一种陶瓷预制体及其制备方法、陶瓷耐磨结构及耐磨件技术

本发明专利技术涉及一种陶瓷预制体及其制备方法、陶瓷耐磨结构及耐磨件。通过将基于光固化3D打印工艺制备的陶瓷素坯烧结、镀镍处理制得陶瓷预制体，所得陶瓷预制体为泡沫结构的半球体或球体，该半球形或球形结构的设置，使陶瓷预制体在受到外力作用时，基体能够给予外表面最大的支撑作用，且由于经镀镍处理，所以预制体对浇铸金属熔液具有较好的浸润性，便于浇铸过程中金属熔液渗入陶瓷预制体的空腔内部与预制体复合成为一体起到支撑作用，提高整体的耐磨韧性，且结合牢固，不易破损、剥落。根据耐磨件不同部位受到磨损的程度和强度不同，配置陶瓷预制体或陶瓷耐磨结构，满足耐磨件特殊部位的耐磨需求，提高整体的耐磨韧性，延长寿命，降低其维护周期。

A ceramic preform and its preparation method, ceramic wear-resistant structure and wear-resistant parts

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷预制体及其制备方法、陶瓷耐磨结构及耐磨件
本专利技术属于复合耐磨材料领域,具体涉及一种陶瓷预制体及其制备方法、陶瓷耐磨结构及耐磨件。
技术介绍
金属陶瓷复合材料是将陶瓷的高硬度、高耐磨性和金属的高韧性相结合制备的一类复合材料，在水泥、煤电或矿石等耐磨领域上具有很大的应用前景。传统工艺通过干压法制备陶瓷预制体，经过表面镀镍处理，置于砂型模具中浇注得到金属陶瓷复合耐磨部件，耐磨性能要优于单一金属耐磨材料。但是在工业耐磨设备实际应用过程中，耐磨件不同部位受到磨损的程度和强度并不相同，单一的压制模具并不能制备满足特殊部位的耐磨需求。可以通过优化结构的方式，在特定部位增加陶瓷耐磨结构，提高整体耐磨部件的工作效率。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种陶瓷预制体及其制备方法、陶瓷耐磨结构及耐磨件。根据本专利技术的一个方面，提供了一种陶瓷预制体的制备方法，所述陶瓷预制体用于耐磨设备的耐磨增强体，所述方法包括以下步骤：将可光固化3D打印陶瓷料浆基于光固化3D打印工艺制备陶瓷素坯，所述陶瓷素坯为泡沫结构的半球体或球体；所述陶瓷素坯经烧结、镀镍处理得陶瓷预制体。所述陶瓷素坯经烧结后所得的致密陶瓷结构，经粗化-敏化-活化后置于镀液中，在80-90℃水浴条件反应1-2h进行镀镍处理，得到最终合金化陶瓷预制体，参考专利CN101748348A介绍的镀镍方法。其中，镀液成分为：硫酸镍30g/L，次亚磷酸钠20g/L，浓度为40％的氢氟酸10mL/L，氟化氢铵10g/L，氨水30mL/L；配位剂控制镀液的pH值为6.5左右。粗化剂为氢氟酸或浓盐酸中的一种；敏化剂为氯化亚锡(SnCl2)和盐酸混合溶液，敏化剂成分为25g/L的SnCl2、10ml/L的HCl；活化剂为氯化钯(PdCl2)和盐酸混合溶液，活化剂成分为0.25g/ml的PdCl2、10ml/L的HCl。进一步的，所述可光固化3D打印陶瓷料浆的原料，以重量份计，包括：第一陶瓷粉体25-45份、第二陶瓷粉体6-10份、光固化树脂体系35-55份、分散剂1-10份、助剂0.1-1份，其中，第一陶瓷粉体为所述陶瓷预制体提供硬度，第二陶瓷粉体为所述陶瓷预制体提供韧性。进一步的，第一陶瓷粉体包括Al2O3粉体，第二陶瓷粉体包括ZrO2粉体，光固化树脂体系包括丙烯酸树脂、光引发剂，其中，丙烯酸树脂与光引发剂的重量比为70-95：0.2-5。第一陶瓷粉体之所以选用Al2O3粉体是由于氧化铝陶瓷硬度大，耐磨性极好，相当于锰钢的260多倍，特别适用于制备金属陶瓷复合耐磨材料。本次专利选用氧化铝陶瓷，成本低，制备复合材料可以极大提高金属基体耐磨性。而氧化铝陶瓷体系中之所以引入ZrO2粉体，具体为3molY2O3-ZrO2(YSZ)粉体，是由于氧化锆可以提高陶瓷预制体结构件的韧性，有利于延长耐磨部件使用寿命。耐磨部件在受到高强度摩擦磨损时，不仅仅需要材料具有高强度、高硬度，还要有一定的摩擦韧性，以此延长寿命，降低设备维护周期。在光固化成型过程中，通过引入少量氧化锆陶瓷，一体光固化成型制备氧化铝-氧化锆陶瓷素坯，经过烧结及镀镍处理，可得供浇铸耐磨部件的陶瓷预制体。