纳米陶瓷弹簧生产方法技术

本发明专利技术提供了一种纳米陶瓷弹簧生产方法，其特征是：以纳米级ＺｒＯ＃－［２］粉料为原料，加入预混液在球磨机中进行研磨混合进行料浆配制；将配制好的料浆进行真空脱气后加入引发剂，再注入弹簧模具中，待其固化后脱模，在５０℃～１２０℃干燥０．５～３小时，得到弹簧坯体；将干燥后的弹簧坯体加热到７００℃～１２００℃，并保温０．５～２小时，进行排胶；将排胶后的弹簧坯体进行浸浆，在常压或真空环境中，将坯体放在浓度为３０ｗｔ％～７０ｗｔ％的料浆中浸浆１０～３０分钟；将浸浆致密后的弹簧坯体置于支撑体和埋粉中，放入烧结炉中加热至１４００℃～１７００℃并保温０．５～３小时进行无压绕结，得到成品。本发明专利技术具有成本低、适合大批量生产的优点，且产品质量稳定、可靠性高，可满足实用要求。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种非金属弹簧的生产方法，具体地说是一种。本专利技术的技术方案是提供一种，其特征是以纳米级ZrO2粉料为原料，其生产方法为料浆配制→注凝成型→脱模干燥→排胶→浸浆→烧结→成品。(a)料浆配制以纳米级ZrO2粉料为原料，加入预混液在球磨机中进行研磨混合配制料浆； (b)注凝成型将配制好的料浆进行真空脱气后加入引发剂，再注入弹簧模具中成型；(c)脱模干燥待料浆固化后脱模，放入烘箱中加热至50℃～120℃干燥0.5～3小时，并自然冷却，得到弹簧坯体；(d)排胶将自然冷却后的弹簧坯体在电阻炉中加热到700℃～1200℃，并保温0.5～3小时，进行排胶，并自然冷却；(e)浸浆将排胶并自然冷却后的弹簧坯体进行浸浆，在常压或真空环境中，将坯体浓度为30wt％～70wt％的料浆中浸浆10～30分钟；(f)烧结将浸浆致密后的弹簧坯体置于支撑体和埋粉中，放入烧结炉中加热至1400℃～1700℃，并保温0.5～3小时进行无压绕结，得到成品。在浆料配制过程中使用的预混液由水、分散剂及有机单体组成；分散剂的作用是使浆料中的无机陶瓷粉料和有机成分均匀混合，防止团聚，提高浆料的固含量和流动性，常用的分散剂为聚丙烯酸及其盐、聚甲基丙烯酸及其盐、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯酰胺、木质素磺酸盐中的一种或其中几种的组合。有机单体是形成聚合物的物质基础，用水作溶剂时，有机单体应满足须是水溶性的，由单体溶液形成的凝胶应具有一定的强度、不影响浆料的流动性，常用的有机单体为羟甲基丙烯酰胺(HMAM)、丙烯酰胺(AM)、丙烯酸、甲基丙烯酰胺(MAM)、甲基丙烯酸、甲氧基聚乙二醇单甲基丙烯酯(MPEGMA)、n-乙烯基吡咯烷酮(n-NVP)中的一种或其中几种的组合。注凝成型的思路是将配制的低粘度高固相体积分数的浓悬浮体料浆，在引发剂的作用下，使悬浮体中的有机单体交联聚合成三维网状结构，从而使悬浮体原位固化成型。将配制好的料浆经过真空脱气后加入引发剂，注入弹簧模具中，待料浆固化后脱模。引发剂是用来引起聚合反应的，常用的有过硫酸铵(APS)、过硫酸铵与四甲基乙二胺的混合物、过硫酸钾、过硫酸钾与四甲基乙二胺的混合物中的一种或其中几种的组合。待料浆固化后脱模，放入烘箱中加热至50℃～120℃干燥0.5～3小时，并自然冷却，得到弹簧坯体；排胶过程是将坯体加热至700℃～1200℃，并保温0.5～3小时，排出有机成分。将排胶并自然冷却后的弹簧坯体进行浸浆，在常压或真空环境中，将坯体浓度为30wt％～70wt％的料浆中浸浆10～30分钟，以消除坯体中因排胶而导致的气孔。若弹簧坯体不经过排胶及浸浆步骤，在烧结时有机成分被排除后就会留下很多气孔，影响最终产品的质量。本专利技术将弹簧坯体经过排胶工序后再进行浸浆致密化就可以避免这一缺陷的产生。将浸浆致密后的弹簧坯体置于支撑体和埋粉中，放入烧结炉中分三阶段加热至1400℃～1700℃，并保温0.5～3小时进行无压绕结，冷却后得到外形均匀整齐的陶瓷弹簧成品。本专利技术的还可采用如下方法混料练泥→挤制成型→干燥→排胶→浸浆→烧结→成品。(a)混料练泥以纳米级ZrO2粉料为原料，加入成型剂在练泥机中混合搅拌得到泥料；(b)挤制成型将泥料进行真空混练后挤制成线材，并在卷簧机上卷制成弹簧坯体；(c)干燥将弹簧坯体连同支撑型芯一起放入烘箱中加热至50℃～120℃并保温0.5～3小时，干燥后将弹簧坯体从型芯上取下，进行自然冷却；(d)排胶将自然冷却后弹簧坯体在电阻炉中加热到700℃～1200℃，并保温0.5～3小时，进行排胶，排胶后再进行自然冷却；(e)浸浆将排胶并自然冷却后的弹簧坯体进行浸浆，在常压或真空环境中，将坯体浓度为30wt％～70wt％的料浆中浸浆10～30分钟；(f)烧结将浸浆致密后的弹簧坯体置于支撑体和埋粉中，放入烧结炉中加热至1400℃～1700℃，并保温0.5～3小时进行无压绕结，冷却后得到成品。