¿Cuáles son los métodos de tratamiento de los núcleos de las válvulas de cerámica de circonio?

---

Núcleo de válvula de cerámica de circoniocon su gran dureza, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión y resistencia a las altas temperaturas, se ha convertido en un sustituto ideal de los núcleos de válvula metálicos tradicionales en campos industriales como la energía y la electricidad, la metalurgia química y el tratamiento de aguas. Sin embargo, su procesamiento se enfrenta a retos como la alta fragilidad del material y los elevados requisitos de precisión.

Métodos básicos de transformación y procesos tecnológicos
El procesamiento de núcleos de válvulas de cerámica de circonio requiere una combinación de características de materiales y requisitos de fabricación de precisión para formar una cadena de procesos de colaboración múltiple, que incluye principalmente los siguientes eslabones clave:

1. Preparación y corte de materias primas
   Preparación del polvo: preparar polvo ultrafino de circonio con una distribución uniforme del tamaño de las partículas (D50 ≤ 0,5 μ m) y una pureza ≥ 99,5% mediante el método sol-gel, el método de síntesis hidrotérmica o el método de coprecipitación para garantizar que la densidad de los materiales sinterizados sea ≥ 99%.
   Formación en blanco: Mediante el uso de la tecnología de prensado isostático en frío, el polvo se comprime en una pieza en bruto uniformemente densa, reduciendo la diferencia en la tasa de contracción por sinterización. Para los núcleos de válvula de estructura compleja, se puede utilizar el moldeo por inyección o la tecnología de impresión 3D para lograr un moldeo de tamaño casi neto.
   Proceso de corte: Basándose en las características de los materiales frágiles, se prefiere el corte hidráulico o el corte por láser para sustituir el corte mecánico tradicional. El corte hidráulico utiliza chorro de agua a alta presión (presión ≥ 300MPa) combinado con abrasivo de granate para lograr un corte de zona libre de calor, con rugosidad de borde Ra ≤ 3,2 μ m.
2. Rectificado y pulido de precisión
   Rectificado plano: El uso de una máquina de molienda de doble cara, micro polvo de diamante (tamaño de partícula W5-W40) se utiliza como abrasivo, y el efecto de procesamiento de planitud ≤ 1 μ m y rugosidad de la superficie Ra ≤ 0,1 μ m se logra mediante el control de presión constante (presión 0,5-2MPa).
   Pulido esférico: Para los núcleos de las válvulas de bola, se utiliza la tecnología de pulido magneto reológico para controlar la viscosidad de la solución de pulido a través de un campo magnético, logrando un mecanizado de ultra precisión con redondez esférica ≤ 0,5 μ m y suavidad superficial hasta el nivel W2 (equivalente al pulido espejo).
   Biselado de cantos: El mecanizado por electroerosión o ultrasonidos se utiliza para biselar el borde del núcleo de la válvula entre 0,1 y 0,3 mm, lo que elimina los puntos de concentración de tensiones y reduce el riesgo de fractura frágil.
3. Tallado de precisión CNC y mecanizado irregular
   Selección de herramientas: Deben utilizarse herramientas recubiertas de diamante (dureza HV ≥ 8000) o de diamante policristalino (PCD), con una dureza superior a 1,5 veces la de la circonia, para evitar el rápido desgaste de la herramienta durante el procesamiento.
   Control de velocidad: La velocidad del husillo debe controlarse estrictamente dentro del rango de 8000-12000rpm. Una velocidad de rotación baja (15000rpm), puede causar vibración de la herramienta debido a la fuerza centrífuga, lo que resulta en una ondulación excesiva de la superficie.
   Estrategia de alimentación: Adoptando la tecnología de fresado por capas, con una profundidad de corte de una sola capa de ≤ 0,05 mm y una velocidad de avance controlada entre 50-100 mm/min, se consigue un mecanizado eficiente mediante la combinación de una pequeña profundidad de corte y una alta velocidad de avance.
4. Sinterización y tratamiento posterior
   Sinterización a alta temperatura: sinterizar el material en una atmósfera de vacío o de gas inerte a 1600-1700 ℃ durante 4-6 horas para conseguir una densidad superior a 99% de la densidad teórica, con una dureza Rockwell HRA ≥ 88 y una resistencia a la flexión ≥ 800MPa.
   Tratamiento de endurecimiento: Añadiendo óxido de itrio (Y2O3) de 3-5 mol% como estabilizador y utilizando el mecanismo de endurecimiento por transformación martensítica, la tenacidad a la fractura se incrementa hasta 8-10 MPa - m ¹/², mejorando significativamente la resistencia al impacto.
   Revestimiento de la superficie: La deposición de recubrimiento de carbono tipo diamante (DLC) en la superficie de sellado del núcleo de la válvula, con un espesor de 2-5 μ m, puede reducir el coeficiente de fricción a 0,05-0,1 y mejorar la resistencia al desgaste entre 3 y 5 veces.

