一种空调压缩机用陶瓷活塞及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高铝质含锆陶瓷活塞及其制备方法。其原料配比如下：活性工业Al2O3微粉45～70％，可塑性好、含Al2O3≥28％的粘土15～25％；锆英石2～8％，含K2O≥10％的钾长石4～12％，白云石2～8％，滑石1～10％，稀土氧化物0～3％；外加由聚乙烯醇及羧甲基纤维素等组成的增塑剂1～3％。将上述原料按配方要求称量、加水混合、细磨、压滤脱水、真空练泥、挤压成型，干燥至恒重，进行粗加工。将粗加工的坯件于1300℃左右烧成得到致密瓷件，再对其进行精加工，使之达到精度要求的陶瓷活塞。该活塞密度小、硬度大，用于空调压缩机中，可减小与之相配合的空调密封压缩机气缸或滚动活塞之间的摩擦磨损及功率损耗，能显著提高空调的热效率。

【技术实现步骤摘要】
一种空调压缩机用陶瓷活塞及其制备方法
本专利技术涉及压缩机
，具体地说，涉及一种空调压缩机用陶瓷活塞及其制备方法。
技术介绍
压缩机是各类空调及冰箱设备的心脏，也是这些设备节能挖潜的重要切入点。常见的空调变频压缩机主要有涡旋式和旋转式两种。对制冷量相对较小的冰箱、房间空调器和空调机组而言，旋转式压缩机因其体积小、重量轻、零件少、转速变化范围大、可靠性好、振动小、噪声低、运行效率较高，性能价格比较高，而备受人们欢迎。活塞是旋转式空调压缩机的关键部件。用于空调和冰箱的密封压缩机主要包括偏心部件和滚动活塞。偏心部件外周表面上装有滚动活塞。由电机通过偏心部件带动滚动活塞旋转，自由转动的滚动活塞绕气缸在偏心部件引导下做偏心滚转，外壳向内设置滑片，滑片圆弧端部紧紧压在滚动活塞的外表面，始终保持与滚动活塞外表面接触，使气缸分为吸气腔和压缩腔。电机通过曲轴回转带动滚动活塞旋转运动，同时带动滑片在滑片槽内往复运动，气缸重复作吸气、压缩、排气及余隙膨胀等工作，从而完成空调及冰箱的温度调节作用。在空调及冰箱的密封压缩机结构中，滑片的顶端和活塞外表面是滑动接触。现在大多数空调及冰箱压缩机的活塞都采用不锈钢或铸铁等材料制备，这存在以下不足：1)制冷空调及冰箱压缩机的使用寿命要求在10年左右，金属材料的耐磨性能不理想，长时间磨损后，会造成严重的损耗，有时甚至会在滑片顶端掉落金属屑，而金属屑又可能会卡住压缩机，而对压缩机造成损害。陶瓷材料耐磨性好，可提高空调压缩机的使用寿命。2)压缩机中的活塞是空调的重要核心部件，不锈钢或铸铁密度高，长时间运行，能量消耗较大。而陶瓷材料密度低，不到金属材料的1/2，可显著降低压缩机工作过程中的能耗。3)金属滑片导热性好，绝热性能不佳，降低了空调及冰箱的热交换效率。而陶瓷活塞绝热性能好，重量轻，是压缩机活塞理想的材料。申请号为201410025579.7的专利技术专利公开了一种旋片式压缩机用陶瓷滑片及其制备方法，提出了旋转式压缩机用陶瓷滑片材料的配方范围为：Al2O3粉末：90～99.9％；Y2O3粉末：0.1～10％；SiO2粉末：0～1％；CeO2粉末：0～1％；Li2O粉末：0～1％；MOS2粉末：0～1％。要求这些原料的平均粒度≤100nm。制备工艺过程包括了以下步骤：1)采用共沉淀法分别制备Al2O3粉末；Y2O3粉末；SiO2粉末；CeO2粉末；LiO2粉末；MOS2粉末；2)再将所制得的各种纳米粉末与成型剂(0.8～1.2重量％的聚乙烯醇)混炼成具有热流动性的喂料；3)喂料在注塑机中注塑成型，得到坯体；4)再通过对坯体进行加热，排出成型剂；5)在1400-1600℃烧结得到相应产品。该专利技术强调可通过选择热压烧结法、热等静压法、反应烧结法和微波烧结法的至少一种进行所述烧结，并优选采用热压烧结法和热等静压法进行烧结。该专利技术产品用于密封空调压缩机中，可获得良好的磨损性能，减小和与之相配合的密封空调压缩机气缸或滚动活塞之间的磨损及摩擦损耗，而且绝热性好，提高了空调的热交换效率。该专利技术用陶瓷制造空调压缩机活塞，具有很好的创新性。但该专利技术所用的原料平均粒度≤100nm，还要通过共沉淀法及其它方法合成制备原料粉末，制造流程长、工艺复杂，导致原材料价格昂贵：该专利技术采用注射成型法成型，采用热压烧结法、热等静压法、反应烧结法和微波烧结法的至少一种烧成，制造过程复杂，成本高。此外，该专利技术没有涉及陶瓷件的精加工。根据空调压缩机特征，研制可实现工业化生产的陶瓷活塞，具有重要的意义。
技术实现思路
