[发明专利]碳陶瓷复合材料焊接导电嘴

说明书

本发明涉及一种碳陶瓷焊接导电嘴，属于陶瓷材料应用领域。

焊接导电嘴是自动弧焊机的一个重要部件，它的质量直接关系到焊接质量和生产效率。目前大都为金属导电嘴，以铜和铜合金嘴为居多。在90年代，日本等发达国家开始关注改善导电嘴性能的研究。如美国专利USP5340658报导了使用碳和金属的复合材料制造的焊接导电嘴，这种焊接嘴是在原金属嘴(利用铜或银、镍、铝等金属制造的)的引弧嘴部位加一个碳基材料的环，环与金属之间用钎焊连接，钎焊料采用钒、铌、钛、锆和硅中之一种与制造焊接嘴的金属元素组成的合金料。该种焊接与原铜嘴或铜合金嘴相比，在克服咬丝、熔接缺点方面有一定改善，但做为自动弧焊机使用，在导丝过程中，丝孔仍然容易磨损，从而使丝孔扩大，引起电压和电流波动，影响焊接质量。且该种焊接嘴使用寿命并未明显提高，因此，在焊接过程中由于频繁更换焊接嘴，造成连续焊缝中的接点不可避免，然而这在要求高质量的发电机组用大型锅炉排管焊接中是不允许的。因而，研制高寿命的导电焊接嘴是非常重要的。中国专利CN1065058A申请号为91101684.8报导了一种晶须增韧强化碳陶瓷复合材料可用于制作导电嘴，但上述材料中含有碳化硅晶须，晶须制备及增韧强化碳陶瓷复合材料的制备过程中产生致癌粉尘，操作复杂，成本高，造成公害，因此，使用该材料制造的导电嘴成本高，污染环境，不易于推广。

本发明的目的提供一种新型碳陶瓷复合材料制成的焊接导电嘴，该导电嘴焊接质量高，寿命长，污染小，成本低。

本发明的内容是这样来实现的：本发明提供一种碳陶瓷复合材料制成的焊接导电嘴，上述碳陶瓷复合材料的配方配比见表1：

表1

原材料          重量百分比    颗粒度

碳              30-70％       小于2微米

碳化硅          20-60％       小于2微米

碳化硼          5-30％        小于2微米

碳化钨或碳化铌  5-10％        小于2微米

本发明采用的主要是来源广，成本低，便于大量生产的碳和碳化硅粉未，又加入少量的高熔点，高硬度，低电阻率的添加剂—碳化硼、碳化钨或碳化铌，增加了该导电嘴的耐摩性，导电性及抗氧化性能。以上添加剂成本也较低。在碳陶瓷复合材料的制备过程中，碳素粉未与陶瓷粉未球磨时，软质的碳素颗粒包复于硬质的陶瓷颗粒表面，烧结成型后，形成了陶瓷颗粒弥散于碳基体中的微观组织结构。弥散化的陶瓷相，改善了碳素基体的强度，提高了材料的硬度和耐磨性。同时材料中的碳成分在摩擦时可起到润滑的作用，因而增加了材料的减摩性能；由于微观结构中存在碳成分的连续相，因而继承了碳材料良好导电、导热性和抗热震性，添加剂相互反应，形成了导热、导电性良好的新相。在高温时，材料中的添加剂与氧反应形成了氧化物的保护膜，从而阻止了材料进一步氧化，因而具有良好的高温抗氧化性能。

本发明在电加工打孔时，采用了高速旋转空心电极一次成孔的工艺，使本发明孔径表面平滑。

在本发明的另一个实施方式—镶嵌碳陶瓷芯的焊接导电嘴的加工工艺中，利用碳陶瓷与铜或铜合金的热膨胀系数之差，使用了热镶嵌碳陶瓷芯的工艺，使得本发明更进一步降低成本。

综合以上所述，本发明的优点在于：(1)本发明具有较高的强度，良好的导电、导热、抗高温氧化、抗热震及减摩、耐摩特性，使用寿命长。实践表明其使用寿命比一般金属导电嘴提高5倍。(2)使用本发明，焊弧稳定，走丝均匀，焊缝平滑，焊接质量好，不出现卡丝、咬丝、熔结现象，生产效率高。(3)本发明成本低，制造过程中不产生污染，有利于推广。

附图说明：图1为全碳陶瓷复合材料焊接导电嘴示意图，其中1为碳陶瓷复合材料，图2为镶嵌碳陶瓷芯的焊接导电嘴示意图，图2中2为铜或铜合金，3为碳陶瓷衬。

本发明提供一种制造全碳陶瓷焊接导电嘴的工艺方法，该方法具体工艺步骤如下：

(1)将颗粒度小于2微米的重量百分比为30--70％的碳及20--60％的碳化硅粉未和5-30％碳化硼及5-10％的碳化钨或碳化铌在非极性溶剂中例如乙醇中混合球磨24--48小时，烘干；

(2)上述烘干后的混合体进行冷压成型，然后在惰性气体例如氩气氛下，温度2000--2200℃，压力20--40兆帕，热压烧结1.0--2.0小时，烧结出为棒材；