氧化铝陶瓷耐磨轴套课程设计

课程设计

题目：氧化铝陶瓷耐磨轴套设计

设计者：黄淑倩

班级：无机09—2班

指导教师：何秀兰

课程设计报告

一、任务来源

陶瓷套筒——耐磨轴套

在运动部件中，因为长期的磨擦而造成零件的磨损，当轴和孔的间隙磨损到一定程度的时候必须要更换零件，因此设计的时候选用硬度较低、耐磨性较好的材料为轴套或衬套，这样可以减少轴和座的磨损，当轴套或衬套磨损到一定程度进行更换，这样可以节约因更换轴或座的成本。

轴套一般起滑动轴承作用。为了节约材料根据轴承需要的轴向载荷设计轴套的壁厚。轴套有开口和不开口之分，这要根据结构的需要。一般轴套不能承受轴向载荷，或只能承受较小的轴向载荷。或加推力轴承。轴一般是圆的。

轴套一般起轴向定位作用，端部与齿轮轴承等零件以压应力接触．

有时因轴要与密封圈等标准件配合，又要保证中部零件能穿过轴端，就做轴套与密封圈配合轴可以做细以保证零件穿过．轴套用在不同的场合会有不同的用途,可以轴向定位,可以减磨减振,也可以用于将轴与有害介质隔离使轴增寿耐用等

二、性能要求

要求耐磨性好，强度在500MPa左右，断裂韧性为4MPa·m1/2，规格为：直径200mm，壁厚30mm

三、原料选择

按性能要求选择氧化铝为原料：

项目指标

氧化铝[2]含量≥90%

密度≥3.5 g/cm3

洛氏硬度≥80 HRA

抗压强度≥850 Mpa

断裂韧性KΙ C ≥4.8MPa·m1/2

抗弯强度≥290MPa

导热系数 20W/m.K

热膨胀系数：7.2×10-6m/m.K

耐磨陶瓷是以Al2O3为主要原料，以稀有金属氧化物为熔剂，经一千七百度高温焙烧而成的特种刚玉陶瓷，再分别用特种橡胶和高强度的有机/无机粘合剂组合而成的产品。

工业Al2O3，是由铝矾土(Al2O·3H20)和硬水铝石制备的，对于纯度要求高的Al2O3，一般用化学方法来制备。

Al2O3有许多同质异晶体，目前已知的有10多种，主要有3种晶型，即阿尔法Al2O3 、贝塔Al2O3 、伽马Al2O3 。其结构不同性质也不同，在1300℃以上的高温时几乎完全转化为阿尔法Al2O3。

四、工艺流程

氧化铝陶瓷是一种以Al2O3为主晶相的陶瓷材料，其氧化铝含量一般在75％～99％之间。习惯上以配料中氧化铝的含量进行分类，氧化铝含量在75％左右的为"75瓷”，含量在99％的为“99瓷”等。刚玉·莫来石瓷的氧化铝含量在70％以上，刚玉瓷的氧化铝含量在90％以上，一般刚玉瓷和刚玉—莫来石瓷称为氧化铝瓷。

氧化铝陶瓷根据不同类型、不同性能要求，以及产品的不同形状、大小和厚薄等，制造方法也有所不同，但大体经过下列工

艺过程：

原料煅烧——磨细——配方——加粘结剂——成型——素烧——修坯——烧结——表面处理

1．原料煅烧

由于工业氧化铝原料通常伽马氧化铝，最稳定的为阿尔法氧化铝，因此，用氧化铝粉末制成氧化铝陶瓷前，必须对氧化铝粉末进行预烧，或称为煅烧。

(1)预烧的目的

预烧可以排除氧化铝原料中的氧化钠，使伽马氧化铝全部转化为阿尔法氧化铝，提高原料的纯度及产品质量。

(2)预烧的方法

从实际情况来说，预烧方法不同，添加物不同，气氛不同，温度不同，预烧质量也不一样。因此，预烧是氧化铝陶瓷生产中一个重要的环节。

工业Al2O3的预烧通常要加入适量的添加物，如H3BO3、NH4F、A1F3等，加入量一般为o．3％一3％。主要目的是为了除去碱法生产工业氧化铝时含有的杂质Na2O。

预烧质量与预烧温度有关。预烧温度偏低，就不能完全转变成阿尔法Al2O3，若预烧温度过高，就发生烧结，不易粉碎，且活性降低。

采用H3BO3添加剂，加入1%~3%，预烧温度在1400~1450度左右保温2~3小时，其反应如下：

Na2O+2H3BO3=Na2B2O4+3H2O

气氛对Al2O3的预烧质量影响也很大。温度在1450℃以下，在不同气氛中预烧Al2O3，其Na2O的含量也不相同。

根据实践，在采用分解氨的方法得到的还原气氛炉中预烧，预烧温度为1500~1550度，Na2O可以完全排除。

(3)预烧质量的检验

光学显微镜法

此法是根据折射率的不同来判断转化的情况。一般采用折射率为1.730的二碘甲烷作测定折射率用油。在偏光显微镜下。如果测得折射率小于1．730的则属于Al2O3。

2. 磨细

预烧过的Al2O3需要进行磨细。细度要求比表面积一般大于7000cm2/g。用于注浆成型粉料的粒径小于2um的占70%~85%。Al2O3的颗粒细度对产品性能有很大的影响。根据资料介绍，对刚玉瓷，大于4μm的颗粒应很少，因为当5μm的颗粒含量大

于10％～15％时，就会影响到它的烧结性；小于1μm 的颗粒应为15％一30％，若大于40％，烧结时会出现二次重结晶，晶粒发育较大。

球磨工艺，一般有两种方法，即湿磨和干磨。一般来说湿磨效率较高，工业生产选用湿法球磨，水分含量为25%。干磨时需要加入助磨剂，如油酸等，加入量一般为1％～3％，其目的是防止粘结，起表面改性作用，提高球磨效率。

3．配方

氧化铝陶瓷根据其应用要求不同，配方组成也不同。通常依照Al2O3含量的不同，分为75瓷、80瓷、 95瓷、99瓷等。下表列出了按主晶相矿物名称分类的氧化铝陶瓷及其相组成。

选用“95瓷”，配方：

Al3O2 93%（wt ）

矿化剂 7%（由SiO2*CaO 和Al2O3等配置）

表 按主晶相矿物名称分类的陶瓷及其相组成

4.加粘结剂

纯氧化铝陶瓷实际上是很难烧结的，而且温度高，达到1800℃。但是根据产品的不同性能，加入不同类型和不同量的添瓷料类别

Al 2O 3含量（%）

相 组 成

结晶相

玻璃相 莫来石瓷

45～70 莫来石含量55%～90%，一般不含刚玉（有时含10%～

20%刚玉）

10%～40% 刚玉—莫来石瓷 70～90 莫来石和刚玉总含量

80%～90%

10%～20% 刚玉瓷 90～99.9 刚玉含量80%～100%，一

般不含莫来石（或只含10%

莫来石晶体）

10%～20%以下