[发明专利]一种叠层陶瓷水煤浆喷嘴的制备工艺

说明书

一、技术领域

本发明属于先进制造技术领域，涉及一种叠层陶瓷水煤浆喷嘴的制备工艺，该喷嘴特别适用于水煤浆锅炉燃烧器中的喷嘴。

二、背景技术

喷嘴是水煤浆燃烧器中的关键部件，其耐磨性能决定喷嘴的使用寿命，并直接影响水煤浆应用的生产效率和经济效益。水煤浆喷嘴工作时，具有内部温差大、冲蚀介质多相、冲蚀角度多变和内部多种应力并存等特点。水煤浆喷嘴不仅要充当雾化嘴对水煤浆进行雾化，而且要起到烧嘴的作用。由于水煤浆喷嘴不同部位的工作条件不一样，导致喷嘴入口、中间和出口部磨损不同。喷嘴出口部位面向高温的锅炉炉膛，强烈的热辐射使喷嘴端表面温度较高，易导致喷嘴内部出现较大的温度梯度和热应力，因此，水煤浆喷嘴出口部的磨损往往比喷嘴入口和中间部位严重的多。国内外常用的水煤浆喷嘴材料有耐热钢、硬质合金和陶瓷。耐热钢和硬质合金水煤浆喷嘴的硬度较低、耐磨性和耐热性较差。而陶瓷水煤浆喷嘴的硬度、耐磨性和耐热性比耐热钢和硬质合金高，但是陶瓷水煤浆喷嘴的抗热冲击能力较差。为此，急需寻求一种新的技术，来提高陶瓷水煤浆喷嘴出口部的抗热冲击能力，以延长其使用寿命。中国专利“专利号ZL 200510042269.7”报道了一种梯度功能陶瓷水煤浆喷嘴的制备工艺，该陶瓷水煤浆喷嘴的成分含有SiC和(W，Ti)C固溶体，通过控制陶瓷水煤浆喷嘴的成分，使(W，Ti)C固溶体的含量沿喷嘴轴向呈梯度变化，从而可缓解陶瓷水煤浆喷嘴在使用过程中的热应力，提高其抗热冲击能力。

三、发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种叠层陶瓷水煤浆喷嘴的制备工艺，该水煤浆喷嘴由两部分装配而成，出口部采用叠层陶瓷结构，入口部采用耐热钢。由于出口部陶瓷层间热膨胀系数的差异使得喷嘴出口部在热压烧结后形成一定的残余压应力，从而可缓解陶瓷水煤浆喷嘴出口部在使用过程中的热应力，提高其抗热冲击能力。

本发明是通过以下方式实现的。

一种叠层陶瓷水煤浆喷嘴的制备工艺，其特征是该水煤浆喷嘴由两部分装配而成，出口部采用叠层陶瓷结构，入口部采用耐热钢材质；出口部的陶瓷成分含有Al₂O₃、TiB₂和TiC，出口部陶瓷表层材料为Al₂O₃/TiB₂，中间叠层材料为Al₂O₃/TiC，叠层数量大于或等于2，其制备工艺步骤如下：

(1)以Al₂O₃为基体，以TiB₂和TiC为强化相，配置TiB₂含量为35％的Al₂O₃/TiB₂陶瓷复合粉末和TiC含量为55％的Al₂O₃/TiC陶瓷复合粉末(质量百分比)。

(2)将配置好的Al₂O₃/TiB₂和Al₂O₃/TiC复合粉末分别进行强化球磨，以乙醇作为介质，球磨时间100～150小时；

(3)将球磨好的Al₂O₃/TiB₂和Al₂O₃/TiC复合粉末分别放置真空干燥箱中干燥，干燥后采用200目的筛在有氮气保护的橱中过筛；

(4)将干燥好的Al₂O₃/TiB₂复合粉末装入凸状形的石墨模具中摊平，再装入Al₂O₃/TiC粉末，预压；重复以上操作2～10次；

(5)以氮气作为烧结气氛，在热压炉中采用热压烧结工艺制备叠层陶瓷，热压烧结温度范围为1600～1800℃，压力为32～35MPa，保温时间为10～30min；

(6)将热压烧结制备的凸形状的叠层陶瓷与凹型结构的耐热钢进行热装配，装配过程如下：先将耐热钢部分加热，其内孔直径受热而膨胀，然后将叠层陶瓷放入耐热钢内孔，再冷却至室温，使叠层陶瓷与耐热钢在冷却收缩的过程中紧紧地配合在一起，即可得到叠层陶瓷水煤浆喷嘴。