[发明专利]用于离心泵的碳化硅制品的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳化硅产品的制造，特别是一种用于离心泵内部的碳化硅材质的过流部分——即称为衬体的制品的制造方法。

背景技术

离心泵是利用叶轮在泵体腔体内旋转产生离心力，进行液体输送的设备。由于叶轮的高速旋转，带动液体会对腔体和叶轮本身产生磨损，影响泵的使用寿命，尤其是料浆泵，工作在泥沙含量非常高的环境下，泥沙对泵的磨损非常强，恶劣条件下只能使用数百小时即告报废。

为此，采用各种高硬度的材料制造泵的过流部件，如不锈钢、高强度塑料等，但成本高而且耐磨性能依然不高。另一方面，一种新型的陶瓷材料——碳化硅（SiC）被发现具有非常高的硬度，已经广泛应用于矿山料斗等耐磨要求高的设备上。由于它硬度高但是脆，所以成形困难，抗冲击力差。

碳化硅材料在泵的应用中，现有一种先进技术是将其做成内衬部件，即保证过流部件都是碳化硅材料：包括泵体的腔体和叶轮。这种泵的所有过流材料都是碳化硅材料制成，硬度高、耐磨性能好，使用寿命能达到一般传统的不锈钢材料泵的数十倍甚至数百倍，大幅度降低了料浆泵的损耗。

碳化硅在机械设备上的应用中，一般采用涂敷烧结的方法。而在前述的离心泵衬体的制造中，这种方法无法适用。

还有一种常用的压制工艺的碳化硅材料的方法是先压制成型，然后进行精加工，最后烧制。这种方法有两大缺点：一是废品率较高，因为烧结过程的可控性较低，容易出现各种无法预计的缺陷，比如产品开裂、变形等，只能报废，不仅浪费了产品本身，还浪费了前道的加工工艺；二是加工困难，因为烧结后的产品硬度非常高，一般的金加工刀具无法胜任，所以加工成本奇高，而且对于复杂形状的产品更是难上加难。总体来说，这种制造工艺效率非常低下，成品的成本也居高不下。这种缺陷在大尺寸产品上尤为突出（烧结废品率更高），导致大尺寸产品无法大批量生产。

发明内容

本发明的目的是根据背景技术所述的利用碳化硅材料作为衬体的离心泵的结构特点，发明一种全新的基于模压工艺的碳化硅制品的制造方法。

    本发明的方法具体是这样的：首先是准备压制粉料，所述的粉料中包括碳化硅微粉、酚醛和聚氨酯聚合剂；其中聚氨酯聚合剂含量在1~5%；碳化硅微粉含量在70~85%；然后将充分混合的粉料放入模具中，以压机压制成形成为模压坯件；第三步，将模压坯件阴干放置以消除应力；第四，对模压坯件进行真空预烧并冷却；再进行精确的尺寸加工；最后，配置一个游离硅反应体，置于模压坯件上方，采用反应烧结、六段烧结工艺法进行烧结。

    上述的方法中，优选的粉料中的碳化硅微粉包括粒度为W14和粒度为W10两种，比例为0.2＜W10：W14＜0.5。

进一步的优选碳化硅微粉中，还包括石油焦，含量在2%~5%之间；石油焦规格优选为60~120目。

粉料中还可以包含酚醛，含量在18~22%之间。

    所述的真空预烧工艺，具体是：采用真空烧结机，以750~820℃的温度烧制9~10小时，自然冷却12~15小时。

所述的反应烧结、六段烧结工艺法，具体是指分6段，在9~11小时内将温度平缓升温至1600℃~1700℃，并在最高温度保温3~6小时，最后采用自然冷却。

所述的碳化硅制品包括碳化硅叶轮和碳化硅的腔体内衬。

    一般的碳化硅制品的制造工艺，烧结前加工中开裂和烧结后开裂是阻碍这类产品推广的主要问题，本发明很好的解决了这个问题。本发明的方法改变了精加工的时机、重新设计了组分和烧结工艺，最终能够大幅度提高产品的成品率——成品率能达到80%以上，是现有的一般工艺的5倍以上；烧结后的碳化硅制品中碳化硅、游离硅含量大于95%，产品硬度达到HRA80~85，完全满足碳化硅制品——尤其是离心泵衬体的硬度要求。制造成本大幅度降低，同时也能解决大尺寸的零件制造的技术瓶颈。

具体实施方式

下面列举一个实施例的完整流程说明本发明的技术内容。本实施例是制造一个离心泵的内衬部件，包括叶轮、组合式的过流腔体，其中叶轮是整体部件，组合式过流腔体是有多片部件组合而成，目的是便于加工。

一，     配置压制粉料

粉料的配料及优选的一个比例如下：W14碳化硅微粉55%，W10碳化硅微粉18%，酚醛（2123树脂）19%，丙二醇0.5%，70目的石油焦4%，其余是聚氨酯聚合剂。将上述材料放入喷雾造粒塔中充分混合成混合物。