[发明专利]一种高温陶瓷弹簧的制备方法

说明书

一种高温陶瓷弹簧的制备方法，是以高纯氮化硅为主要原料，以硅橡胶为成型剂，经混炼、成型、烧结等工艺过程制备高温陶瓷弹簧，具体工艺过程为：原料配制→混炼→均化→成型→固化→排烧→浸浆→烧结→成品。本发明的特点在于：采取有机硅橡胶为成型剂，解决了陶瓷弹簧成型困难问题；挤制后的线材在缠绕弹簧的过程中不易变形，能够保证弹簧制品的尺寸精度；工艺过程简单，对设备没有特殊要求，材料成本低，无水乙醇可回收利用。本发明可用于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种高温弹簧的生产方法，具体地说是一种氮化硅陶瓷弹簧的生产方法。

背景技术

目前高温金属弹簧采用的材料主要是高温合金，使用温度在1000℃以下，当使用温度超过1000℃以上时，金属材料强度就会发生明显的降低而无法满足应用要求。因此采用耐高温、耐磨损、抗氧化、抗腐蚀的陶瓷材料制备耐高温弹簧成为人们研究的热点。

用于制备高温弹簧材料体系主要有氧化锆陶瓷、氮化硅陶瓷、C/C复合材料、C/SiC复合材料等。其中氧化锆耐温性较差，一般使用温度在1000℃以下，C/C复合材料、C/SiC复合材料在高温有氧气的条件下抗氧化性能差，影响其使用范围，氮化硅陶瓷由于具有低密度、高强度、高韧性、耐高温、抗氧化、耐烧蚀以及高耐磨等一系列优异性能，在高温陶瓷弹簧领域成为了理想材料，具有广阔应用前景。

欧美和日本在高温弹簧方面的研究起步较早，Al₂O₃陶瓷弹簧、ZrO₂陶瓷弹簧、Si₃N₄陶瓷弹簧等均形成了系列的产品，高模量和轻量特性的C/C复合材料弹簧也已成功开发并形成产品。国内对陶瓷弹簧的研究尚处于实验室阶段，未实现产业化。

发明内容

鉴于此，本发明为解决上述现有技术的问题而提供一种以高纯氮化硅为原料的陶瓷弹簧工业化的生产方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种高温陶瓷弹簧的制备方法，该方法是以高纯氮化硅为主要原料，以某种硅橡胶为成型剂，经混炼、成型、烧结等工艺过程制备高温陶瓷弹簧，具体工艺过程为：原料配制→混炼→均化→成型→固化→排烧→浸浆→烧结→成品。

1)原料配制

将高纯氮化硅、烧结助剂按重量百分比混合，氮化硅：烧结助剂＝88-92％：8-12％，采用的烧结助剂包括氧化铝和氧化钇，以无水乙醇为分散介质，料浆浓度为40wt～60wt％，在行星磨中进行混磨，混磨时间为4-6小时，留部分料浆用于后续浸浆，其余料浆进行干燥，制备原料粉体；

2)混炼

成型剂采用室温硫化甲基硅橡胶，交联剂为正硅酸乙酯，催化剂为有机锡类，三者比例为成型剂：交联剂：催化剂＝100g：4-10ml：10-20ml，将制备的原料粉体与成型剂混合，成型剂加入量为原料粉体重量的4wt％-8wt％，通过混合搅拌制成膏状物，然后在混炼设备上进行炼制，混炼设备为双辊混炼机，将膏状料团在混料机上进行辊压，辊压次数10-15次；

3)均化

炼制后形成塑性料团，静置均化，静置时间为10-30分钟；

4)成型

将均化后的料团置入挤压模具中，以一定速度挤压成所需规格的圆形线材，挤出速度控制在0.1-0.5米/分钟，将挤出的线材卷制在相应规格的绕线器(即弹簧绕制模具)上成弹簧形状；

5)固化

将弹簧坯体及绕线器一起放入烘箱中，在100-120℃温度下保温0.5-3小时，固化后将坏体取下；

6)排烧