CN103833336B

CN103833336B - 用于工业高温管道的耐磨抗蚀复合陶瓷及其制备方法

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Publication number: CN103833336B
Application number: CN201410110269.5A
Authority: CN
Inventors: 刘成民; 李卫平
Original assignee: ZHENGZHOU DONGLIN PROTECTION EQUIPMENT Co Ltd
Current assignee: ZHENGZHOU DONGLIN PROTECTION EQUIPMENT Co Ltd
Priority date: 2014-03-24
Filing date: 2014-03-24
Publication date: 2015-12-30
Anticipated expiration: 2034-03-24
Also published as: CN103833336A

Abstract

本发明属于陶瓷制备领域，尤其涉及用于工业高温管道的耐磨抗蚀复合陶瓷及其制备方法。所述复合陶瓷是将氧化铝、莫来石、碳化硅、氮化硅、氧化镁、氧化锆、氮化硼、β-SiC晶须、TiC、高岭土纤维和板状刚玉按一定比例组合，制成粉粒并经过装模、热压成型所得。本发明配方合理，制备工艺简单易操作，降低胚体成型的温度和所需压力，制备出的复合陶瓷韧性、耐磨性和抗蚀性能大大提高。

Description

用于工业高温管道的耐磨抗蚀复合陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明属于陶瓷制备领域，尤其涉及用于工业高温管道的耐磨抗蚀复合陶瓷及其制备方法。

背景技术

在冶金行业，随着钢铁工业的快速发展，设备运转震动幅度也增大，加剧了管道的不稳定性。如烧结机大烟道、除尘管道、荒煤气管道、风箱管、落灰斗、料仓、除尘器内壳、罐位平台等管道工作温度在350~850℃，要长期承受10~15m/s以上风速连同矿粉、颗粒烟尘的共同冲刷，以及水蒸气、S、P、N和C等酸性介质的侵蚀，导致管道使用寿命缩短的现象越来越突出。

在电力行业，由于发电厂的特性，如电站锅炉的磨煤机管道、料仓、料斗、粗、细粉分离器、一次风粉管、引风机、排粉机内壳、风机叶片、炉顶烟道拐弯处、炉膛出口、旋风分离器、回料器风渣管、省煤器板等部位以及电站锅炉其它易冲刷、磨损部位，在设备运行中每天要受到燃料、燃料灰、石灰石及其反应产物的固体床料的磨损。耐火材料随温度的升降，产生膨胀或收缩，如果此膨胀或收缩受到约束，材料内部会产生应力。耐火材料是非均质的脆性材料，与金属制品相比，由于它的热导率和弹性较小、抗拉强度低、抵抗热应力破坏能力差、抗热震性较低，热冲击循环作用下，耐火材料易先出现开裂剥落终至整体损坏。

发明内容

为了克服现有技术不足，本发明提供了韧性好，高耐磨的用于工业高温管道的耐磨抗蚀复合陶瓷及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

用于工业高温管道的耐磨抗蚀复合陶瓷，是由以下质量配比的原料制成：氧化铝30%-40%、莫来石10%-20%、碳化硅8%-15%、氮化硅3%-5%、氧化镁3%-5%、氧化锆3%-5%、氮化硼2%-5%、β-SiC晶须0.5%-1.5%、TiC0.2%-0.5%、高岭土纤维0.2%-0.5%，余量为板状刚玉。

优选的，所述用于工业高温管道的耐磨抗蚀复合陶瓷，是由以下质量配比的原料制成的：氧化铝33%-37%、莫来石13%-17%、碳化硅10%-13%、氮化硅3%-5%、氧化镁3%-5%、氧化锆3%-5%、氮化硼2%-5%、β-SiC晶须0.5%-1.5%、TiC0.2%-0.5%、高岭土纤维0.2%-0.5%，余量为板状刚玉。

再次优选的，所述的用于工业高温管道的耐磨抗蚀复合陶瓷，是由以下质量配比的原料制成的：氧化铝35%、莫来石15%、碳化硅12%、氮化硅4%、氧化镁4%、氧化锆4%、氮化硼4%、β-SiC晶须1%、TiC0.4%、高岭土纤维0.4%，余量为板状刚玉。

