CN101628806B - 纳米复合陶瓷衬里材料及其制备方法 - Google Patents

纳米复合陶瓷衬里材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种纳米复合陶瓷衬里材料及其制备方法，该纳米复合陶瓷衬里材料各组分的重量百分比为：粒度30～80μm的SiO2：30～35％，粒度为5～20mm的α-AL2O3：35～40％，粒度为20～60μm的α-AL2O3：15～20％，粒度为40～70nm的γ-AL2O3：3～6％，粒度为20～50μm的V2O5：1～3％，粒度为250～300μm的氟硅酸钠：3～5％，以AL2O3毫米级为骨科，以α-AL2O3微米级为填料，添加100纳米以下的AL2O3粉体增加材料的堆密度技术，添加V2O5成分，降低陶瓷材料的烧结温度，使材料在炉窑自身的高温下烧结成具有良好力学性能的陶瓷体，提高了设备的耐磨性、强度及抗老化性能。施工后的涂层能在管道工作温度下正常工作，与管道结合牢固不脱落、不发生龟裂，具有良好的耐磨性能。

Description

纳米复合陶瓷衬里材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于无机非金属材料技术领域，具体涉及一种纳米复合陶瓷衬里材料及其制备方法。
背景技术：
在工业生产中，磨损、腐蚀作为工件失效的主要形式，会造成机械设备运转效率降低、工件更换维修频繁、能源消耗增加等。由于磨损、腐蚀而造成的经济损失是十分惊人的。据美国材料政策委员会测算，美国每年由于磨损造成的经济损失约150亿美元。我国燃煤发电厂的数量相当多，然而燃煤发电锅炉受热面管壁由于受到高温磨损、氧化、腐蚀和冲蚀的影响，使锅炉管壁严重减薄，极易造成泄漏和爆管事故。据有关资料报道，我国100MW以上机组，由于腐蚀和冲蚀磨损使锅炉管壁减薄，导致锅炉管道爆破造成的停机抢修时间，约占整个机组非计划停用时间的40％左右，占锅炉设备本身非计划停运时间的70％以上。这不仅给国家的经济造成了巨大的损失，还给电力供应不足的现状带来更大的压力。
在冶金、电力、石化、矿山、建材等行业的输料、排灰、除尘热工设备中需用大量的耐磨材料，目前，这些材料包括高锰、高铬或耐磨铸铁、粘贴陶瓷、衬耐磨橡胶、硬质合金等，这些材料对提耐磨零部件寿命起到了很好的作用，但这些材料的不足是耐磨性提高不理想，重量重、强度和冲击韧性普遍较低等，使许多重要耐磨设备使用效果不理想。
进入21世纪，纳米材料技术是深刻影响人类和社会经济发展的重大技术之一。当物质的特征尺寸减小到1至100纳米时，由于其量子效应、物质的局域性及巨大的表面及界面效应，使物质的很多性能发生巨变，呈现出许多既完全不同于宏观物体，也不同于单个孤立原子的奇异现象。近年来，人们将纳米材料引进涂料产品之中，充分发挥了纳米材料的纳米效应。纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米碳酸钙、纳米氧化铁、纳米氧化锡、纳米氧化锆、纳米金属粉、纳米乳液等10多种纳米材料均可在涂料中应用，制备各具特色的高品质涂料，可应用于高层建筑、豪华轿车、军械装备、远洋轮船、家装及医院病房等国防军工及日常生活等各个方面，发挥特殊的积极作用。众所周知，陶瓷材料的耐磨性能远优于金属合金材料。a-Al2O3具有良好的耐磨性和化学稳定性，是最重要的陶瓷原料之一。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种具有良好的耐热性能和介质腐蚀性能的纳米复合陶瓷衬里材料及其制备方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种纳米复合陶瓷衬里材料，其特征在于：该纳米复合陶瓷衬里材料各组分的重量百分比为：
粒度为30～80um的SiO2       30～35％
粒度为5～20mm的α-AL2O3    35～40％
粒度为20～60um的α-AL2O3   15～20％
粒度为40～70nm的γ-AL2O3   3～6％
粒度为20～50um的V2O5       1～3％
粒度为250～300um的氟硅酸钠 3～5％。
一种上述的纳米复合陶瓷衬里材料的制备方法，其特征在于：在SiO2微粉中，加入毫米级α-AL2O3、微米级α-AL2O3和纳米级γ-AL2O3，并加入V2O5，以毫米级α-AL2O3为骨科，以微米级α-AL2O3为填料，以纳米级γ-AL2O3为化学性剂，添加V2O5降低陶瓷材料的烧结温度；然后在球磨机中进行球磨，充分混合后，加入氟硅酸钠做为促凝剂，再次充分混合，混合均匀后即包装入袋。
在球磨机中进行球磨的时间为1-2小时。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明以AL2O3毫米级为骨科，以α-AL2O3微米级为填料，添加100纳米以下的AL2O3粉体增加材料的堆密度技术，添加V2O5成分，降低陶瓷材料的烧结温度，使材料在炉窑自身的高温下烧结成具有良好力学性能的陶瓷体，提高了设备的耐磨性、强度及抗老化性能。施工后的涂层能在管道工作温度下正常工作，与管道结合牢固不脱落、不发生龟裂，具有良好的耐磨性能。
