一种用于耐磨陶瓷釉料生产加工的参数优化方法与流程

本发明涉及陶瓷加工，具体是涉及一种用于耐磨陶瓷釉料生产加工的参数优化方法。

背景技术：

1、氮化硅陶瓷材料作为一种无机非金属材料，具有硬度大、耐高温性能、耐磨性高、耐腐蚀、绝缘以及较小的热膨胀系数等优异的性能特点。同时，氮化硅陶瓷材料与钢材之间的黏附力小，在长期的滑动摩擦下，表现出优异的自润滑效果；由于氮化硅陶瓷材料具有较小的热膨胀系数，使得其能够在骤热骤冷的恶劣工作环境中依然能保证稳定的材料性能。因此，氮化硅陶瓷材料特别适合用于高速、高温、磨损严重等工况下使用，十分适合用于冶金行业中耐磨零部件的生产与应用。

2、但是，氮化硅陶瓷其高耐磨、耐腐蚀等优异性能伴随的一大缺点是其具备较高的脆性。相较于传统的金属材料，氮化硅陶瓷材料制品在使用过程中容易发生脆性断裂而导致相关生产线的暂停运行。即便如此，氮化硅陶瓷材料制导辊在相应的生产线中仍然表现出了比传统金属更长的使用寿命时间。因此，如何在有效保障氮化硅陶瓷材料高耐磨、耐腐蚀等优点的前提下，提高氮化硅陶瓷材料的断裂韧性成为现阶段亟待解决的关键问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，提供一种用于耐磨陶瓷釉料生产加工的参数优化方法，本技术方案解决了上述背景技术中提出的问题。

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种用于耐磨陶瓷釉料生产加工的参数优化方法，包括：

4、对原始粉料按设定比例进行称重，并进行原料预处理，所述原始粉料包括氮化硅陶瓷、基础烧结助剂氧化铝、增强相金属钨和碳纤维；

5、获取气压烧结工艺过程中各阶段的影响参数，所述影响参数包括升温速率、阶段压强、保温温度、保温时长和降温速率；

6、基于各阶段的影响参数变化利用气压烧结工艺法进行至少一组第一对照实验，得到各组第一陶瓷样品；

7、计算各组第一陶瓷样品的保型率，输出保型率最高的第一对照实验对应各阶段的影响参数为最佳参数组；

8、基于原始粉料比例变化利用最佳参数组进行至少一组气压烧结工艺第二对照实验，得到各组第二陶瓷样品；

9、通过对各组第二陶瓷样品进行低破坏性测试，计算各组第二陶瓷样品的低破坏性样品性能，所述低破坏性样品性能为样品相对密度、维氏硬度和耐磨性；

10、通过对各组第二陶瓷样品进行高破坏性测试，计算各组第二陶瓷样品的高破坏性样品性能，所述高破坏性样品性能为弯曲强度和断裂韧性；

11、基于各组第二陶瓷样品的低破坏性样品性能和高破坏性样品性能，利用权重分配公式计算各组第二陶瓷样品的性能得分，输出性能得分最高的第二对照实验对应原始粉料比例为最佳比例；