进一步的，所述丙烯酸树脂包括二缩丙二醇丙烯酸酯、三缩丙二醇双丙烯酸酯、双酚A环氧丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯中的一种；光引发剂包括TPO光引发剂(2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化磷)、1173光引发剂(2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮)、819光引发剂[双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化磷]和659光引发剂{2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮}中的一种或几种；分散剂包括聚丙烯酸铵、磷酸三乙酯、蓖麻油、硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560中的一种或几种；助剂包括流平剂、消泡剂、稀释剂中的至少一种。进一步的，所述的陶瓷预制体的制备方法，至少满足下述一项，将光引发剂与光敏树脂混合均匀，然后与分散剂、助剂、第二陶瓷粉体及第一陶瓷粉体混合，混匀后置于搅拌磨或球磨机中进行均匀混合，得所述可光固化3D打印陶瓷料浆，通过光固化3D打印机成型陶瓷素坯；所述陶瓷素坯经干燥、排胶，然后烧结得陶瓷预制体。所述陶瓷素坯，在60-80℃烘箱中烘干，在300-900℃排胶，排胶时间为48-72h，在1500-1680℃下烧结，烧结时间为2-3h。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种根据上述任一方法所得的陶瓷预制体，所述陶瓷预制体为基于光固化3D打印工艺制得的泡沫结构的半球体或球体，所述陶瓷预制体用作耐磨材料的耐磨增强体。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种陶瓷耐磨结构，包括根据上述所述方法所得的陶瓷预制体及第一金属基体，陶瓷预制体及第一金属基体通过浇铸第一金属熔液的方式复合在一起形成三维两相互通一体式结构。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种耐磨件，包括分布在所述耐磨件内的所述的陶瓷预制体或所述的陶瓷耐磨结构，所述的陶瓷预制体或所述的陶瓷耐磨结构在所述耐磨件内的分布位置及排布方式根据所述耐磨件各部位执行摩擦动作的力度及数量进行配置，所述的陶瓷预制体或陶瓷耐磨结构与所述耐磨件通过浇铸第二金属熔液的方式复合在一起形成三维两相互通一体式结构。进一步的，所述的耐磨件，为应用于水泥立磨的耐磨件，具体为水泥立磨磨盘或磨辊部件。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术示例的陶瓷预制体的制备方法，通过将基于光固化3D打印工艺制备的陶瓷素坯烧结、镀镍处理制得陶瓷预制体，所述陶瓷素坯为泡沫结构的半球体或球体，所得陶瓷预制体也为相应的泡沫结构的半球体或球体，该半球形或球形结构的设置，使陶瓷预制体在受到外力作用时，基体能够给予外表面最大的支撑作用，且由于经镀镍处理，所以预制体对浇铸金属熔液具有较好的浸润性，便于浇铸过程中金属熔液极易渗入陶瓷预制体的空腔内部与预制体复合成为一体起到支撑作用，提高整体的耐磨韧性，且结合牢固，不易破损或剥落。2、本专利技术示例的陶瓷预制体，所述陶瓷预制体为基于光固化3D打印工艺制得的泡沫结构的半球体或球体，将所述陶瓷预制体用作耐磨材料的耐磨增强体，能在受到外力作用时，能够给予外表面最大的支撑作用，提高耐磨材料的耐磨强度。3、本专利技术示例的陶瓷耐磨结构，陶瓷预制体为泡沫结构的半球体或球体，其与第一金属基体通过浇铸第一金属熔液的方式复合在一起，形成三维两相互通一体式结构，耐磨性强。4、本专利技术示例的耐磨件，所述的陶瓷预制体或所述的陶瓷耐磨结构分布在所述耐磨件内，由于所述的陶瓷预制体或所述的陶瓷耐磨结构均为泡沫结构的半球体或球体，在受到外力作用时，基体能够给予外表面最大的支撑作用，耐磨性好，故将其与金属熔液通过浇铸复合在一起形成三维两相互通一体式结构的耐磨件，所述的陶瓷预制体或所述的陶瓷耐磨结构在所述耐磨件内的分布位置及排布方式根据所述耐磨件各部位执行摩擦动作的力度及数量进行配置，可在工业耐磨设备实际应用过程中，根据耐磨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种陶瓷预制体的制备方法，其特征是，所述陶瓷预制体用于耐磨设备的耐磨增强体，所述方法包括以下步骤：/n将可光固化3D打印陶瓷料浆基于光固化3D打印工艺制备陶瓷素坯，所述陶瓷素坯为泡沫结构的半球体或球体；/n所述陶瓷素坯经烧结、镀镍处理得陶瓷预制体。/n

