專利名稱：納米陶瓷彈簧生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非金屬彈簧的生產(chǎn)方法，具體地說是一種納米陶瓷彈簧生產(chǎn)方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種納米陶瓷彈簧生產(chǎn)方法，其特征是以納米級ZrO2粉料為原料，其生產(chǎn)方法為料漿配制→注凝成型→脫模干燥→排膠→浸漿→燒結(jié)→成品。
(a)料漿配制以納米級ZrO2粉料為原料，加入預(yù)混液在球磨機(jī)中進(jìn)行研磨混合配制料漿；
(b)注凝成型將配制好的料漿進(jìn)行真空脫氣后加入引發(fā)劑，再注入彈簧模具中成型；(c)脫模干燥待料漿固化后脫模，放入烘箱中加熱至50℃～120℃干燥0.5～3小時(shí)，并自然冷卻，得到彈簧坯體；(d)排膠將自然冷卻后的彈簧坯體在電阻爐中加熱到700℃～1200℃，并保溫0.5～3小時(shí)，進(jìn)行排膠，并自然冷卻；(e)浸漿將排膠并自然冷卻后的彈簧坯體進(jìn)行浸漿，在常壓或真空環(huán)境中，將坯體濃度為30wt％～70wt％的料漿中浸漿10～30分鐘；(f)燒結(jié)將浸漿致密后的彈簧坯體置于支撐體和埋粉中，放入燒結(jié)爐中加熱至1400℃～1700℃，并保溫0.5～3小時(shí)進(jìn)行無壓繞結(jié)，得到成品。
在漿料配制過程中使用的預(yù)混液由水、分散劑及有機(jī)單體組成；分散劑的作用是使?jié){料中的無機(jī)陶瓷粉料和有機(jī)成分均勻混合，防止團(tuán)聚，提高漿料的固含量和流動性，常用的分散劑為聚丙烯酸及其鹽、聚甲基丙烯酸及其鹽、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯酰胺、木質(zhì)素磺酸鹽中的一種或其中幾種的組合。有機(jī)單體是形成聚合物的物質(zhì)基礎(chǔ)，用水作溶劑時(shí)，有機(jī)單體應(yīng)滿足須是水溶性的，由單體溶液形成的凝膠應(yīng)具有一定的強(qiáng)度、不影響漿料的流動性，常用的有機(jī)單體為羥甲基丙烯酰胺(HMAM)、丙烯酰胺(AM)、丙烯酸、甲基丙烯酰胺(MAM)、甲基丙烯酸、甲氧基聚乙二醇單甲基丙烯酯(MPEGMA)、n-乙烯基吡咯烷酮(n-NVP)中的一種或其中幾種的組合。
注凝成型的思路是將配制的低粘度高固相體積分?jǐn)?shù)的濃懸浮體料漿，在引發(fā)劑的作用下，使懸浮體中的有機(jī)單體交聯(lián)聚合成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使懸浮體原位固化成型。將配制好的料漿經(jīng)過真空脫氣后加入引發(fā)劑，注入彈簧模具中，待料漿固化后脫模。引發(fā)劑是用來引起聚合反應(yīng)的，常用的有過硫酸銨(APS)、過硫酸銨與四甲基乙二胺的混合物、過硫酸鉀、過硫酸鉀與四甲基乙二胺的混合物中的一種或其中幾種的組合。
待料漿固化后脫模，放入烘箱中加熱至50℃～120℃干燥0.5～3小時(shí)，并自然冷卻，得到彈簧坯體；排膠過程是將坯體加熱至700℃～1200℃，并保溫0.5～3小時(shí)，排出有機(jī)成分。
將排膠并自然冷卻后的彈簧坯體進(jìn)行浸漿，在常壓或真空環(huán)境中，將坯體濃度為30wt％～70wt％的料漿中浸漿10～30分鐘，以消除坯體中因排膠而導(dǎo)致的氣孔。若彈簧坯體不經(jīng)過排膠及浸漿步驟，在燒結(jié)時(shí)有機(jī)成分被排除后就會留下很多氣孔，影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。本發(fā)明將彈簧坯體經(jīng)過排膠工序后再進(jìn)行浸漿致密化就可以避免這一缺陷的產(chǎn)生。
將浸漿致密后的彈簧坯體置于支撐體和埋粉中，放入燒結(jié)爐中分三階段加熱至1400℃～1700℃，并保溫0.5～3小時(shí)進(jìn)行無壓繞結(jié)，冷卻后得到外形均勻整齊的陶瓷彈簧成品。
