浪費了產品本身，還浪費了前道的加工工藝；二是加工困難，因為燒結后的產品硬度非常高，一般的金加工刀具無法勝任，所以加工成本奇高，而且對于復雜形狀的產品更是難上加難。總體來說，這種制造工藝效率非常低下，成品的成本也居高不下。這種缺陷在大尺寸產品上尤為突出(燒結廢品率更高)，導致大尺寸產品無法大批量生產。

發明內容
本發明的目的是根據背景技術所述的利用碳化硅材料作為襯體的離心泵的結構特點，發明一種全新的基于模壓工藝的碳化娃制品的制造方法。本發明的方法具體是這樣的:首先是準備壓制粉料，所述的粉料中包括碳化硅微粉、酚醛和聚氨酯聚合劑；其中聚氨酯聚合劑含量在f 5% ;碳化硅微粉含量在7(Γ85% ;然后將充分混合的粉料放入模具中，以壓機壓制成形成為模壓坯件；第三步，將模壓坯件陰干放置以消除應力；第四，對模壓坯件進行真空預燒并冷卻；再進行精確的尺寸加工；最后，配置一個游離硅反應體，置于模壓坯件上方，采用反應燒結、六段燒結工藝法進行燒結。上述的方法中，優選的粉料中的碳化硅微粉包括粒度為W14和粒度為WlO兩種，比例為 0.2 < WlO:W14 < 0.5。進一步的優選碳化娃微粉中，還包括石油焦,含量在2°/Γ5%之間；石油焦規格優選為60 120目。粉料中還可以包含酚醛，含量在18 22%之間。所述的真空預燒工藝，具體是:采用真空燒結機，以75(T820°C的溫度燒制 Γ Ο小時，自然冷卻12 15小時。所述的反應燒結、六段燒結工藝法，具體是指分6段，在擴11小時內將溫度平緩升溫至1600°C 1700°C，并在最高溫度保溫3飛小時，最后采用自然冷卻。所述的碳化硅制品包括碳化硅葉輪和碳化硅的腔體內襯。一般的碳化硅制 品的制造工藝，燒結前加工中開裂和燒結后開裂是阻礙這類產品推廣的主要問題，本發明很好的解決了這個問題。本發明的方法改變了精加工的時機、重新設計了組分和燒結工藝，最終能夠大幅度提高產品的成品率——成品率能達到80%以上，是現有的一般工藝的5倍以上；燒結后的碳化硅制品中碳化硅、游離硅含量大于95%，產品硬度達到HRA8(T85，完全滿足碳化硅制品一尤其是離心泵襯體的硬度要求。制造成本大幅度降低，同時也能解決大尺寸的零件制造的技術瓶頸。
具體實施例方式下面列舉一個實施例的完整流程說明本發明的技術內容。本實施例是制造一個離心泵的內襯部件，包括葉輪、組合式的過流腔體，其中葉輪是整體部件，組合式過流腔體是有多片部件組合而成，目的是便于加工。一，配置壓制粉料
粉料的配料及優選的一個比例如下:W14碳化硅微粉55%，WlO碳化硅微粉18%，酚醛(2123樹脂)19%，丙二醇0.5%，70目的石油焦4%，其余是聚氨酯聚合劑。將上述材料放入噴霧造粒塔中充分混合成混合物。第二個實施例，還可以采用以下比例:W14碳化硅微粉52%，WlO碳化硅微粉18%，酚醛(2123樹脂)20%，丙二醇0.3%，聚氨酯聚合劑5%，其余為100目的石油焦。這個壓制用的粉料中，碳化硅微粉依然是主要成分，酚醛、丙二醇和聚氨酯聚合劑是作為壓制粘合劑，石油焦的主要成分是碳，用于在燒結中和反應的硅進行反應，生成的依然是碳化硅。二，壓制成形
根據要制造的產品形狀，按照一般的壓制工藝，準備壓制模具。根據本實施例的要求，分別是葉輪模具和多個腔體組合件模具，當然每個模具都能反復使用，生產多套產品。將配置好的粉料定量放入模具。根據產品大小，選擇合適的壓機進行壓制成為模壓坯件，一般碳化硅產品的壓制壓力需要達到20(T280kg/Cm2。這個步驟和現有的壓制工藝相同，是本領域內技術人員所熟知的。在這個工藝環節中，是一個物理變化，粉料被壓緊，在粘合劑的作用下能夠凝結而不松散。三，模壓坯件陰干消除應力
陰干是行業內可以理解的工藝，特別強調的是:濕度保持在80%左右，環境溫度20°C的理想情況下，需要5 10天，本實施例中選擇7天自然陰干。
四，預燒結
將模壓坯件放入真空燒結爐內進行真空預燒，溫度820°C，燒制10小時，自然冷卻13小時。在預燒結的過程中，產品發生了化學變化，其中的酚醛、丙二醇和聚氨酯聚合劑已經反應后消失，由于其本身就是碳水化合物，所以經過反應后成為二氧化碳和水從模壓坯件中消除。整個產品達到的硬度在成品的10%以下，仍然處于一般加工設備的可加工范疇內，而且結構、形狀的穩定性和強度都比較適于機械加工。五，機械加工至需要的尺寸
