专利名称：一种径向梯度陶瓷喷砂嘴的制作方法
技术领域：
本发明属于先进制造技术领域，涉及一种径向梯度陶瓷喷砂嘴，该喷砂嘴特别适用于喷砂表面处理。
背景技术：
喷砂嘴是进行各种表面处理设备上的关键部件。喷砂嘴要求具有高的硬度和耐磨性，并且具有一定的强度和韧性。陶瓷材料由于具有高的硬度和耐磨性能，是制备喷嘴的理想材料。陶瓷喷砂嘴在工作过程中，喷砂嘴内孔表面承受严重的磨料冲击作用，从而在内孔表面产生较大的冲蚀应力，导致陶瓷喷砂嘴的内孔表面冲蚀磨损严重，降低了陶瓷喷砂嘴的使用寿命。
英文文献“Wear”(1995，118-183148～155)报道了B4C陶瓷喷砂嘴，其材料组分为均匀分布，没有梯度效应；中国专利“专利号ZL 02 1 35599.1”报道了B4C/(W，Ti)C陶瓷喷砂嘴，其材料组分也为均匀分布，没有梯度效应。中国专利“申请号200410024228.0”报道了Al2O3/(W，Ti)C梯度陶瓷喷嘴，该陶瓷喷砂嘴只是在喷砂嘴入口处的组分呈轴向梯度分布，仅可提高陶瓷喷砂嘴入口部位的抗冲蚀磨损的能力。由于喷砂嘴的整个内孔表面均要承受严重的磨料冲击作用，为此，急需寻求一种新的技术，来缓解陶瓷喷砂嘴整个内孔表面由于磨料冲击作用而造成的冲蚀应力，从而全面提高陶瓷喷砂嘴抗冲蚀磨损的能力，以延长其使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种径向梯度陶瓷喷砂嘴。它是以硬度高和耐磨性好的SiC作为基体，(W，Ti)C固溶体作为强化相，采用热压烧结工艺制备的径向梯度陶瓷喷砂嘴。该梯度陶瓷喷砂嘴为多层结构，组分沿喷嘴半径方向呈梯度变化，即组分从喷砂嘴内孔表面到喷砂嘴外壁逐渐变化。由于该陶瓷喷砂嘴的组分呈径向梯度变化，在其整个内孔表面均形成了残余压应力，可部分抵消外载造成的拉应力，从而可缓解陶瓷喷砂嘴整个内孔表面的应力，增强其抗冲蚀磨损的能力，提高其使用寿命。
本发明是通过以下方式实现的。
一种径向梯度陶瓷喷砂嘴，其特征是该陶瓷喷砂嘴的成分含有SiC和(W，Ti)C固溶体，其组分沿喷嘴半径方向呈梯度变化，(W，Ti)C固溶体含量由喷嘴内孔表面处的20％(质量百分比)提高到喷嘴外壁处的50％，梯度层数大于或等于3，其制备工艺步骤如下(1)以SiC为基体，以(W，Ti)C固溶体为强化相，配置(W，Ti)C含量不同的SiC+(W，Ti)C陶瓷复合粉末，(W，Ti)C含量范围为20％～50％(质量百分比)。
(2)将配置好的SiC+(W，Ti)C陶瓷复合粉末分别进行强化球磨，以乙醇作为介质，球磨时间200～250小时；(3)将球磨好的SiC+(W，Ti)C陶瓷复合粉末放置真空干燥箱中干燥，干燥后在有氮气保护的橱中过筛；(4)将干燥好的不同(W，Ti)C含量的SiC+(W，Ti)C陶瓷复合粉末分别装入石墨模具中；按照(W，Ti)C固溶体的含量从喷砂嘴内孔表面到喷砂嘴外壁逐渐增大的顺序在石墨模具中进行装料；(5)以氮气作为烧结气氛，采用热压烧结工艺制备径向梯度陶瓷喷砂嘴。
上述制备工艺步骤(5)中，热压烧结温度范围为1900～2000℃，压力为30～35MPa，保温时间为50～60min。
通过上述工艺制备的径向梯度陶瓷喷砂嘴，其内孔表面形成的残余压应力可部分抵消外载造成的拉应力，从而可缓解陶瓷喷砂嘴内孔表面的机械应力，全面提高陶瓷喷砂嘴的抗冲蚀磨损的能力。喷砂冲蚀实验结果表明径向梯度陶瓷喷砂嘴的冲蚀磨损能力比普通均质陶瓷喷砂嘴显著增强，使用寿命大大提高。