在混料练泥中加入的成型剂包括甲基纤维素(MC)、甘油、水和聚乙烯醇(PVA)溶液的混合物，成型剂各成分的添加量与陶瓷粉料的比例关系为粉料100份，甲基纤维素3～7份，甘油1～5份，水15～20份，聚乙醇溶液7～10份。甲基纤维素可以起到增加泥料塑性的作用，使其具有良好的机械性能，以利于挤制成型，甘油起润滑作用，防止泥料粘黏，聚乙烯醇溶液的混合物为结合剂，使挤制出的坯体具有一定强度。经过混料练泥的泥料再经过真空混练后，即可挤制成线材，绕于卷簧机上，卷制成弹簧，再经过干燥定形后从型芯上取下，进行排胶、浸浆致密化、烧结得到成品。本专利技术的有益效果1、解决了陶瓷弹簧的工业化生产难题，使得陶瓷弹簧的工业化应用成为可能。2、工艺简洁，制造设备和原料、辅料均为常用的化工原料，成本低。3、产品消除了表面孔隙缺陷，大大改善了质量，提高了可靠性。4、采用分散剂和稳定剂解决了陶瓷弹簧生产中的粉料微粒稳定性控制问题，采用排胶和浸浆致密化的复合成型技术解决了复杂形状陶瓷产品的致密化问题，采用支撑体加埋粉技术解决了陶瓷弹簧产品在烧结过程中的变形问题。取纳米级ZrO2粉料1000g，丙烯酰胺100g，聚丙烯酸铵12.5g，水1500g，过硫酸铵水溶液(过硫酸铵含量1％)20g。将丙烯酰胺100g，聚丙烯酸铵12.5g，水1500g配制成预混液和纳米级ZrO2粉料1000g一起加入球磨机混合后得到料浆，将料浆真空脱气后加入过硫酸铵水溶液20g混合后注入弹簧模具中待料浆固化后脱模，然后放入烘箱中加热至100℃，干燥后自然冷却得到弹簧坯体，将弹簧坯体放入电阻炉中加热至800℃并保温0.5小时，进行排胶处理，排出有机成份，待其自然冷却后放入浓度为50wt％的料浆中，在真空环境下浸浆10分钟，消除气孔，最后将致密化后的弹簧坯体置于支撑架和埋粉中放入烧结炉中在1600℃下无压烧结1小时，获得成品。实施例二。取纳米级ZrO2粉料1000g，甲基纤维素4wt％、甘油2wt％、水15wt％、聚乙烯醇溶液(PVA含量为12wt％)8wt％。将粉料及成型剂加入真空练泥机中充分搅拌练泥后，挤制成线材，再由卷簧机卷制成弹簧，在100℃烘箱中干燥1小时后定形，将两端切断，得到弹簧坯体，簧丝直径约2.5mm，外径约25mm，圈数为10圈。在电阻炉内在800℃下素烧0.5小时，排除有机成型剂。然后在真空下进行浸浆致密化，料浆浓度为50wt％，浸浆时间为10分钟。将致密化后的坯体在1600℃下无压烧结1小时，获得成品。成品的簧丝直径约2mm，外径约25mm，有效圈数为10圈。权利要求1.一种，其特征是(b)以纳米级ZrO2粉料为原料，加入预混液在球磨机中进行研磨混合进行料浆配制；(c)将配制好的料浆进行真空脱气后加入引发剂，再注入弹簧模具中；(d)待料浆固化后脱模，在烘箱中加热至50℃～120℃干燥0.5～3小时，并自然冷却，得到弹簧坯体；(e)将自然冷却后的弹簧坯体在电阻炉中加热到700℃～1200℃，并保温0.5～2小时，进行排胶，并自然冷却；(f)将排胶并自然冷却后的弹簧坯体进行浸浆，在常压或真空环境中，将坯体浓度为30wt％～70wt％的料浆中浸浆10～30分钟；(g)将浸浆致密后的弹簧坯体置于支撑体和埋粉中，放入烧结炉中加热至1400℃～1700℃，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米陶瓷弹簧生产方法，其特征是：（ｂ）以纳米级ＺｒＯ↓［２］粉料为原料，加入预混液在球磨机中进行研磨混合进行料浆配制；（ｃ）将配制好的料浆进行真空脱气后加入引发剂，再注入弹簧模具中；（ｄ）待料浆固化后脱模，在烘箱中加热至５０℃～１２０℃干燥０．５～３小时，并自然冷却，得到弹簧坯体；（ｅ）将自然冷却后的弹簧坯体在电阻炉中加热到７００℃～１２００℃，并保温０．５～２小时，进行排胶，并自然冷却；（ｆ）将排胶并自然冷却后的弹簧坯体进行浸浆，在常压或真空环境中，将坯体浓度为３０ｗｔ％～７０ｗｔ％的料浆中浸浆１０～３０分钟；（ｇ）将浸浆致密后的弹簧坯体置于支撑体和埋粉中，放入烧结炉中加热至１４００℃～１７００℃，并保温０．５～３小时进行无压烧结，得到成品。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭露村，陈涵，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]