用于工业高温管道的耐磨抗蚀复合陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤如下：

第一步：按照质量配比取各组分原料，将其制成粉粒后混合均匀，按质量配比为1:7.5与水混合，并搅拌至流态胶状混合物；

第二步：将第一步所得产物置于装入石墨模具后进行热加压处理，在

1600-1800℃下，对模具施以250-350Kg/cm²的压力至模具内胚体成

型，然后冷却胚体即得用于工业高温管道的耐磨抗蚀复合陶瓷。

优选的，第一步中，各组分原料的粉粒粒度小于1μm。

优选的，第二步中，所述的热加压温度为1700℃。

优选的，第二步中，所述的热加压压力为300Kg/cm²。

本工艺将制备原料制成粉料，然后将其装入石墨模具后进行热、压烧结，由于加热、加压同时进行，模具内的粉料处于热塑性状态，有助于颗粒接触扩散、流动传质过程的进行，因而成型压力仅为现有技术中常温加压压力的1/10，同时还能降低烧结所需的温度，缩短烧结时间，从而抵制晶粒长大，得到晶粒细小、致密度高和性能良好的产品。

本工艺中用到的热压机主要由加热炉、加压装置、模具和测温测压装置组成。加热炉以电作热源，加热元件有SiC、MoSi或镍铬丝、白金丝、钼丝等。加压装置要求速度平缓、保压恒定、压力灵活调节，有杠杆式和液压式。根据材料性质的要求，压力气氛可以是空气也可以是还原气氛或惰性气氛。

本发明制备出的用于工业高温管道的耐磨抗蚀复合陶瓷的性能如下：

抗压强度≥550Mpa；抗折强度≥20Mpa；莫氏硬度≥8.5；体积密度≥3.2g/cm³；气孔率≤5%；热震稳定性（1100℃水冷）≥60次；线膨胀系数+0.2%；断裂韧性KIC≥4.8MPa·m^1/2；抗弯强度≥280MPa；导热系数20W/Mk；扯断强度（Mpa）≥12；热膨胀系数：7.2×10^-6m/K；使用温度≤1100℃

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

配方合理，制备工艺简单易操作，降低胚体成型的温度和所需压力，制备出的复合陶瓷韧性、耐磨性和抗蚀性能大大提高。

附图说明

图1为实施例5所得工业高温管道的耐磨抗蚀复合陶瓷的扫描电镜图片。

具体实施方式

以下结合具体实施例来对本发明做进一步说明。

实施例1

氧化铝30%、莫来石10%、碳化硅8%、氮化硅3%、氧化镁3%、氧化锆3%、氮化硼2%、β-SiC晶须0.5%、TiC0.2%、高岭土纤维0.2%，余量为板状刚玉。

第一步：按照质量配比取各组分原料，将其制成粒度小于1μm的粉粒后混合均匀，然后按照1:7.5的质量配比，将上述混合物与水混合并搅拌成流态胶状混合物。

第二步：将第一步所得产物置于装入石墨模具后进行热加压处理，在1600℃下，对模具施以250Kg/cm²的压力至模具内胚体成型，然后冷却胚体即得用于工业高温管道的耐磨抗蚀复合陶瓷。

本实施例制备的用于工业高温管道的耐磨抗蚀复合陶瓷的性能如下：

抗压强度≥550Mpa；抗折强度≥20Mpa；莫氏硬度≥8.5；体积密度≥3.2g/cm³；气孔率≤5%；热震稳定性（1100℃水冷）≥60次；线膨胀系数+0.2%；断裂韧性KIC≥4.8MPa·m^1/2；抗弯强度≥280MPa；导热系数20W/Mk；扯断强度（Mpa）≥12；热膨胀系数：7.2×10^-6m/K；使用温度≤1100℃。

实施例2

氧化铝40%、莫来石20%、碳化硅15%、氮化硅5%、氧化镁5%、氧化锆5%、氮化硼5%、β-SiC晶须1.5%、TiC0.5%、高岭土纤维0.5%，余量为板状刚玉。

第二步：将第一步所得产物置于装入石墨模具后进行热加压处理，在1800℃下，对模具施以350Kg/cm²的压力至模具内胚体成型，然后冷却胚体即得用于工业高温管道的耐磨抗蚀复合陶瓷。

抗压强度≥556Mpa；抗折强度≥21Mpa；莫氏硬度≥8.6；体积密度≥3.3g/cm³；气孔率≤4.3%；热震稳定性（1100℃水冷）≥62次；线膨胀系数+0.2%；断裂韧性KIC≥4.9MPa·m^1/2；抗弯强度≥286MPa；导热系数20W/Mk；扯断强度（Mpa）≥13；热膨胀系数：7.2×10^-6m/K；使用温度≤1000℃。

实施例3

氧化铝33%、莫来石13%、碳化硅10%、氮化硅3%、氧化镁3%、氧化锆3%、氮化硼2%、β-SiC晶须0.5%、TiC0.2%、高岭土纤维0.2%，余量为板状刚玉。