12、判断最佳比例下的第二陶瓷样品的性能得分是否高于设定得分阈值，若是，则不作输出，若否，则重新设置原始粉料比例并进行气压烧结工艺第三对照实验。

13、优选的，所述对原始粉料按设定比例进行称重，并进行原料预处理具体包括：

14、设定原始粉料比例和球磨时间；

15、按设定原始粉料比例将原始粉料、磨球及球磨介质无水乙醇倒入球磨罐中；

16、将球磨罐固定在转盘上并在设定球磨时间内正反转交替球磨；

17、将球磨好的浆料放置于工业用烘干箱中，在烘干阶段利用60℃烘至无水乙醇基本蒸发；

18、将烘干后的坯料放置于粉碎机中进行粉碎，并依次经过50目和100目筛，进行过筛造粒处理。

19、优选的，所述基于各阶段的影响参数变化利用气压烧结工艺法进行至少一组第一对照实验，得到各组第一陶瓷样品具体包括：

20、设置各组对照实验的各阶段影响参数值；

21、向烧结炉内通入氮气，将炉内压强升至第一阶段压强；

22、以第一升温速率升温至第一保温温度，保温时长设为第一保温时长；

23、继续通入氮气加压至第二阶段压强；

24、以第二升温速率升温至第二保温温度，保温时长设为第二保温时长；

25、以第三升温速率升温至第三保温温度，保温时长设为第三保温时长；

26、以第一降温速率降温至第四保温温度，保温时长设为第四保温时长；

27、以第二降温速率降温至第五保温温度，保温时长设为第五保温时长；

28、烧结炉自然降温至室温，将炉内压强降至常压；

29、开炉取出烧结完成的各组第一陶瓷样品。

30、优选的，所述计算各组第一陶瓷样品的保型率，输出保型率最高的第一对照实验对应各阶段的影响参数为最佳参数组具体包括：

31、对各组第一陶瓷样品进行建模，得到各组第一陶瓷样品模型；

32、获取标准陶瓷模型；

33、利用保型率公式计算得到各组第一陶瓷样品的保型率；

34、输出保型率最高的第一对照实验对应各阶段的影响参数为最佳参数组；

35、所述保型率公式包括：

36、，

37、式中，为第i组第一陶瓷样品的保型率，为第i组第一陶瓷样品模型与标准陶瓷模型的重合部分体积，为标准陶瓷模型总体积。

38、优选的，所述通过对各组第二陶瓷样品进行低破坏性测试，计算各组第二陶瓷样品的低破坏性样品性能具体包括：

39、采用排水法计算各组第二陶瓷样品的体积密度；

40、基于各组第二陶瓷样品的体积密度利用相对密度公式计算各组第二陶瓷样品的样品相对密度；

41、将各组第二陶瓷样品分别放置在维氏硬度计的金刚石压头正下方，设定法向载荷和受力时间；

42、取至少两个不同区域进行硬度测试；

43、通过光学显微镜观察表面压痕，记录对应压痕的对角线长度；

44、利用维氏硬度计算公式计算各组第二陶瓷样品的维氏硬度；

45、选用商用氮化硅陶瓷球作为摩擦器；

46、设定摩擦法向载荷、滑动频率、摩擦行程和摩擦时间；

47、采用干滑动往复摩擦的方式，对各组第二陶瓷样品至少一处进行摩擦测试；

48、测量摩擦测试后各组第二陶瓷样品表面的摩擦系数；

49、利用耐磨性公式计算各组第二陶瓷样品的耐磨性；

50、将各组第二陶瓷样品的样品相对密度、维氏硬度和耐磨性合并输出为各组第二陶瓷样品的低破坏性样品性能；

51、所述体积密度为：

52、，

53、式中，为第i组第二陶瓷样品的体积密度，为第i组第二陶瓷样品的质量，为第i组第二陶瓷样品吸水后的质量，为第i组第二陶瓷样品的浮重，为蒸馏水的密度；

54、所述相对密度公式为：

55、，

56、式中，为第i组第二陶瓷样品的相对密度，为第i组第二陶瓷样品的体积密度，为陶瓷样品的理论密度；

57、所述维氏硬度计算公式为：

58、，

59、式中，为第i组第二陶瓷样品的维氏硬度，为设定法向载荷，为第i组第二陶瓷样品表面压痕的对角线长度的算术平均值；

60、所述耐磨性公式为：

61、，

62、式中，为第i组第二陶瓷样品的耐磨性，为第i组第二陶瓷样品第j处的摩擦系数，为第i组第二陶瓷样品进行摩擦测试的次数。

63、优选的，所述通过对各组第二陶瓷样品进行高破坏性测试，计算各组第二陶瓷样品的高破坏性样品性能具体包括：

64、将各组第二陶瓷样品割去一部分并加工为两份设定尺寸的长方体样品；

65、采用三点弯曲法对各组长方体样品其中一份两端及中间进行施压；

66、记录样品断裂前一刻的最大载荷为第一断裂载荷；

67、利用弯曲强度公式计算各组第二陶瓷样品的弯曲强度；

68、采用单边切口梁法在各组长方体样品其中一份中部开一个小型切口作为预置裂纹；

69、对长方体样品两端进行施压，并记录样品断裂前一刻的最大载荷为第二断裂载荷；

70、利用断裂韧性公式计算各组第二陶瓷样品的断裂韧性；

71、将各组第二陶瓷样品的弯曲强度和断裂韧性合并输出为各组第二陶瓷样品的高破坏性样品性能；

72、所述弯曲强度公式为：

73、，

74、式中，为第i组第二陶瓷样品的弯曲强度，为第i组第二陶瓷样品的第一断裂载荷，为长方体样品的长度，为长方体样品的高度，为长方体样品的宽度；

75、所述断裂韧性公式为：

76、，

77、式中，为第i组第二陶瓷样品的断裂韧性，为第i组第二陶瓷样品的第二断裂载荷，为切口长度。

78、优选的，所述基于各组第二陶瓷样品的低破坏性样品性能和高破坏性样品性能，利用权重分配公式计算各组第二陶瓷样品的性能得分，输出性能得分最高的第二对照实验对应原始粉料比例为最佳比例具体包括：