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷预制体的制备方法，其特征是，所述陶瓷预制体用于耐磨设备的耐磨增强体，所述方法包括以下步骤：
将可光固化3D打印陶瓷料浆基于光固化3D打印工艺制备陶瓷素坯，所述陶瓷素坯为泡沫结构的半球体或球体；
所述陶瓷素坯经烧结、镀镍处理得陶瓷预制体。


2.根据权利要求1所述的陶瓷预制体的制备方法，其特征是，所述可光固化3D打印陶瓷料浆的原料，以重量份计，包括：
第一陶瓷粉体25-45份、第二陶瓷粉体6-10份、光固化树脂体系35-55份、分散剂1-10份、助剂0.1-1份，其中，第一陶瓷粉体为所述陶瓷预制体提供硬度，第二陶瓷粉体为所述陶瓷预制体提供韧性。


3.根据权利要求2所述的陶瓷预制体的制备方法，其特征是，第一陶瓷粉体包括Al2O3粉体，第二陶瓷粉体包括ZrO2粉体，光固化树脂体系包括丙烯酸树脂、光引发剂，其中，丙烯酸树脂与光引发剂的重量比为70-95：0.2-5。


4.根据权利要求3所述的陶瓷预制体的制备方法，其特征是，所述丙烯酸树脂包括二缩丙二醇丙烯酸酯、三缩丙二醇双丙烯酸酯、双酚A环氧丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯中的一种；
光引发剂包括TPO光引发剂、1173光引发剂、819光引发剂和659光引发剂中的一种或几种；
分散剂包括聚丙烯酸铵、磷酸三乙酯、蓖麻油、硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560中的一种或几种；
助剂包括流平剂、消泡剂、稀释剂中的至少一种。


5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伶，屈忠宝，陈学江，王再义，王营营，刘时浩，吕佳琪，徐丹丹，巩晓霖，
申请(专利权)人：中材高新材料股份有限公司，山东工业陶瓷研究设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37