[发明专利]陶瓷复合缸套及其冷、热等静压法制取工艺

说明书

本发明属于复合陶瓷缸套制备方法，特别是涉及氧化铝陶瓷复合缸套及其冷热等静压法制取工艺。

石油钻井用的泥浆泵中的缸套是其关键部件，它长期经受着泥沙、岩石颗粒的冲击和介质腐蚀的考验。传统的泥浆泵缸套采用双金属浇注，使用寿命仅几百小时。随着石油工业的发展，尤其是由陆地向海洋的转移，苛刻的环境条件，要求必须尽可能地减少停机换套的次数，从而使得人们开始研究陶瓷复合缸套。另外在内燃发动机日益完善的今天，发动机内的缸套在承受高温、高压下，需保证其机械生能和一定的耐磨性能，目前世界工业发达国家也采用陶瓷材料做缸套。陶瓷以其高硬度和优异的耐磨性能，成为缸套复合材料的最佳选择。目前国内外复合缸套的制造均采用冷等静压成形后烧结，然后对其内、外圆磨削加工后，在于钢体外套过盈配合进行装配而得到复合的钢——陶瓷缸套，如1996年12月在西安召开的第七届全国耐磨材料会议论文集第45页中，黎谦发表的名为《新型“耐磨、耐高温、耐腐蚀”材料——铬刚玉陶瓷》的论文中所述的就是通过热装后使陶瓷内衬与金属套过盈配合而形成的复合管。该方法制造的缺点在于：1．冷等静压得到的坯料，烧结变形不易控制，烧结后坯的加工难度大；首先装夹难度大，因为陶瓷材料很脆，装夹不好易碎，这样陶瓷管的厚度就需增大，用料量相应增多；其次磨削面增多，需加工内、外圆面及两端面，使得加工效率很低，成品率不易保证，造成成本高，不易工业化大规模生产。2．制成品密度低，与钢体外套热装时很容易碎裂，过盈量不好保证。3．由于采用过盈配合，在使用过程中，钢体外套与陶瓷复合层的过膨胀系数不同，很容易发生陶瓷复合层与钢体外套脱离现象即常说的脱套现象。

本发明的目的是提供一种可广泛用于汽车、石油等方面的硬度高、耐磨性能好，适合工业化生产的氧化铝陶瓷复合缸套及其冷、热压静压法制取工艺。

本发明的技术方案是：一种陶瓷复合缸套，包括钢体外套、陶瓷内套，其特征在于在金属外套2的内表面通过热等静压复合有一层陶瓷层3；在金属外套2内表面的一端或两端可以有突起的金属端环1；金属端环1可以是与金属外套2为一体的圆环，也可以通过等静压复合于金属外套2内壁两端；采用冷、热等静压法制造陶瓷复合缸套的方法，其特征在于：a．模具的设计与制作：根据工件的形状设计相应的模具和金属外套；b．冷等静压包套组件装配；c．装粉：根据需要在冷等静压包套组件的包套中装入相应的陶瓷粉；d．冷等静压：将装好粉的组件放入冷等静压设备中采用内加压式冷等静压成形，压力为250MPa；e．整形：将冷等静压成形后的组件除去密封环、胶帽和支撑套，对陶瓷层的内表面进行加工；f．热等静压组件的设计与装配：配置薄壁金属内套，在金属外套和薄壁金属内套两端面加端盖密封固定，在端盖或金属内套或外套上固定有一抽气管；g．真空脱气：通过抽气管对金属外套和金属内套之间的陶瓷层进行真空脱气，脱气温度为500-1000℃，脱气完成后，将抽气管封死；h．热等静压：将真空脱气后的组件放入热等静压设备中进行热等静压烧结成形，烧结温度为1200℃-1400℃，压力为100MPa-200MPa，保温1-4小时；i．冷却后出炉；j．除内套；k．加工陶瓷复合管陶瓷内圆和金属外圆至需要尺寸；l．检验。

本发明的优点在于：1．由于采用冷等静压成形，热等静压烧结的工艺，一次性将陶瓷层复合于钢体外套的内表面上，使陶瓷复合层不易脱套；在对其内表面和端面加工时，装卡简单、方便，并且也不会产生碎裂现象。2．采用冷、热等静压法制造出的复合管，陶瓷复合层密度高、硬度好，表面光滑，尺寸精确，机械加工量小，并且其耐磨、抗腐蚀性能均优于采用冷等静压后烧结的陶瓷管。

本发明的实施例结合附图详加说明。

附图1为本发明冷等静压包套组件装配示意图。

附图2为本发明热等静压组件装配示意图。

附图3为本发明工艺流程图。

附图4为本发明陶瓷复合缸套结构Ⅰ示意图。

附图5为本发明陶瓷复合缸套结构Ⅱ示意图。

附图6为本发明陶瓷复合缸套结构Ⅲ示意图。