本發(fā)明的納米陶瓷彈簧生產(chǎn)方法還可采用如下方法混料練泥→擠制成型→干燥→排膠→浸漿→燒結(jié)→成品。
(a)混料練泥以納米級ZrO2粉料為原料，加入成型劑在練泥機(jī)中混合攪拌得到泥料；(b)擠制成型將泥料進(jìn)行真空混練后擠制成線材，并在卷簧機(jī)上卷制成彈簧坯體；(c)干燥將彈簧坯體連同支撐型芯一起放入烘箱中加熱至50℃～120℃并保溫0.5～3小時(shí)，干燥后將彈簧坯體從型芯上取下，進(jìn)行自然冷卻；(d)排膠將自然冷卻后彈簧坯體在電阻爐中加熱到700℃～1200℃，并保溫0.5～3小時(shí)，進(jìn)行排膠，排膠后再進(jìn)行自然冷卻；(e)浸漿將排膠并自然冷卻后的彈簧坯體進(jìn)行浸漿，在常壓或真空環(huán)境中，將坯體濃度為30wt％～70wt％的料漿中浸漿10～30分鐘；(f)燒結(jié)將浸漿致密后的彈簧坯體置于支撐體和埋粉中，放入燒結(jié)爐中加熱至1400℃～1700℃，并保溫0.5～3小時(shí)進(jìn)行無壓繞結(jié)，冷卻后得到成品。
在混料練泥中加入的成型劑包括甲基纖維素(MC)、甘油、水和聚乙烯醇(PVA)溶液的混合物，成型劑各成分的添加量與陶瓷粉料的比例關(guān)系為粉料100份，甲基纖維素3～7份，甘油1～5份，水15～20份，聚乙醇溶液7～10份。甲基纖維素可以起到增加泥料塑性的作用，使其具有良好的機(jī)械性能，以利于擠制成型，甘油起潤滑作用，防止泥料粘黏，聚乙烯醇溶液的混合物為結(jié)合劑，使擠制出的坯體具有一定強(qiáng)度。
經(jīng)過混料練泥的泥料再經(jīng)過真空混練后，即可擠制成線材，繞于卷簧機(jī)上，卷制成彈簧，再經(jīng)過干燥定形后從型芯上取下，進(jìn)行排膠、浸漿致密化、燒結(jié)得到成品。
本發(fā)明的有益效果1、解決了陶瓷彈簧的工業(yè)化生產(chǎn)難題，使得陶瓷彈簧的工業(yè)化應(yīng)用成為可能。
2、工藝簡潔，制造設(shè)備和原料、輔料均為常用的化工原料，成本低。
3、產(chǎn)品消除了表面孔隙缺陷，大大改善了質(zhì)量，提高了可靠性。
4、采用分散劑和穩(wěn)定劑解決了陶瓷彈簧生產(chǎn)中的粉料微粒穩(wěn)定性控制問題，采用排膠和浸漿致密化的復(fù)合成型技術(shù)解決了復(fù)雜形狀陶瓷產(chǎn)品的致密化問題，采用支撐體加埋粉技術(shù)解決了陶瓷彈簧產(chǎn)品在燒結(jié)過程中的變形問題。
取納米級ZrO2粉料1000g，丙烯酰胺100g，聚丙烯酸銨12.5g，水1500g，過硫酸銨水溶液(過硫酸銨含量1％)20g。將丙烯酰胺100g，聚丙烯酸銨12.5g，水1500g配制成預(yù)混液和納米級ZrO2粉料1000g一起加入球磨機(jī)混合后得到料漿，將料漿真空脫氣后加入過硫酸銨水溶液20g混合后注入彈簧模具中待料漿固化后脫模，然后放入烘箱中加熱至100℃，干燥后自然冷卻得到彈簧坯體，將彈簧坯體放入電阻爐中加熱至800℃并保溫0.5小時(shí)，進(jìn)行排膠處理，排出有機(jī)成份，待其自然冷卻后放入濃度為50wt％的料漿中，在真空環(huán)境下浸漿10分鐘，消除氣孔，最后將致密化后的彈簧坯體置于支撐架和埋粉中放入燒結(jié)爐中在1600℃下無壓燒結(jié)1小時(shí)，獲得成品。
實(shí)施例二。
取納米級ZrO2粉料1000g，甲基纖維素4wt％、甘油2wt％、水15wt％、聚乙烯醇溶液(PVA含量為12wt％)8wt％。將粉料及成型劑加入真空練泥機(jī)中充分?jǐn)嚢杈毮嗪?，擠制成線材，再由卷簧機(jī)卷制成彈簧，在100℃烘箱中干燥1小時(shí)后定形，將兩端切斷，得到彈簧坯體，簧絲直徑約2.5mm，外徑約25mm，圈數(shù)為10圈。在電阻爐內(nèi)在800℃下素?zé)?.5小時(shí)，排除有機(jī)成型劑。然后在真空下進(jìn)行浸漿致密化，料漿濃度為50wt％，浸漿時(shí)間為10分鐘。將致密化后的坯體在1600℃下無壓燒結(jié)1小時(shí)，獲得成品。成品的簧絲直徑約2mm，外徑約25mm，有效圈數(shù)為10圈。
權(quán)利要求
