专利名称：一种梯度功能陶瓷水煤浆喷嘴的制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于先进制造技术领域，涉及一种梯度功能陶瓷水煤浆喷嘴的制备工艺，该喷嘴特别适用于水煤浆锅炉燃烧器中的喷嘴。
背景技术：
喷嘴是水煤浆燃烧器中的关键部件，水煤浆喷嘴的使用寿命取决于喷嘴的耐磨和耐热性能，而喷嘴的使用寿命对水煤浆的应用成本产生显著影响。由于水煤浆不同于一般的液体燃料，它浓度高，粘度大，而且含有许多高硬度杂质，会对喷嘴造成严重的冲蚀磨损；另外，水煤浆喷嘴工作时的环境温度高，喷嘴出口端部存在很高的温度和很大的温度梯度。因此，水煤浆喷嘴材料应具有很好的耐磨和耐热性，并能承受温度变化所带来的热冲击作用。国内外常用的水煤浆喷嘴材料有金属、硬质合金和陶瓷。金属和硬质合金水煤浆喷嘴的硬度较低、耐磨性和耐热性较差。而陶瓷水煤浆喷嘴的硬度、耐磨性和耐热性比金属和硬质合金高，但是陶瓷水煤浆喷嘴的抗热冲击能力较差。由于水煤浆喷嘴的出口端部置于锅炉内，当温度出现变化时，很容易产生较大的热应力，从而导致水煤浆喷嘴产生裂纹而损坏。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种梯度功能陶瓷水煤浆喷嘴的制备工艺，该陶瓷水煤浆喷嘴的成分含有SiC和(W，Ti)C固溶体，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；通过控制陶瓷水煤浆喷嘴的成分，使(W，Ti)C固溶体的含量沿喷嘴轴向呈梯度变化，从而可缓解陶瓷水煤浆喷嘴在使用过程中的热应力，提高其抗热冲击能力。
本发明是通过以下方式实现的。
一种梯度功能陶瓷水煤浆喷嘴的制备工艺，其特征是该陶瓷水煤浆喷嘴的成分含有SiC和(W，Ti)C固溶体，(W，Ti)C固溶体含量沿喷嘴轴向呈梯度变化，从喷嘴入口处的10％(质量百分比)提高到喷嘴出口处的50％，梯度层数大于或等于5，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10％～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固溶体的含量从喷嘴入口到出口逐渐增大的顺序在石墨模具中进行粉末的逐层铺展及预压；(5)以氮气作为烧结气氛，采用热压烧结工艺制备陶瓷水煤浆喷嘴。
上述制备工艺步骤(5)中，热压烧结温度范围为1900～2000℃，压力为32～35MPa，保温时间为50～60min。
通过上述工艺制备的梯度功能陶瓷水煤浆喷嘴，其(W，Ti)C固溶体含量沿喷嘴轴向呈梯度变化，从而可缓解其在使用过程中的热应力，提高其抗热冲击能力。该陶瓷水煤浆喷嘴的抗热冲击能力比普通均质陶瓷水煤浆喷嘴显著增强，使用寿命大大提高。
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一以SiC为基体，按固溶体(W，Ti)C含量分别为10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％的质量百分比称取原料，配置9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9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固溶体的含量从喷嘴入口到出口逐渐增大的顺序在石墨模具中进行粉末的逐层铺展及预压。以氮气作为烧结气氛，采用热压烧结工艺制备陶瓷水煤浆喷嘴，烧结温度为1900℃，压力为32MPa，保温时间为50min。
实施例二如实施例一所述，所不同的是配置5种(W，Ti)C含量分别为10％、20％、30％、40％、50％的SiC+(W，Ti)C陶瓷复合粉末。烧结温度为2000℃，压力为35MPa，保温时间为60min。
权利要求
1.一种梯度功能陶瓷水煤浆喷嘴的制备工艺，其特征是该陶瓷水煤浆喷嘴的成分含有SiC和(W，Ti)C固溶体，(W，Ti)C固溶体含量沿喷嘴轴向呈梯度变化，从喷嘴入口处的10％(质量百分比)提高到喷嘴出口处的50％，梯度层数量大于或等于5，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10％～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固溶体的含量从喷嘴入口到出口逐渐增大的顺序在石墨模具中进行粉末的逐层铺展及预压；(5)以氮气作为烧结气氛，采用热压烧结工艺制备陶瓷水煤浆喷嘴。
2.根据权利要求1所述的一种梯度功能陶瓷水煤浆喷嘴的制备工艺，其特征在于所述的热压烧结工艺参数为热压烧结温度为1900～2000℃，压力为32～35MPa，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，涉及一种梯度功能陶瓷水煤浆喷嘴及其制备方法。它是以SiC为基体、以(W，Ti)C固溶体为强化相，采用热压烧结工艺制备的梯度功能陶瓷水煤浆喷嘴。该陶瓷水煤浆喷嘴的成分(W，Ti)C沿喷嘴轴向呈梯度变化，从而可缓解陶瓷水煤浆喷嘴在使用过程中的热应力，提高其抗热冲击能力。该陶瓷水煤浆喷嘴的抗热冲击能力比普通均质陶瓷水煤浆喷嘴显著增强，使用寿命大大提高。
文档编号C04B35/565GK1686941SQ200510042269
公开日2005年10月26日 申请日期2005年4月6日 优先权日2005年4月6日
发明者邓建新, 刘莉莉, 李剑峰, 丁明伟 申请人:山东大学