用作喷嘴的陶瓷材料有多种，常用的是氧化铝、碳化硅陶瓷等。氧化铝陶瓷喷嘴的制备技术成熟，价格低，但由于硬度低，其耐磨性、耐冲刷能力较差，多用于喷砂工作量不大的场合。碳化硅陶瓷的使用寿命是氧化铝陶瓷的3～5倍，普通钢材的10~倍。由于碳化硅陶瓷所具有的高硬度、耐腐蚀性以及较高的高温强度，使得碳化硅陶瓷得到了广泛的应用，如耐火材料、密封件、喷嘴等。

由于工厂目前所用的喷嘴大多是由钢材制成的，耐冲刷、耐磨性较差，喷砂机在工作的过程中，喷嘴的内圆面就会磨损变成椭圆状，大大影响了喷砂机的工作质量，并且工作一两个小时就需要更换；而碳化硅陶瓷部件的耐磨性好、耐冲刷能力高，工作寿命延长，工作效率提高。本试验采用无压烧结法，在合理的烧结工艺下，采用亚微米α-SiC陶瓷粉料，经模压成型制备耐磨、耐冲刷的碳化硅陶瓷喷砂嘴。

01原材料制备

本试验选用宁夏机械研究院生产的的纯度≥98%的亚微米α-SiC粉为原料，其平均粒径为0.65um（粉料粒度检测采用美国Honeywell公司的MicrotracX-激光粒度度仪），以乙醇为介质，湿法球磨混合均匀，经喷雾干燥过筛处理后得到流动性小于20s/30g，松装密度为0.85g/cm3，采用该粉料压制成型后的素坯体密度能达到1.9g/cm3，是较理想的无压烧结陶瓷用喷雾造粒粉料，其扫描电子显微（SEM）照片如图1所示。

02耐磨、耐冲刷SiC陶瓷喷砂嘴的研制

1.成型模具的设计

模具是压制成型的一个关键因素，对成型的质量和生产效率有着重要影响。在压制成型过程中，模具和粉末之间的相互摩擦会造成模具的磨损，因此模具材料必须要求有很好的耐磨性能。同时，还应考虑压制过程中粉末的受力情况、操作的可行性及方便程度等。在模具材料的选择和处理上，应考虑模具材料的硬度、显微组织残余应力及弹性状态等；在模具的加工上应考虑腔表面和模冲工作表面的粗糙度，模腔的平行度和模具出口的锥度，阴模与模冲间的间隙和配合，阴模与模冲凌角的几何半径及其他几何因素等。此外，压制时的工作条件，如压制压力、加压速度等因素在设计和制造模具时也应考虑。

喷砂嘴是喷砂机中最关键的部件，当采用SiC材料制作该产品时，需要考虑到烧结后SiC陶瓷的高硬度（~HV），因此在进行模具设计时，尽量做到近净尺寸成型，保证后续的加工余量尽可能的小，从而降低加工难度以及因机加工带来的高昂生产成本。根据所选用粉料的流动性、松装密度及干压素坯体的密度等参数，考虑到制作成本及产品的尺寸的要求，选择设计干压成型的模具，采用双向加压的方式，从而保证素坯体的密度均匀性。经反复的前期烧结试验，确定SiC陶瓷的收缩率约为20%，再结合陶瓷产品的尺寸，最终确定了模具的型腔尺寸。具体模具设计图如图2（a）、（b）所示。

2.陶瓷喷砂嘴的成型及烧结

碳化硅陶瓷，常用的方法有无压烧结法、反应烧结法、热压烧结与热等静压烧结、液相烧结等。本实验选用无压烧结的方法，该法烧结的SiC陶瓷产品相对密度达96%以上，而且烧结前后制品不发生过量的塑性变形，制备工艺可控性高。首先对所选粉料（α-SiC喷雾造粒粉）压制成50mm×50mm×10mm的方块，在氩气的保护，℃烧结温度下，保温0.5h，得到致密的烧结体。具体制备工艺路线如图3所示。

将烧结后的样品进行力学性能测试，通过阿基米德原理测得烧结体的样品密度为3.11g/cm3，采用万能材料试验机测得三点抗弯强度为MPa，断裂韧性为4.5MPa·m1/2，该样品的断裂面的形貌如图4所示。

经力学性能检测，常压烧结方法制备的SiC陶瓷制品满足使用要求，是钢制喷砂嘴的较理想的替代品，具体的陶瓷样品如图5所示。

3.结果分析与讨论

由图1和图4显微照片可以看出，采用SiC造粒粉末所制备的陶瓷喷砂嘴的力学性能满足使用要求，是较理想的陶瓷喷嘴材料。由图6也可看出，经过使用的钢制喷嘴，在出口处有明显的冲刷，形状由圆形变成椭圆形，工作两小时就需要更换，否则影响喷砂质量和效果，而采用图5所示的陶瓷喷砂嘴，其耐磨性、耐冲刷性能明显高于钢制喷嘴，使用寿命提高了30倍以上。

03结论

本文利用碳化硅陶瓷材料制作的陶瓷喷砂嘴，提高了喷嘴产品的耐磨性、耐冲刷性，延长了喷嘴的使用寿命，降低了喷嘴的维修更换次数，提高配套设备系统运行的安全性和稳定性，降低操作强度，节约设备修理费用

因此，随着新型陶瓷材料应用研究的深入，SiC高温结构陶瓷的应用领域会进一步扩宽。它必将推动材料领域的应用研究和发展，工业产品的更新换代，为国家节省能源，带来较高的经济效益。

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