使用車床、刨床、加工中心等各種加工機械對預燒結的坯件進行幾何加工。模具成形的模壓坯件的尺寸并不精確，并且經過預燒結，誤差更大。此道工藝的目的是將產品加工至成品實際需要的精確尺寸，由于燒結后的產品坯件具有前述的性能指標，所以此時的加工和一般的金屬加工無異，十分方便。六,反應燒結
最后，將加工后的坯件放入真空燒結爐進行反應燒結。需要根據每個不同坯件的質量，分別配置一塊同等規模的硅(游離硅)置于坯件上方接觸疊置。采用六段升溫法燒結，所述六段升溫法是行業內常用的將整個升溫過程分成六個曲線分段、平緩進行，最終達到燒結溫度。本實施例的燒結溫度設定為1600°C，整個升溫時間大概需要9小時。如果燒結溫度更高，比如1700°C，則升溫時間也會相應增加。溫度到達之后，保溫3飛小時，本實施例采用保溫5小時。冷卻過程有別于傳統方法，傳統方法是采用水冷，而本發明是自然冷卻，本實施例自然冷卻整個需要約20小時。反應燒結之后，整個產品尺寸較之精加工之后、燒結之前沒有明顯變化，能滿足一般的精度要求，尤其是用于本實施例的離心泵的過流部件。此時的碳化硅制品是成品，其成分碳化硅(SiC)大于80%，游離硅填滿`碳化硅之間的分子空隙，含量超過15%，其他復雜成分難以高溫分解的雜質少于5%，產品硬度達到HRA (洛氏硬度)8(Γ85，遠高于一般的不銹鋼材料，這個硬度可以有效抵御料漿泵的使用中料漿對泵體的磨損，提高整個泵的使用壽命。經實踐，本發明的工藝方法，由于配制的粉料成分的改進，提高了模壓坯件的強度，可以有效的克服一般的碳化硅材料制品加工的燒結前就開裂的問題。而且對于模壓坯件的應力在最終燒結前進行了合理有效的消除，也是提高燒結成品率的有效技術手段之一。由此，本發明解決了現有碳化硅制品的生產技術瓶頸，實現了在成品率、加工尺寸和加工復雜度的三大方面突破，將大幅度促進行業進步。經試驗，采用上述碳化硅材料制成的離心泵襯體、葉輪，外面以金屬、橡膠及近似材料進行固定、密封，制成的碳化硅內襯的離心泵，用于料漿泵的時候，使用壽命超過普通不銹鋼泵5 20倍，大幅度降低使用成本。
權利要求
1.用于離心泵的碳化硅制品的制造方法，其特征是:首先是準備壓制粉料，所述的粉料中包括碳化硅微粉、酚醛和聚氨酯聚合劑；其中聚氨酯聚合劑含量在f 5%;碳化硅微粉含量在7(Γ85% ;然后將充分混合的粉料放入模具中，以壓機壓制成形成為模壓坯件；第三步，將模壓坯件陰干放置以消除應力；第四，對模壓坯件進行真空預燒并冷卻；再進行精確的尺寸加工；最后，配置一個游離硅反應體，置于預燒后的坯件上方，采用反應燒結、六段燒結工藝法進行燒結。
2.根據權利要求1所述的用于離心泵的碳化硅制品的制造方法，其特征是:所述的粉料中的碳化硅微粉包括粒度為W14和粒度為WlO兩種，兩者的比例為0.2 < WlO:W14< 0.5o
3.根據權利要求1所述的用于離心泵的碳化硅制品的制造方法，其特征是:所述的酚醛具體是2123樹脂，含量在18 22%之間。
4.根據權利要求1或2所述的用于離心泵的碳化硅制品的制造方法，其特征是:所述的碳化娃微粉中，還包括石油焦，含量在2°/Γ5%之間。
5.根據權利要求1所述的用于離心泵的碳化硅制品的制造方法，其特征是:所述的真空預燒是指，采用真空燒結機，以75(T820°C的溫度燒制擴10小時，自然冷卻12 15小時。
6.根據權利要求1所述的用于離心泵的碳化硅制品的制造方法，其特征是:所述的反應燒結、六段燒結工藝法，具體是指分六段，在擴11個小時內將溫度平緩升溫至16000C 1700°C，并在最高溫度保溫3飛小時，最后采用自然冷卻。
7.根據權利要求1所述的用于離心泵的碳化硅制品的制造方法，其特征是:所述的碳化硅制品包括碳化硅葉 輪和碳化硅的腔體內襯。
全文摘要
用于離心泵的碳化硅制品的制造方法，首先是準備壓制粉料，所述的粉料中包括碳化硅微粉(70~85%)、酚醛和聚氨酯聚合劑(1~5%)；將充分混合的粉料放入模具中，以壓機壓制成形成為模壓坯件；將模壓坯件陰干放置以消除應力；然后對模壓坯件進行真空預燒并冷卻；再進行精確的尺寸加工；最后，配置一個游離硅反應體，置于預燒后的坯件上方，采用反應燒結、六段燒結工藝法進行燒結。本發明克服了現有技術成品率低、無法加工尺寸產品和復雜形狀的缺陷，做成離心泵使用壽命長，生產成本低。
文檔編號F04D7/04GK103113111SQ201310040479
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月2日 優先權日2013年2月2日
發明者陳佰生, 高孟平 申請人:宜興市靈谷塑料設備有限公司