图1为本发明的径向梯度陶瓷喷砂嘴结构示意图，1为喷嘴内孔表面，2为喷嘴外壁。(W，Ti)C固溶体的含量从喷砂嘴内孔表面到喷砂嘴外壁逐渐增大。
具体实施例方式下面给出本发明的二个最佳实施例实施例1以SiC为基体，按固溶体(W，Ti)C含量分别按20％、35％、50％的质量百分比称取原料，配置3种不同(W，Ti)C含量的SiC+(W，Ti)C陶瓷复合粉末；然后分别进行强化球磨，以乙醇作为介质，球磨时间200小时；将球磨好的SiC+(W，Ti)C陶瓷复合粉末放置真空干燥箱中干燥，干燥后，在有氮气保护的气氛的橱中过筛；将干燥好的3种不同(W，Ti)C含量的SiC+(W，Ti)C陶瓷复合粉末分别装入石墨模具中，按照(W，Ti)C固溶体的含量从喷砂嘴内孔表面到喷砂嘴外壁逐渐增大的顺序在石墨模具中进行装料。以氮气作为烧结气氛，采用热压烧结工艺制备径向3层梯度陶瓷喷砂嘴，烧结温度为2000℃，压力为35MPa，保温时间为60min。
实施例2如实施例一所述，所不同的是配置4种(W，Ti)C含量分别按20％、30％、40％、50％的SiC+(W，Ti)C陶瓷复合粉末。采用热压烧结工艺制备径向4层梯度陶瓷喷砂嘴。烧结温度为1950℃，压力为30MPa，保温时间为50min。
权利要求
1.一种径向梯度陶瓷喷砂嘴，该梯度陶瓷喷砂嘴为多层结构，组分沿喷嘴半径方向呈梯度变化，其特征在于，该陶瓷喷砂嘴的成分含有SiC和(W，Ti)C固溶体，(W，Ti)C固溶体含量沿喷砂嘴半径方向逐渐变化，由喷嘴内孔表面处的20％(质量百分比)提高到喷嘴外壁处的50％，梯度层数量大于或等于3，其制备工艺步骤如下(1)以SiC为基体，以(W，Ti)C固溶体为强化相，配置(W，Ti)C含量不同的SiC+(W，Ti)C陶瓷复合粉末，(W，Ti)C含量范围为20％～50％(质量百分比)；(2)将配置好的SiC+(W，Ti)C陶瓷复合粉末分别进行强化球磨，以乙醇作为介质，球磨时间200～250小时；(3)将球磨好的SiC+(W，Ti)C陶瓷复合粉末放置真空干燥箱中干燥，干燥后在有氮气保护的橱中过筛；(4)将干燥好的不同(W，Ti)C含量的SiC+(W，Ti)C陶瓷复合粉末分别装入石墨模具中，按照(W，Ti)C固溶体的含量从喷砂嘴内孔表面到喷砂嘴外壁逐渐增大的顺序在石墨模具中进行装料；(5)以氮气作为烧结气氛，采用热压烧结工艺制备径向梯度陶瓷喷砂嘴。
2.根据权利要求1所述的一种径向梯度陶瓷喷砂嘴，其特征在于，热压烧结工艺参数为热压烧结温度为1900～2000℃，压力为30～35MPa，保温时间为50～60分钟。
全文摘要
本发明属于先进制造技术领域，涉及一种径向梯度陶瓷喷砂嘴。它是以SiC为基体、(W，Ti)C固溶体为强化相，采用热压烧结工艺制备的径向梯度陶瓷喷砂嘴。该梯度陶瓷喷砂嘴为多层结构，组分沿喷嘴半径方向呈梯度变化，即(W，Ti)C固溶体的含量从喷砂嘴内孔表面到喷砂嘴外壁逐渐增大。由于该陶瓷喷砂嘴的组分呈径向梯度变化，在其内孔表面形成了残余压应力，从而缓解陶瓷喷砂嘴内孔表面的应力，增强其抗冲蚀磨损的能力，提高其使用寿命。
文档编号C04B35/622GK1883882SQ20061004436
公开日2006年12月27日 申请日期2006年5月31日 优先权日2006年5月31日
发明者邓建新, 刘莉莉, 丁明伟 申请人:山东大学