79、获取各低破坏性样品性能和高破坏性样品性能的得分权重；

80、基于所述得分权重利用权重分配公式计算各组第二陶瓷样品的性能得分；

81、输出性能得分最高的第二对照实验对应原始粉料比例为最佳比例；

82、所述权重分配公式为：

83、，

84、式中，为第i组第二陶瓷样品的性能得分，，，，，分别为样品的相对密度、维氏硬度、耐磨性、弯曲强度和断裂韧性，分别为样品相对密度、维氏硬度、耐磨性、弯曲强度和断裂韧性的得分权重。

85、优选的，所述判断最佳比例下的第二陶瓷样品的性能得分是否高于设定得分阈值具体包括：

86、获取最佳比例下的第二陶瓷样品的性能得分；

87、设定得分阈值；

88、判断最佳比例下的第二陶瓷样品的性能得分是否高于设定得分阈值，若是，则不作输出，若否，则重新设置原始粉料比例并进行气压烧结工艺第三对照实验。

89、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

90、针对氮化硅陶瓷作为冶金领域耐磨材料的实际应用需求，通过向陶瓷材料中添加一种或多种增强相组合增韧的方式，将金属钨和碳纤维进行组合搭配作为增强相按一定的梯度添加到氮化硅陶瓷材料中制备多相复合氮化硅陶瓷材料，调控微观结构、改善氮化硅陶瓷材料的力学性能，特别是断裂韧性以及摩擦磨损性能，满足实际生产过程中的需求。

技术特征：

1.一种用于耐磨陶瓷釉料生产加工的参数优化方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种用于耐磨陶瓷釉料生产加工的参数优化方法，其特征在于，所述对原始粉料按设定比例进行称重，并进行原料预处理具体包括：

3.根据权利要求2所述的一种用于耐磨陶瓷釉料生产加工的参数优化方法，其特征在于，所述基于各阶段的影响参数变化利用气压烧结工艺法进行至少一组第一对照实验，得到各组第一陶瓷样品具体包括：

4.根据权利要求3所述的一种用于耐磨陶瓷釉料生产加工的参数优化方法，其特征在于，所述计算各组第一陶瓷样品的保型率，输出保型率最高的第一对照实验对应各阶段的影响参数为最佳参数组具体包括：

5.根据权利要求4所述的一种用于耐磨陶瓷釉料生产加工的参数优化方法，其特征在于，所述通过对各组第二陶瓷样品进行低破坏性测试，计算各组第二陶瓷样品的低破坏性样品性能具体包括：

6.根据权利要求5所述的一种用于耐磨陶瓷釉料生产加工的参数优化方法，其特征在于，所述通过对各组第二陶瓷样品进行高破坏性测试，计算各组第二陶瓷样品的高破坏性样品性能具体包括：

7.根据权利要求6所述的一种用于耐磨陶瓷釉料生产加工的参数优化方法，其特征在于，所述基于各组第二陶瓷样品的低破坏性样品性能和高破坏性样品性能，利用权重分配公式计算各组第二陶瓷样品的性能得分，输出性能得分最高的第二对照实验对应原始粉料比例为最佳比例具体包括：

8.根据权利要求7所述的一种用于耐磨陶瓷釉料生产加工的参数优化方法，其特征在于，所述判断最佳比例下的第二陶瓷样品的性能得分是否高于设定得分阈值具体包括：

技术总结
本发明公开了一种用于耐磨陶瓷釉料生产加工的参数优化方法，涉及陶瓷加工技术领域，包括：对原始粉料按设定比例进行称重，并进行原料预处理；获取气压烧结工艺过程中各阶段的影响参数；利用气压烧结工艺法进行对照实验；输出保型率最高的对照实验对应各阶段的影响参数为最佳参数组；计算各组第二陶瓷样品的低破坏性样品性能和高破坏性样品性能；利用权重分配公式计算各组第二陶瓷样品的性能得分，输出性能得分最高的第二对照实验对应原始粉料比例为最佳比例；判断最佳比例下的第二陶瓷样品的性能得分是否高于设定得分阈值。通过生产加工的各类参数控制，计算得到气压烧结工艺过程中各阶段的影响参数最佳值。

技术研发人员：周存华,霍培樑,周晓宇,周鹏飞
受保护的技术使用者：江西省千陶新型材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23