陶瓷柱塞是采用现代工程陶瓷材料，利用陶瓷金属化粘接、焊接、镶嵌及套接技术组装成型的一种高性能部件，是同类金属泵理想的替代产品，已广泛应用于医药器械、环境工程、石油、化工等行业。

但陶瓷柱塞的生产工艺流程需结合材料特性与精密加工要求，不同材质（如氧化铝、氧化锆、碳化硅）的工艺细节略有差异，但核心流程具有共通性。

一、原料制备与预处理

原料选择与配比

根据材质需求（如 95% 氧化铝、氧化锆、碳化硅等），选用高纯度粉末（纯度通常≥99%），并按配方添加烧结助剂（如氧化钇用于稳定氧化锆）、分散剂等。

示例：氧化铝陶瓷原料需混合氧化铝粉末、烧结助剂（如 MgO），确保粒径均匀（通常≤1μm），以保证烧结后密度。

混料与造粒

采用球磨机、行星式混料机等设备，将原料与去离子水、分散剂混合，通过研磨球（陶瓷球）搅拌均匀，形成浆料。

浆料经喷雾干燥造粒，制成流动性好的颗粒（粒径约 50-200μm），便于后续成型。

二、成型工艺

根据柱塞尺寸、精度要求选择成型方式，常见工艺包括：

干压成型

适用于中小尺寸柱塞，将造粒后的原料填入模具，在液压机下以 100-300MPa 压力压制，形成坯体。

优势：效率高、成本低，但复杂结构需二次加工。

等静压成型（冷等静压 / 热等静压）

冷等静压（CIP）：将干压坯体装入橡胶模具，放入高压容器中，通过液体传递压力（100-200MPa），使坯体密度均匀，减少烧结变形。

热等静压（HIP）：用于碳化硅等难烧结材料，在高温（1800-2200℃）和高压（100-200MPa）下烧结成型，密度可达理论值 99% 以上。

注射成型（MIM）

适用于复杂结构柱塞，将原料与粘结剂混合成喂料，通过注射机注入模具，经脱脂（去除粘结剂）后烧结，精度可达 ±0.05mm。

三、烧结工艺

脱脂（仅注射成型需此步骤）

通过低温加热（300-600℃）或溶剂溶解，去除坯体中的粘结剂，避免烧结时产生气孔。

高温烧结

根据材质设定烧结温度与保温时间：

氧化铝陶瓷：1600-1700℃，保温 2-4 小时，烧结后密度≥3.85g/cm³。

氧化锆陶瓷：1450-1600℃，保温 2-3 小时，需控制氧分压防止相变。

碳化硅陶瓷：1900-2200℃（添加烧结助剂时），或 2400℃以上（无助剂），需在惰性气氛中烧结，避免氧化。

烧结后坯体收缩率约 15%-25%，需精确计算模具尺寸补偿。

四、精密加工

烧结后的陶瓷柱塞硬度高（HV≥1500），需采用特殊加工手段：

研磨与抛光

外圆研磨：使用金刚石砂轮（粒度 #800-#2000）在高精度外圆磨床上加工，控制圆柱度≤0.005mm，表面粗糙度 Ra≤0.2μm。

内孔研磨：采用金刚石铰刀或研磨棒，配合研磨膏（如碳化硼），保证内孔与柱塞的配合间隙≤0.01mm。

镜面抛光：使用聚氨酯抛光垫 + 金刚石微粉（粒径 1-5μm），使表面粗糙度 Ra≤0.05μm，满足自润滑微孔结构需求。

微孔加工（自润滑结构）

通过激光雕刻、电化学腐蚀或机械研磨等方式，在柱塞工作面形成均匀分布的微孔（直径 5-50μm，深度 10-30μm），储存润滑剂，降低摩擦。

五、表面处理与后加工

清洗与消毒

采用超声波清洗（丙酮 / 酒精 + 去离子水），去除表面杂质，医药级柱塞需通过高温蒸汽灭菌（121℃，30 分钟）。

金属化与装配

若需与金属部件连接（如柱塞杆），需通过陶瓷金属化技术（如 Mo-Mn 法）在陶瓷表面镀覆金属层（Ni、Ag 等），再通过钎焊（如银铜焊料）焊接，确保结合强度≥200MPa。

性能检测

尺寸精度：使用三坐标测量仪（CMM）检测直径、圆柱度、垂直度等，公差控制在 ±0.01mm 以内。

表面质量：光学显微镜观察表面粗糙度、微孔分布，确保无裂纹、气孔。

力学性能：测试硬度（HV）、抗弯强度（≥500MPa）、耐腐蚀性（如酸碱浸泡后重量变化≤0.1%）。

密封性能：在高压（如 50MPa）下测试泄漏量，确保≤0.1mL/min。

六、组装与成品检验

与泵体装配

将陶瓷柱塞与套筒、密封件等组装，调整配合间隙，测试运行时的摩擦系数（≤0.1）和温升（≤30℃）。

全检与包装

每件产品需通过外观、尺寸、性能全检，合格后用无尘纸包装，避免划伤，医药级产品需在洁净车间（ISO8 级）完成。