所以本发明依据纳米微粒尺寸与表面原子数的原理，利用多元纳米化技术，原材料采用SiO2微粉、毫米级α-AL2O3、微米级α-AL2O3和三氧化二铝纳米微粒，使颗粒间更好地接触，添加V2O5成分和三氧化二铝纳米微粒降低陶瓷材料的烧结温度，在炉窑自身的高温下烧结成具有良好力学性能的陶瓷体，较传统的高锰、高铬或耐磨铸铁、粘贴陶瓷、衬耐磨橡胶、硬质合金等提高了材料的耐磨性、强度及抗老化性能。
具体实施方式：
实施例1：在粒度为30um的SiO2微粉300克中，加入350克的粒度为5mm的α-AL2O3、150克的粒度为20um的α-AL2O3和30克的粒度为40nm的γ-AL2O3，并加入10克粒度为20um的V2O5，然后在球磨机中球磨1h，进行充分混合均匀后，加入30克粒度为250um的氟硅酸钠做为促凝剂，再次充分混合，混合均匀后即包装入袋。
现场使用时，在上述制备出的混合粉中加入10wt％的水，在搅拌机中搅拌1h，在所要求的耐磨管道上涂抹即可。
所得产品的主要性能：荷重软化温度(℃)：1200；烘干体积密度(g/cm3)：2.5；烘干耐压强度(Mpa)：100；烘干抗折强度(Mpa)：17；烧后线变化率(％)：0.2。
实施例2：在粒度为80um的SiO2微粉350克中，加入400克的粒度为20mm的α-AL2O3、150克的粒度为60um的α-AL2O3和30克的粒度为70nm的γ-AL2O3，并加入30克粒度为50um的V2O5，然后在球磨机中球磨1h，进行充分混合均匀后，加入50克粒度为300um的氟硅酸钠做为促凝剂，再次充分混合，混合均匀后即包装入袋。
现场使用时，在上述制备出的混合粉中加入10wt％的水，在搅拌机中搅拌2h，在所要求的耐磨管道上涂抹即可。
所得产品的主要性能：荷重软化温度(℃)：1210；烘干体积密度(g/cm3)：2.6；烘干耐压强度(Mpa)：105；烘干抗折强度(Mpa)：17.5；烧后线变化率(％)：0.19。
实施例3：在粒度为60um的SiO2微粉320克中，加入380克的粒度为10mm的α-AL2O3、180克的粒度为40um的α-AL2O3和50克的粒度为50nm的γ-AL2O3，并加入20克粒度为30um的V2O5，然后在球磨机中球磨2h，进行充分混合均匀后，加入40克粒度为280um的氟硅酸钠做为促凝剂，再次充分混合，混合均匀后即包装入袋。
现场使用时，将制备出的混合粉加入喷枪中，混入10wt％的水，直接喷涂到所要求的耐磨管道上。
所得产品的主要性能：荷重软化温度(℃)：1208；烘干体积密度(g/cm3)：2.6；烘干耐压强度(Mpa)：107；烘干抗折强度(Mpa)：17.3；烧后线变化率(％)：0.18。
实施例4：在粒度为40um的SiO2微粉300克中，加入390克的粒度为10mm的α-AL2O3、190克的粒度为55um的α-AL2O3和40克的粒度为45nm的γ-AL2O3，并加入30克粒度为45um的V2O5，然后在球磨机中球磨2h，进行充分混合均匀后，加入50克粒度为260um的氟硅酸钠做为促凝剂，再次充分混合，混合均匀后即包装入袋。
现场使用时，将制备出的混合粉加入喷枪中，混入15wt％的水，直接喷涂到所要求的耐磨管道上。
所得产品的主要性能：荷重软化温度(℃)：1212；烘干体积密度(g/cm3)：2.7；烘干耐压强度(Mpa)：109；烘干抗折强度(Mpa)：17.8；烧后线变化率(％)：0.19。
实施例5：在粒度为45um的SiO2微粉350克中，加入370克的粒度为8mm的α-AL2O3、180克的粒度为48um的α-AL2O3和50克的粒度为42nm的γ-AL2O3，并加入10克粒度为35um的V2O5，然后在球磨机中球磨1h，进行充分混合均匀后，加入40克粒度为290um的氟硅酸钠做为促凝剂，再次充分混合，混合均匀后即包装入袋。
现场使用时，将制备出的混合粉加入喷枪中，混入20wt％的水，用喷枪直接喷涂到所要求的耐磨管道上。
所得产品的主要性能：荷重软化温度(℃)：1211；烘干体积密度(g/cm3)：2.6；烘干耐压强度(Mpa)：108；烘干抗折强度(Mpa)：17.6；烧后线变化率(％)：0.18。

Claims (3)

1.一种纳米复合陶瓷衬里材料，其特征在于：该纳米复合陶瓷衬里材料各组分的重量百分比为：
粒度为30～80um的SiO2            30～35％
粒度为5～20mm的α-Al2O3         35～40％
粒度为20～60um的α-Al2O3        15～20％
粒度为40～70nm的γ-Al2O3        3～6％
粒度为20～50um的V2O5            1～3％
粒度为250～300um的氟硅酸钠      3～5％。
2.一种如权利要求1所述的纳米复合陶瓷衬里材料的制备方法，其特征在于：在SiO2微粉中，加入毫米级α-Al2O3、微米级α-AL2O3和纳米级γ-Al2O3，并加入V2O5，以毫米级α-AlL2O3为骨科，以微米级α-AlL2O3为填料，以纳米级γ-AlL2O3为化学性剂，添加V2O5降低陶瓷材料的烧结温度；然后在球磨机中进行球磨，充分混合后，加入氟硅酸钠做为促凝剂，再次充分混合，混合均匀后即包装入袋。
3.根据权利要求1所述的纳米复合陶瓷衬里材料的制备方法，其特征在于：在球磨机中进行球磨的时间为1-2小时。 
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