[发明专利]一种大尺寸MAX相陶瓷叶轮制备方法

说明书

本发明提供了一种大尺寸MAX相陶瓷叶轮的制备方法，该方法可制备出具有大尺寸、复杂形状特征的MAX相陶瓷叶轮。采用凝胶注模成形工艺，引入氩气和富A气氛做烧结保护气氛，无压固相烧结MAX相陶瓷叶轮。制备方法工艺过程包括，配制陶瓷料浆、注模、脱模、干燥、生坯加工、脱胶、无压烧结、抛光精修等步骤。本发明解决了MAX相陶瓷浆料密度大易沉降，干燥以及烧结过程中的易开裂、变形等技术难题，最终实现了大尺寸MAX相陶瓷叶轮的的成功制备。该叶轮具有耐腐蚀、耐辐照、耐磨损、耐氧化、耐高温等良好性能，可广泛应用于核电、化工、冶金、油田、矿山、火电等行业。

技术领域

本发明是一种大尺寸MAX相陶瓷叶轮制备方法，属材料制备技术领域，具体涉及一种基于凝胶注模成型的无压烧结制备MAX相陶瓷叶轮的制备方法，所制叶轮具有大尺寸、复杂形状且耐腐蚀、耐辐照、耐磨损、耐氧化、耐高温的技术特征。

背景技术

离心泵是核能、化工、冶金、油田、矿山、火电等行业输送流体不可缺少的设备，而叶轮是离心泵输送液体的核心过流部件。为了可靠泵送高温、高辐照、高腐蚀、高磨损等特殊流体，需要叶轮能够长期承受辐照、腐蚀、磨蚀、高温以及复杂应力。普通叶轮材料如不锈钢、超高分子聚乙烯、氟塑料、硬质合金、丙烯腈-丁二烯橡胶等无法在上述环境中长期可靠服役，其应用受到限制。探索一种能满足上述服役环境要求的泵叶轮材料，成为了上述行业发展亟需解决的问题。

MAX相是一种层状可加工能导电的先进陶瓷，MAX相综合了陶瓷材料和金属材料的很多优点，这些优点来源于强金属共价M-X键和弱原子间的M-A键的独特的堆叠结构。因此，MAX相陶瓷显示出低密度、低热膨胀性、低摩擦系数、高温下的高抗蠕变性、高硬度、高强度、高模量、良好的导电/导热性能、抗热震性、抗损伤容限性以及优良的抗高温氧化性能等。这一系列优异的性能使其具有广阔的应用前景，也因此引起了研究者的广泛关注。MAX相陶瓷目前被评估为适用于某些复杂苛刻服役环境中离心泵叶轮的候选材料。遗憾的是，这种具有大尺寸、复杂形状并在极端复杂苛刻环境中服役的MAX相叶轮还没有相关文献报道。

凝胶注模是一种新型的近净尺寸成型陶瓷材料的方法，是对传统陶瓷和聚合物化学概念的综合应用。该工艺利用混合陶瓷粉末的有机单体溶液在引发剂和催化剂作用下交联聚合成三维网络聚合物凝胶，从而原位凝固成型复杂且显微结构均匀的坯体，主要用于大尺寸、复杂形状陶瓷零部件的成型，与粉末冶金成型和普通干粉压制成型相比具有生坯强度高、密度均匀等优点。因此凝胶注模是大尺寸、复杂形状MAX相陶瓷叶轮的理想制备方法。