1.一種納米陶瓷彈簧生產(chǎn)方法，其特征是(b)以納米級ZrO2粉料為原料，加入預(yù)混液在球磨機(jī)中進(jìn)行研磨混合進(jìn)行料漿配制；(c)將配制好的料漿進(jìn)行真空脫氣后加入引發(fā)劑，再注入彈簧模具中；(d)待料漿固化后脫模，在烘箱中加熱至50℃～120℃干燥0.5～3小時(shí)，并自然冷卻，得到彈簧坯體；(e)將自然冷卻后的彈簧坯體在電阻爐中加熱到700℃～1200℃，并保溫0.5～2小時(shí)，進(jìn)行排膠，并自然冷卻；(f)將排膠并自然冷卻后的彈簧坯體進(jìn)行浸漿，在常壓或真空環(huán)境中，將坯體濃度為30wt％～70wt％的料漿中浸漿10～30分鐘；(g)將浸漿致密后的彈簧坯體置于支撐體和埋粉中，放入燒結(jié)爐中加熱至1400℃～1700℃，并保溫0.5～3小時(shí)進(jìn)行無壓繞結(jié)，得到成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米陶瓷彈簧生產(chǎn)方法，其特征是(a)以納米級ZrO2粉料為原料，加入成型劑在練泥機(jī)中混合攪拌得到泥料；(b)將泥料進(jìn)行真空混練后擠制成線材，并在卷簧機(jī)上卷制成彈簧坯體；(c)將彈簧坯體連同支撐型芯一起放入烘箱中加熱至50℃～120℃，并保溫0.5～3小時(shí)，干燥后將彈簧坯體從型芯上取下，進(jìn)行自然冷卻；(d)將自然冷卻后彈簧坯體在電阻爐中加熱到700℃～1200℃，并保溫0.5～4小時(shí)，進(jìn)行排膠，排膠后再進(jìn)行自然冷卻；(e)將排膠并自然冷卻后的彈簧坯體進(jìn)行浸漿，在常壓或真空環(huán)境中，將坯體濃度為30wt％～70wt％的料漿中浸漿10～30分鐘；(f)將浸漿致密后的彈簧坯體置于支撐體和埋粉中，放入燒結(jié)爐中加熱至1400℃～1700℃，并保溫0.5～3小時(shí)進(jìn)行無壓繞結(jié)，冷卻后得到成品。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米陶瓷彈簧生產(chǎn)方法，其特征是所述的預(yù)混液由水、分散劑及有機(jī)單體組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米陶瓷彈簧生產(chǎn)方法，其特征是所述的引發(fā)劑為過硫酸銨、過硫酸銨與四甲基乙二胺的混合物、過硫酸鉀、過硫酸鉀與四甲基乙二胺的混合物中的一種或其組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的納米陶瓷彈簧生產(chǎn)方法，其特征是所述的分散劑為聚丙烯酸及其鹽、聚甲基丙烯酸及其鹽、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、木質(zhì)素磺酸鹽中的一種或其組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的納米陶瓷彈簧生產(chǎn)方法，其特征是所述的有機(jī)單體為水溶性的羥甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸、甲氧基聚乙二醇、單甲基丙烯酯、n-乙烯基吡咯烷酮中的一種或其組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米陶瓷彈簧生產(chǎn)方法，其特征是所述的成型劑包括甲基纖維素、甘油、水和聚乙烯醇溶液的混合物，成型劑各成分的添加量與陶瓷粉料的比例關(guān)系為粉料100份，甲基纖維素3～7份，甘油1～5份，水15～20份，聚乙醇溶液7～10份。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種納米陶瓷彈簧生產(chǎn)方法，其特征是以納米級ZrO
文檔編號F16F1/02GK1472448SQ0313205
公開日2004年2月4日 申請日期2003年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月17日
發(fā)明者郭露村, 陳涵 申請人:南京工業(yè)大學(xué)