一种空调压缩机用陶瓷活塞及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及压缩机技术领域，具体地说，涉及一种空调压缩机用陶瓷活塞及其制 备方法。
【背景技术】
[0002] 压缩机是各类空调及冰箱设备的心脏，也是这些设备节能挖潜的重要切入点。常 见的空调变频压缩机主要有涡旋式和旋转式两种。对制冷量相对较小的冰箱、房间空调器 和空调机组而言，旋转式压缩机因其体积小、重量轻、零件少、转速变化范围大、可靠性好、 振动小、噪声低、运行效率较高，性能价格比较高，而备受人们欢迎。活塞是旋转式空调压缩 机的关键部件。
[0003] 用于空调和冰箱的密封压缩机主要包括偏心部件和滚动活塞。偏心部件外周表面 上装有滚动活塞。由电机通过偏心部件带动滚动活塞旋转，自由转动的滚动活塞绕气缸在 偏心部件引导下做偏心滚转，外壳向内设置滑片，滑片圆弧端部紧紧压在滚动活塞的外表 面，始终保持与滚动活塞外表面接触，使气缸分为吸气腔和压缩腔。电机通过曲轴回转带动 滚动活塞旋转运动，同时带动滑片在滑片槽内往复运动，气缸重复作吸气、压缩、排气及余 隙膨胀等工作，从而完成空调及冰箱的温度调节作用。
[0004] 在空调及冰箱的密封压缩机结构中，滑片的顶端和活塞外表面是滑动接触。现在 大多数空调及冰箱压缩机的活塞都采用不锈钢或铸铁等材料制备，这存在以下不足：
[0005] 1)制冷空调及冰箱压缩机的使用寿命要求在10年左右，金属材料的耐磨性能不 理想，长时间磨损后，会造成严重的损耗，有时甚至会在滑片顶端掉落金属肩，而金属肩又 可能会卡住压缩机，而对压缩机造成损害。陶瓷材料耐磨性好，可提高空调压缩机的使用寿 命。
[0006] 2)压缩机中的活塞是空调的重要核心部件，不锈钢或铸铁密度高，长时间运行，能 量消耗较大。而陶瓷材料密度低，不到金属材料的1/2,可显著降低压缩机工作过程中的能 耗。
[0007] 3)金属滑片导热性好，绝热性能不佳，降低了空调及冰箱的热交换效率。而陶瓷活 塞绝热性能好，重量轻，是压缩机活塞理想的材料。
[0008] 申请号为201410025579. 7的发明专利公开了一种旋片式压缩机用陶瓷滑片及其 制备方法，提出了旋转式压缩机用陶瓷滑片材料的配方范围为：A1203粉末：90~99. 9% ; Y2〇3粉末：〇? 1 ~10%;Si02粉末：0 ~l%;Ce02粉末：0 ~l%;Li20 粉末：0 ~1%;M0S2? 末：0~1%。要求这些原料的平均粒度彡100nm。制备工艺过程包括了以下步骤：1)采用 共沉淀法分别制备A1203粉末；Y203粉末；Si02粉末；Ce02粉末；Li02粉末；M0S2粉末；2)再 将所制得的各种纳米粉末与成型剂（〇. 8~1. 2重量％的聚乙烯醇）混炼成具有热流动性 的喂料；3)喂料在注塑机中注塑成型，得到坯体；4)再通过对坯体进行加热，排出成型剂； 5)在1400-1600°C烧结得到相应产品。该发明强调可通过选择热压烧结法、热等静压法、反 应烧结法和微波烧结法的至少一种进行所述烧结，并优选采用热压烧结法和热等静压法进 行烧结。该发明产品用于密封空调压缩机中，可获得良好的磨损性能，减小和与之相配合的 密封空调压缩机气缸或滚动活塞之间的磨损及摩擦损耗，而且绝热性好，提高了空调的热 交换效率。
[0009] 该发明用陶瓷制造空调压缩机活塞，具有很好的创新性。但该发明所用的原料平 均粒度<l〇〇nm，还要通过共沉淀法及其它方法合成制备原料粉末，制造流程长、工艺复杂， 导致原材料价格昂贵：该发明采用注射成型法成型，采用热压烧结法、热等静压法、反应烧 结法和微波烧结法的至少一种烧成，制造过程复杂，成本高。此外，该发明没有涉及陶瓷件 的精加工。
