[发明专利]碳化硅陶瓷阀芯及其制备方法

说明书

本发明涉及碳化硅陶瓷阀芯及其制备方法，所述碳化硅陶瓷阀芯包括阀芯主体和阀芯头部，所述阀芯主体的外径小于200mm，阀芯头部的外径大于10mm，且所述阀芯主体的外径和阀芯头部的外径之比为1.5～3，所述方法包括：将碳化硅喷雾造粒粉体装入模套密封后直接冷等静压成型，再经烘干，得到碳化硅陶瓷素坯；所述冷等静压成型的压力为120～230MPa，保压时间为3～20分钟；将所得碳化硅陶瓷素坯经机械加工和脱粘后，在2000～2280℃下烧结一定时间，再经精加工，得到所述碳化硅陶瓷阀芯；所述碳化硅陶瓷素坯的机械加工后的尺寸为碳化硅陶瓷阀芯按照烧结后线收缩率16～23%进行放大后的尺寸。

技术领域

本发明涉及一种用于石油化工、煤化工、海洋化工等领域500℃以下、高压、强腐蚀条件下的碳化硅陶瓷阀芯及其制备方法，属于工程陶瓷材料技术领域。

背景技术

在石油化工、煤化工、海洋化工等领域，文丘里黑水调节阀是一种能够有效适应高温、高压、强腐蚀性及含固体颗粒浆料和粉料冲蚀的阀门结构。作为文丘里黑水调节阀中调节流量的关键部件，阀芯是承受冲蚀最严重的部件。传统的阀芯材质是304不锈钢、316不锈钢、双相不锈钢及镀金刚石的不锈钢为主，极端领域以涂覆碳化钨的金属基体为主，小部分使用整体式碳化钨陶瓷。

不锈钢材质对强腐蚀性及含固体颗粒的浆料和粉料具备较差的耐冲蚀能力。涂覆碳化钨的金属基体，由于其厚度＜2mm，硬度＜60HRC，涂层与基体结合力＜1000psi，且喷涂通常在10000℃的高温条件下进行，操作施工条件恶劣，阀门使用寿命难以保证10000次循环，不能满足煤化工浆料和多晶硅粉料等系统长周期稳定生产要求。另一方面，喷涂碳化钨强度主要由基体材质提供，当两种材料线膨胀系数差异较大时，使用受到温度的局限，难以超过450℃。

整体式碳化钨陶瓷的文丘里黑水调节阀阀芯，具备较好的耐高温、抗高压、耐强腐蚀性及含固体颗粒浆料和粉料冲蚀的性能。但是其烧结需要热等静压烧结或放电等离子烧结(SPS)方法才可获取，密度大(15.63g/cm³)，价格高(碳化钨粉料：＞300元/kg)，对于硝酸和氢氟酸的混合酸不具有耐腐蚀作用。

常压固相烧结碳化硅作为一种耐高温、耐高压、耐腐蚀、耐冲蚀、高热导、抗热震性强的工程陶瓷，广泛应用于航天航空、热交换、机械密封、阀门、半导体基板等条件苛刻的工程技术领域。然而在阀门领域，目前碳化硅陶瓷主要加工成陶瓷球用作球阀，对于复杂形状的阀门并没有过多的报道和应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳化硅陶瓷的文丘里黑水调节阀的阀芯及其制备方法。

一方面，本发明提供了一种常压固相烧结碳化硅陶瓷阀芯的方法，所述碳化硅陶瓷阀芯包括阀芯主体和阀芯头部，所述阀芯主体的外径小于200mm，阀芯头部的外径大于10mm，且所述阀芯主体的外径和阀芯头部的外径之比为1.5～3，所述方法包括：

将碳化硅喷雾造粒粉体装入模套密封后直接冷等静压成型，再经烘干，得到碳化硅陶瓷素坯，所述冷等静压成型的压力为120～230MPa，保压时间为3～20分钟；

将所得碳化硅陶瓷素坯经机械加工和脱粘后，在2000～2280℃下烧结一定时间，再经精加工，得到所述碳化硅陶瓷阀芯；

所述碳化硅陶瓷素坯的机械加工后的尺寸为碳化硅陶瓷阀芯按照烧结后线收缩率16～23％进行放大后的尺寸。

本发明以碳化硅喷雾造粒粉体(碳化硅粉体)为原料，装入模套中后直接经过密封放入冷等静压机中成型，然后进行烘干和机械加工，得到碳化硅陶瓷素坯。所述碳化硅陶瓷素坯的尺寸，是按照烧结后线收缩率16～23％对所述碳化硅陶瓷阀芯的尺寸(所述碳化硅陶瓷阀芯包括阀芯主体和阀芯头部，所述阀芯主体的外径小于200mm，阀芯头部的外径大于10mm，且所述阀芯主体外径的阀芯头部的外径之比为1.5～3)进行放大而得到。再经脱粘和烧结，得到所述碳化硅陶瓷阀芯。