根据现代陶瓷制备技术，本专利技术有针对性地进行了组合创新，克服了现有技术中的不足，提供了一种空调压缩机用陶瓷活塞的制备方法，所制备的材料硬度高、耐磨性好、绝热性优良。所制备的材料密度为2.9～3.2g/cm3，减轻了活塞的重量，提高了空调器的能量利用效果。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种用于空调压缩机的陶瓷活塞，其原料配方如下：活性工业氧化铝微粉：45～70wt％；粘土：15～25wt％；硅酸锆；2～8wt％；长石：4～12wt％；白云石：2～8wt％；滑石：1～10wt％；稀土：0～3wt％；增塑剂(外加)：1～3wt％。配方中所用到的稀土为氧化镧与氧化钇中的一种或两种的复合物。配方中所用到的粘土Al2O3含量大于28％，可塑性指标≥2.0或可塑性指数≥20。所述的增塑剂由聚乙烯醇及羧甲基纤维素等组成。一种用于空调压缩机的陶瓷活塞，其制备工艺工程如下：按配方要求，精确称量所需的各种原料，置于研磨机中加水混合、细磨，达到规定的粒度要求后，压滤脱水、真空练泥、挤压成型、干燥，获得了抗折强度大于6MPa的干坯。对干坯进行适当的粗加工，再于1300℃左右温度下烧成，得到了瓷件，再对瓷件进行系列精加工，即为成品的陶瓷活塞；一种用于空调压缩机的陶瓷活塞，其制备工艺中所用到的研磨机主要是球磨机、搅拌磨及砂磨机的一种或多种的组合；一种空调压缩机的陶瓷活塞，在其制备工艺过程中，采用两段机加工，使之在满足加工精度的前提下，尽可能减少精加工的工作量，以降低制造成本。为了有效地实现两段机加工，需要尽可能稳定工艺过程，精确测定坯体的干燥收缩率与烧成收缩率。用本专利技术公开的方法制备的陶瓷活塞，不仅具有很高硬度、很好的耐腐蚀性能及较低的摩擦系数，用于密封空调压缩机中，可获得良好的磨损性能，减小与之相配密封空调压缩机气缸或滚动活塞之间的磨损及磨擦损耗，从而提高空调压缩机的功效。本专利技术的突出特征，采用价廉易得的工业原料，采用类似于普通陶瓷的生产工艺方法，通过严格的工艺过程控制，在精确测定干燥收缩率和烧成收缩率基础上，采用对干燥后的毛坯进行粗加工，再对烧成后的致密瓷件进行精加工的“两段加工”模式，提高了产品的合格率，降低了生产成本。实施实例：以活性氧化铝微粉、高可塑性与高结合性高岭土、硅酸锆、钾长石、白云石、煅烧滑石、氧化镧、氧化铈等为原料，配制了5个配方，其配方表见表1，相应的化学组成列于表2中。塑化剂为外加的，没有计算到配方组成之中。对每个配方都进行了材试制，获得了可用于装机的陶瓷活塞。表1陶瓷活塞的配方表(wt％)表2实施实例5个配方的化学组成根据所设计的配方，精确称量各种原料，置于球磨机中加水混合、细磨，直到料浆中原料粒度D50≤10μm时，放浆，压滤脱水、真空练泥、挤压成型、干燥，获得了抗折强度大于6MPa的干坯。对干坯进行适当的粗加工，再于1300℃左右温度下烧成，得到了致密瓷件，再对瓷件进行系列精加工，即为成品的陶瓷活塞。上述5个配方的陶瓷均可在1300℃下烧熟，所得到的陶瓷试条的抗折强度均≥175MPa，且具有很高硬度、很好的耐磨性及较低的摩擦系数，用于空调的密封压缩机中，可显著减小与之相配密封空调压缩机气缸或滚动活塞之间的磨损及磨擦损耗，从而提高空调压缩机的功效及使用寿命。本专利技术的关键点之一，在于陶瓷活塞制备工艺过程中，需要对坯体进行两段机加工，使之在满足加工精度的前提上，尽可能减少精加工的量，以降低制造成本。为了保证加工的精度，需要尽可能稳定工艺过程，干坯强度要达到6MPa以上，并要求精确测定坯体的干燥收缩率与烧成收缩率。最后应说明的是：以上仅为本专利技术的优选实施例而己，并不用于限制本专利技术.尽管参照实施例对本专利技术进行了详细的说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于空调压缩机的高铝质含锆陶瓷活塞，其特征在于，制备该材料的原料配方如下：活性氧化铝微粉：45～70wt％；粘土：15～25wt％；硅酸锆(锆英石)：2～8wt％；含K2O≥10％的钾长石：4～12wt％；白云石：2～8wt％；滑石：1～10wt％；稀土氧化物：0～3wt％；增塑剂(外加)：1～3wt％。

【技术特征摘要】
1.一种用于空调压缩机的高铝质含锆陶瓷活塞，其特征在于，制备该高铝质含锆陶瓷活塞的原料配方如下：活性氧化铝微粉：45～70wt%；粘土：15～25wt%；硅酸锆：2～8wt%；含K2O≥10%的钾长石：4～12wt%；白云石：2～8wt%；滑石：1～10wt%；稀土氧化物：0～3wt%；增塑剂：1～3wt%；该高铝质含锆陶瓷活塞制备工艺过程如下：按配方要求精确称量所用的各种原料，置于研磨机中加水混合、细磨，直到料浆中原料粒度D50≤10μm时，再压滤脱水、真空练泥、挤压成型、干燥，可得到抗折强度≥6MPa的干坯，对其进行粗加工；再于1300℃下烧成，获得致密化的瓷件；再对瓷件进行精加工，即可获得陶瓷活塞。2.根据权利要求1所述的一种用于空调压缩机的高铝质含...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉平，李骏驰，郭永，夏宗禹，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43