[0010] 根据空调压缩机特征，研制可实现工业化生产的陶瓷活塞，具有重要的意义。
【发明内容】
[0011] 根据现代陶瓷制备技术，本发明有针对性地进行了组合创新，克服了现有技术中 的不足，提供了一种空调压缩机用陶瓷活塞的制备方法，所制备的材料硬度高、耐磨性好、 绝热性优良。所制备的材料密度为2.9~3. 2g/cm3,减轻了活塞的重量，提高了空调器的能 量利用效果。
[0012] 本发明是通过以下技术方案实现的：一种用于空调压缩机的陶瓷活塞，其原料配 方如下：活性工业氧化错微粉：45~70wt% ;粘土 ：15~25wt% ;娃酸错；2~8wt% ;长石： 4~12wt% ;白云石：2~8wt% ;滑石：1~10wt% ;稀土 ：0~3wt% ;增塑剂（外加）：1~ 3wt%〇
[0013] 配方中所用到的稀土为氧化镧与氧化钇中的一种或两种的复合物。配方中所用到 的粘土A1203含量大于28%，可塑性指标3 2. 0或可塑性指数3 20。
[0014] 一种用于空调压缩机的陶瓷活塞，其制备工艺工程如下：按配方要求，精确称量 所需的各种原料，置于研磨机中加水混合、细磨，达到规定的粒度要求后，压滤脱水、真空练 泥、挤压成型、干燥，获得了抗折强度大于6MPa的干坯。对干坯进行适当的粗加工，再于 1300°C左右温度下烧成，得到了瓷件，再对瓷件进行系列精加工，即为成品的陶瓷活塞；
[0015] -种用于空调压缩机的陶瓷活塞，其制备工艺中所用到的研磨机主要是球磨机、 搅拌磨及砂磨机的一种或多种的组合；
[0016] -种空调压缩机的陶瓷活塞，在其制备工艺过程中，采用两段机加工，使之在满足 加工精度的前提下，尽可能减少精加工的工作量，以降低制造成本。为了有效地实现两段机 加工，需要尽可能稳定工艺过程，精确测定坯体的干燥收缩率与烧成收缩率。
[0017] 用本发明公开的方法制备的陶瓷活塞，不仅具有很高硬度、很好的耐腐蚀性能及 较低的摩擦系数，用于密封空调压缩机中，可获得良好的磨损性能，减小与之相配密封空调 压缩机气缸或滚动活塞之间的磨损及磨擦损耗，从而提高空调压缩机的功效。
[0018] 本发明的突出特征，采用价廉易得的工业原料，采用类似于普通陶瓷的生产工艺 方法，通过严格的工艺过程控制，在精确测定干燥收缩率和烧成收缩率基础上，采用对干燥 后的毛坯进行粗加工，再对烧成后的致密瓷件进行精加工的"两段加工"模式，提高了产品 的合格率，降低了生产成本。
[0019] 实施实例：
[0020] 以活性氧化铝微粉、高可塑性与高结合性高岭土、硅酸锆、钾长石、白云石、煅烧滑 石、氧化镧、氧化铈等为原料，配制了 5个配方，其配方表见表1，相应的化学组成列于表2 中。塑化剂为外加的，没有计算到配方组成之中。对每个配方都进行了材试制，获得了可用 于装机的陶瓷活塞。
[0021] 表1陶瓷活塞的配方表（wt% )
[0022]
[0025]根据所设计的配方，精确称量各种原料，置于球磨机中加水混合、细磨，直到料衆 中原料粒度D5(]< 10ym时，放浆，压滤脱水、真空练泥、挤压成型、干燥，获得了抗折强度大 于6MPa的干坯。对干坯进行适当的粗加工，再于1300 °C左右温度下烧成，得到了致密瓷件， 再对瓷件进行系列精加工，即为成品的陶瓷活塞。
[0026] 上述5个配方的陶瓷均可在1300°C下烧熟，所得到的陶瓷试条的抗折强度均 多175MPa，且具有很高硬度、很好的耐磨性及较低的摩擦系数，用于空调的密封压缩机中， 可显著减小与之相配密封空调压缩机气缸或滚动活塞之间的磨损及磨擦损耗，从而提高空 调压缩机的功效及使用寿命。