Dificultades de tramitación y soluciones de innovación tecnológica

1. Defectos de transformación debidos a la fragilidad del material
   Problema: La resistencia a la fractura de la cerámica de óxido de circonio es sólo 1/10 de la de los metales, y la propagación de microfisuras es propensa a ocurrir durante el procesamiento, lo que lleva a la fractura del borde o grietas superficiales.
   Solución:
   Optimización del proceso: Adoptando la tecnología de mecanizado asistido por ultrasonidos, la fuerza de corte se reduce mediante vibraciones de alta frecuencia (20-40kHz) para minimizar la probabilidad de formación de grietas.
   Actualización del equipo: Utilizando una máquina herramienta CNC de enlace de cinco ejes, la fuerza de corte se distribuye uniformemente a través de la optimización de la trayectoria de la herramienta para evitar la concentración de tensión local.
2. Dificultad para controlar la tasa de contracción
   Problema: Durante el proceso de sinterización, la tasa de contracción volumétrica puede alcanzar 15-20%, y un control inadecuado puede provocar desviaciones dimensionales.
   Solución:
   Modificación del polvo: Añadir 0,5-1wt% de alúmina (Al2O3) como ayuda a la sinterización, reducir la temperatura de sinterización en 50-100 ℃, y controlar la fluctuación de contracción dentro de ± 0,5%.
   Diseño de compensación: Establezca una cantidad de compensación de 2-3% en el modelo CAD, verifique la tasa de contracción real mediante ingeniería inversa y consiga un control preciso del tamaño.
3. Baja eficacia en el tratamiento de estructuras irregulares
   Problema: El procesamiento de canales de flujo complejos o estructuras asimétricas requiere múltiples sujeciones, con un tiempo de procesamiento de una sola pieza de hasta 8-12 horas.
   Solución:
   Tecnología de prototipado rápido: Utilizando la impresión 3D por fotopolimerización (SLA) para preparar los cuerpos cerámicos, combinada con el desengrasado a baja temperatura (800 ℃) y la sinterización rápida (1500 ℃/2h), el ciclo de procesamiento se acorta a menos de 24 horas.
   Centro de mecanizado de materiales compuestos: integra las funciones de fresado, rectificado y mecanizado por descarga eléctrica (EDM) en una sola, lo que reduce los tiempos de sujeción y mejora la eficiencia del mecanizado en más de 40% mediante la integración de procesos.

Escenarios típicos de aplicación
Energía y electricidad: En las tuberías de vapor de las calderas de las centrales térmicas, los núcleos de las válvulas de circonio pueden soportar altas temperaturas de 650 ℃ y presiones de 10MPa, lo que resuelve el problema de los atascos causados por la dilatación térmica de los núcleos metálicos de las válvulas. El ciclo de mantenimiento se ha ampliado de una vez al mes a una vez al año.
Metalurgia química: En los sistemas de transporte de ácido sulfúrico, su resistencia a la corrosión aumenta la vida útil de la válvula de 6 meses a más de 5 años, reduciendo las pérdidas de tiempo de inactividad causadas por fugas en aproximadamente 2 millones de yuanes al año.
Tratamiento del agua: En la válvula del filtro de partículas de los sistemas de desalinización de agua de mar, su resistencia al desgaste aumenta la eficacia de la filtración en 30%, al tiempo que reduce el consumo de energía en 15%.

La fabricación del núcleo de válvula de cerámica de circonio es una ingeniería sistemática que integra la ciencia de los materiales y la tecnología punta de mecanizado de precisión. Desde el prensado en seco y el moldeo por inyección hasta la sinterización a alta temperatura y, por último, el esmerilado con diamante y el pulido de ultraprecisión, cada proceso es crucial. Gracias a estos avanzados métodos de procesamiento, el polvo de óxido de circonio se ha transformado en productos industriales de alto rendimiento que resuelven a la perfección muchos inconvenientes de los núcleos de válvula tradicionales en términos de vida útil, sellado, tacto, higiene y fiabilidad. Se ha convertido en una elección indiscutible en los campos del baño de alta gama y el control de fluidos de precisión.

Cerámica Brudeze suministra y vende una amplia gama de vidrio de cuarzo de alta calidad, incluyendo cerámica de alúmina, cerámica de circonio, cerámica de nitruro de silicio, cerámica de nitruro de aluminio, cerámica de carburo de silicio, cerámica de carburo de boro, biocerámica, cerámica mecanizable, etc. Podemos satisfacer los requisitos de personalización de varios productos cerámicos.