抗压强度≥559Mpa；抗折强度≥24Mpa；莫氏硬度≥8.8；体积密度≥3.4g/cm³；气孔率≤4.8%；热震稳定性（1100℃水冷）≥65次；线膨胀系数+0.2%；断裂韧性KIC≥4.9MPa·m^1/2；抗弯强度≥288MPa；导热系数20W/Mk；扯断强度（Mpa）≥13；热膨胀系数：7.2×10^-6m/K；使用温度≤1060℃。

实施例4

氧化铝37%、莫来石17%、碳化硅13%、氮化硅5%、氧化镁5%、氧化锆5%、氮化硼5%、β-SiC晶须1.5%、TiC0.5%、高岭土纤维0.5%，余量为板状刚玉。

抗压强度≥560Mpa；抗折强度≥23Mpa；莫氏硬度≥8.9；体积密度≥3.5g/cm³；气孔率≤4.7%；热震稳定性（1100℃水冷）≥62次；线膨胀系数+0.2%；断裂韧性KIC≥4.4MPa·m^1/2；抗弯强度≥286MPa；导热系数20W/Mk；扯断强度（Mpa）≥13；热膨胀系数：7.2×10^-6m/K；使用温度≤1070℃。

实施例5

氧化铝35%、莫来石15%、碳化硅12%、氮化硅4%、氧化镁4%、氧化锆4%、氮化硼4%、β-SiC晶须1%、TiC0.4%、高岭土纤维0.4%，余量为板状刚玉。

第二步：将第一步所得产物置于装入石墨模具后进行热加压处理，在1700℃下，对模具施以300Kg/cm²的压力至模具内胚体成型，然后冷却胚体即得用于工业高温管道的耐磨抗蚀复合陶瓷。

抗压强度≥561Mpa；抗折强度≥21Mpa；莫氏硬度≥8.8；体积密度≥3.7g/cm³；气孔率≤4.7%；热震稳定性（1100℃水冷）≥67次；线膨胀系数+0.2%；断裂韧性KIC≥5.2.MPa·m^1/2；抗弯强度≥287MPa；导热系数20W/Mk；扯断强度（Mpa）≥14；热膨胀系数：7.2×10^-6m/K；使用温度≤1020℃。

Claims

1.用于工业高温管道的耐磨抗蚀复合陶瓷，其特征在于，是由以下质量配比的原料制成：氧化铝30%-40%、莫来石10%-20%、碳化硅8%-15%、氮化硅3%-5%、氧化镁3%-5%、氧化锆3%-5%、氮化硼2%-5%、β-SiC晶须0.5%-1.5%、TiC0.2%-0.5%、高岭土纤维0.2%-0.5%，余量为板状刚玉。

2.如权利要求1所述的用于工业高温管道的耐磨抗蚀复合陶瓷，其特征在于，是由以下质量配比的原料制成的：氧化铝33%-37%、莫来石13%-17%、碳化硅10%-13%、氮化硅3%-5%、氧化镁3%-5%、氧化锆3%-5%、氮化硼2%-5%、β-SiC晶须0.5%-1.5%、TiC0.2%-0.5%、高岭土纤维0.2%-0.5%，余量为板状刚玉。

3.如权利要求2所述的用于工业高温管道的耐磨抗蚀复合陶瓷，其特征在于，是由以下质量配比的原料制成的：氧化铝35%、莫来石15%、碳化硅12%、氮化硅4%、氧化镁4%、氧化锆4%、氮化硼4%、β-SiC晶须1%、TiC0.4%、高岭土纤维0.4%，余量为板状刚玉。

4.权利要求1-3任一所述用于工业高温管道的耐磨抗蚀复合陶瓷的制

备方法，其特征在于，步骤如下：

第二步：将第一步所得产物置于装入石墨模具后进行热加压处理，在1600-1800℃下，对模具施以250-350Kg/cm²的压力至模具内胚体成型，然后冷却胚体即得用于工业高温管道的耐磨抗蚀复合陶瓷。

5.如权利要求4所述用于工业高温管道的耐磨抗蚀复合陶瓷的制备方

法，其特征在于：第一步中，各组分原料的粉粒粒度小于1μm。

6.如权利要求4所述用于工业高温管道的耐磨抗蚀复合陶瓷的制备方法，其特征在于：第二步中，所述的热加压温度为1700℃。

7.如权利要求4所述用于工业高温管道的耐磨抗蚀复合陶瓷的制备方法，其特征在于：第二步中，所述的热加压压力为300Kg/cm²。