[0027] 本发明的关键点之一，在于陶瓷活塞制备工艺过程中，需要对坯体进行两段机加 工，使之在满足加工精度的前提上，尽可能减少精加工的量，以降低制造成本。为了保证加 工的精度，需要尽可能稳定工艺过程，干坯强度要达到6MPa以上，并要求精确测定坯体的 干燥收缩率与烧成收缩率。
[0028] 最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而己，并不用于限制本发明.尽 管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前 述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡 在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
【主权项】
1. 一种用于空调压缩机的高铝质含锆陶瓷活塞，其特征在于，制备该材料的原料配方 如下：活性氧化错微粉：45~70wt% ;粘土 ：15~25wt% ;娃酸错（错英石）：2~8wt% ; 含K2O彡10%的钾长石：4~12wt% ;白云石：2~8wt% ;滑石：1~10wt% ;稀土氧化物： 0~3wt % ;增塑剂（外加）：1~3wt %。2. 根据权利要求1所述的一种用于空调压缩机的陶瓷活塞，其特征在于，该材料制备 工艺过程如下：按配方要求精确称量所用的各种原料，置于研磨机中加水混合、细磨，达到 规定的粒度及粒度分布后，再压滤脱水、真空练泥、挤压成型、干燥，可得到抗折强度多6MPa 的干坯，对其进行适当的粗加工；再于1300°C左右下烧成，获得致密化的瓷件；再对瓷件进 行精加工，即可获得陶瓷活塞。3. 根据权利要求2所述的一种空调压缩机的陶瓷活塞，其特征在于，制备工艺中所提 到的研磨机主要是球磨机、搅拌磨及砂磨机的一种或多种的组合。4. 根据权利要求2所述的一种空调压缩机的陶瓷活塞，其特征在于，制备工艺过程中， 采取了两段机加工：先对干燥后的毛坯进行了粗加工，再对烧成后的致密瓷件进行了精加 工。为有效地进行两次加工及其加工配合，本发明要求尽可能稳定工艺过程，并精确测定坯 体的干燥收缩率与烧成收缩率，使之在满足加工精度要求的前提上，尽可能减少精加工的 工作量，以降低制造成本。5. 根据权利要求1所述的一种用于空调压缩机的陶瓷活塞，其特征在于，所述的稀土 为氧化镧与氧化钇中的一种或两种的复合物。6. 根据权利要求1所述的一种用于空调压缩机的陶瓷活塞，其特征在于，所述的粘土 Al2O3含量多28 %，可塑性指标会2. 0或可塑性指数会20。7. 根据权利要求1所述的一种用于空调压缩机的陶瓷活塞，其特征在于：所述的增塑 剂由聚乙烯醇及羧甲基纤维素等组成。
【专利摘要】本发明公开了一种高铝质含锆陶瓷活塞及其制备方法。其原料配比如下：活性工业Al2O3微粉45～70％，可塑性好、含Al2O3≥28％的粘土15～25％；锆英石2～8％，含K2O≥10％的钾长石4～12％，白云石2～8％，滑石1～10％，稀土氧化物0～3％；外加由聚乙烯醇及羧甲基纤维素等组成的增塑剂1～3％。将上述原料按配方要求称量、加水混合、细磨、压滤脱水、真空练泥、挤压成型，干燥至恒重，进行粗加工。将粗加工的坯件于1300℃左右烧成得到致密瓷件，再对其进行精加工，使之达到精度要求的陶瓷活塞。该活塞密度小、硬度大，用于空调压缩机中，可减小与之相配合的空调密封压缩机气缸或滚动活塞之间的摩擦磨损及功率损耗，能显著提高空调的热效率。
【IPC分类】C04B35/622, C04B35/10
【公开号】CN105036714
【申请号】CN201510449463
【发明人】李玉平, 李骏驰, 郭永, 夏宗禹
【申请人】湖南大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年7月28日