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・ml/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K I C $4.8MPa ・ml/2抗弯强度$290MPa导热系数20W/m.K热膨胀系数：7.2X10 -6m/m.K耐磨陶瓷是以A12O3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A12O3,是由铝矶土(A12O・3H20)和硬水铝石制备的， 对于纯度要求高的A12O3, —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A12O3、贝塔A12O3、伽马A12O3其结构 不同性质也不同，在13OO°C以上的高温时几乎完全转化为阿尔法 Al2O3表1.2常用A1O陶瓷性能奥來石規別卫-莫来石瓷刚工瓷75^90瓷1)5湮99瓷99.S 瓷主晶相AjSjfAjSji ct-AljOju Al2O5密度3.032-3.4>3.403.503.903 90窃曲很度〔MPa)160-200250—3003002KO-35035037Q-450膨脈系数(lo^r4)3.2 〜3.8.5.0-5.55.5-5.76.7导热系数(WmK-'(20r))-16.R25.225.2292烧结温诜＜V)135CH201360±20165（R2O1700^20（表中 A3S2 指 3A1O ・ 2SiO2）四、工艺流程氧化铝陶瓷是一种以A12O3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%— 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A12O3,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A12O3的预烧质量影响也很大温度在1450°C以下， 在不同气氛中预烧A12O3，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，Na20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A12O32. 磨细预烧过的A12O3需要进行磨细细度要求比表面积一般大于 7000cm2/go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4p m的颗粒应很少，因为当5p m的颗粒含量大 于10%〜15%时，就会影响到它的烧结性；小于l“m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A12O3等配置）表 按主晶相矿物名称分类的陶瓷及其相组成瓷料类别Al2°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%, — 般不含刚玉（有时含10%〜 20%刚玉）10% 〜40%刚玉一莫来 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%, — 般不含莫来石（或只含10% 莫来石晶体）10% 〜20% 以下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°C但是根据产品的不同性能，加入不同类型和不同量的添加剂，可以降低烧成温度，促进烧结。
添加剂可以分为两类：一类为解凝剂，用于改善注浆坯料的 流动性，使其在低水分时粘度适当便于浇注；一类为塑化剂，由 粘合剂，增塑剂和溶剂合成，用于增加瘠性坯料的可塑性和坯体 强度第一类添加剂如：如HCl,用于Al2O3,TiO2等，可通过调 整瘠性料浆的 pH 值来控制料浆的流动性第二类添加剂中,粘合剂具有较高粘结能力,可改善坯料的 可塑性如阿拉伯胶,石蜡,聚乙烯醇,酚醛树脂等增塑剂用 来溶解有机粘合剂和湿润坯料颗粒,多是有机的醇类或酯类溶 剂,能溶解粘合剂和增塑剂,有水,有机醇,汽油等加入的添加剂包括HC1,石蜡，有机醇5．成型 凝胶注模成型氧化铝陶瓷的成型方法通常是根据产品的形状、厚薄、大小 及性能要求进行选择成型方法不同，选择的制备原料也不同成型是陶瓷生产过程的一个重要步骤成型过程就是将分散 体系(粉料、塑性物料、浆料)转变成为具有一定几何形状和强度 的块体，也称素坯成型的方法很多，但是总的来说可归纳为干 法成型和湿法成型两种不同形态的物料应用不同的成型方法 究竟选择哪一种成型方法取决于对制品各方面的要求和粉料的自 身性质(如颗粒尺寸、分布、表面积等)凝胶注模成型工艺过程如下 :首先将有机单体与水配制成一定浓度的预混液，陶瓷粉末悬浮于其中制成浆体，然后加入适量的催化剂或者 引发剂搅拌均匀，浇注或注射入模，将体内的有机单体在引发剂、 催化剂等的作用下发生聚合反应形成网状结构将陶瓷粉体包裹， 成为由大分子网络定型的陶瓷坯体。
坯体经干燥、排胶、烧结得 到致密产品1) 配制单体预混液标准工艺的凝胶体系为水溶性丙烯酞胺凝胶体系，该体系以丙烯酞胺(AM)为单体，N，N-二甲基双丙烯酞胺(MBAM)为交联剂这 2 种单体按一定配比溶入适量的去离子水中，配制成预混 液(一般预混液中的单体质量浓度为 15%，AM:MBAM=24:l)2) 制备陶瓷浆体将陶瓷粉末和适量的分散剂加入预混液中，调制成一种高固 相含量的陶瓷悬浮液决定陶瓷浆体质量的关键因素有 2 方面:一是陶瓷粉末的固 相含量;二是浆体流动性固相含量直接决定成型坯体的密度，高 固相含量还可以减少坯体在干燥过程中的收缩和翘曲，提高烧成 密度，因此要尽可能提高固相含量研究发现，阴离子型聚电解 质是ai2o3凝胶注模成型的理想分散剂3) 注浆及凝胶反应在浆体中加入适量的引发剂和催化剂，搅拌均匀后真空除去 内部气体，注浆入模，模具内的浆料在引发剂或热作用下发生凝 胶反应而固化成型 0.5~1h 后脱模得到陶瓷坯体一般用质量分数为5%的过硫酸胺(APS)水溶液作为引发剂，N, N，N，N-四甲基乙酞胺(TEMED)为催化剂模具的材质可以 是聚合物、腊、金属或者玻璃，可根据需要设计为任意理想的形 状。
4) 坯体干燥该工序是凝胶注模成型工艺中关键且最耗时的一步干燥的 实质是水分扩散和溢出表面的过程为了避免坯体收缩不匀造成 翘曲和开裂等现象，初期干燥须在低温和高湿度的条件下进行， 一般控制湿度大于 90%当坯体收缩至内部固相颗粒相互接触以 后，收缩现象停止，这时可以提高温度或降低湿度继续干燥，以 缩短干燥周期5)坯体加工工艺的一个突出优点是干燥坯体的强度高，其拉伸强度一般 大于3MPa，超过干法成型坯体强度的5倍之多，有的甚至达 8MPa因此可对坯体进行更复杂的加工，如钻孔、高精度切削、 计算机数控加工等，设计轴套更是可以6)排胶与排蜡工艺中粘合剂的含量很少，因此无需专门而严格的排胶工序排胶可以独立进行也可以和烧结过程同时进行对于ai2o3坯体, 聚合物的裂解在600°C以前即可进行完全，但在氮气中会有6%的 残留在烧结之前还需要把坯体中的石蜡排出称为排蜡具体方法 是，把素坯埋入装有煅烧好的氧化铝细粉的匣钵中，然后逐渐升 温，最后在 1050 度左右温度下排蜡在升温过程中要特别注意 200~600 度这个温度区，在这个温度区中，石蜡要从坯体中排出 并燃烧因此升温速度要缓慢，否侧易造成变形和开裂。
素烧温 度不宜太低或者太高太低则素坯强度不够，不利于修坯；太高 则由于坯体过硬或与埋粉粘结，不容易加过6．烧结烧结对氧化铝陶瓷的密度及结构影响很大，并进而影响到产 品的性能一般认为获得微晶结构有利于提高氧化铝陶瓷性能， 因此，有人主张采用高温快速烧结当然还要根据产品的大小和 厚薄来确定具体的工艺，一般大型和厚胎制品升温速度要慢，时 间要长，否则易产生开裂现象影响氧化铝陶瓷烧结性能的因素。