CN102601348B - 一种金属陶瓷增强体 - Google Patents

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Abstract

一种金属陶瓷增强体，由锆刚玉、铬铁粉和有机结合剂经烧结后成形，烧结成型的块体上均匀设有多个通孔，且通孔设置在上下端面上，且四个侧面上设有贯通的凹槽。本发明中，不同的增强体拼接起来后，相邻两个增强体边部的凹槽形成完整的通孔，在通孔中浇注金属液体，使得金属相能浸润到陶瓷颗粒之间，将陶瓷相均匀包裹，不仅增强了制成品陶瓷的韧性和耐磨性，同时，其抗热震性能也得到了提高。

Description

一种金属陶瓷增强体
技术领域
本发明涉及耐磨陶瓷领域，具体的说是一种金属陶瓷增强体。
背景技术
在水泥等粉体加工领域需要用到磨机，将原料磨到一定的细度，但是所用的耐磨块大多是用高锰钢等金属作为耐磨块的，韧性较好，但由于采用堆焊工艺制作，每次更换耐磨块所需的时间很长，严重影响生产效率。
也有采用耐磨陶瓷块来替代金属磨体的，现有技术中的耐磨陶瓷片主要以三氧化二铝为陶瓷相的金属陶瓷材料组成，其具备了陶瓷的基本性能，即硬度很高且耐高温，因此用这种材料制得的耐磨陶瓷片在高温条件下的硬度和耐磨性均得到了保障，但是由于其韧性较差，使用过程中容易引起开裂而失效，使得其使用寿命缩短，不仅影响生产效率，而且变相提高了生产的成本。       
金属基陶瓷是一种以氧化铝为主体的材料,辅加其它稀有金属氧化物为溶剂，经过高温1700℃烧结成的，不仅具有陶瓷材料的硬度和耐磨性，同时具备金属的韧性，因此可以广泛的应用于火电、钢铁、冶炼、机械、煤炭、矿山、化工、水泥、港口码头等企业的输煤、输料系统、制粉系统、排灰、除尘系统等一切磨损大的机械设备上。但是在烧结时，金属与陶瓷颗粒不能充分的混匀，导致制成的金属基陶瓷金属相和陶瓷相分布不均，从而使其耐磨性有很大的差异。
发明内容
本发明为解决现有金属基陶瓷中金属相和陶瓷相分布不均的问题，提供了一种金属陶瓷增强体，在该陶瓷增强体内浇注金属，形成金属基陶瓷，可以使金属充分将陶瓷颗粒包裹起来，不仅增加了耐磨性和韧性，其抗热震性能也得到了提高。
本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为：一种金属陶瓷增强体，由锆刚玉、铬铁粉和有机结合剂经烧结后成形，在块体上均匀设有多个通孔，烧结时加入的各种物料的粒度和重量百分比是：
粒度2－5㎜的锆刚玉  70－95％；
粒度150－500um的铬铁粉  5－30％；
外加有机结合剂环氧树脂、聚氯乙烯或酚醛液体树脂3－10％；
其中：锆刚玉中的Al2O3≥ 68.0％，ZrO2  20.0-27.0％，TiO2≤3.00％，SiO2≤1.50％；
铬铁粉中的Cr≥62-66％，Si≤2.5％，C≥8.0％，P≤0.03％，S≤0.03％。
该金属陶瓷增强体的制备方法为：
步骤一、按重量百分比，取粒度2－5㎜的锆刚玉70－95％，粒度150－500um的铬铁粉5－30％，放入容器中，混合均匀，制成混合料；
步骤二、在步骤一制成的混合料中，按重量百分比加入3－10％的环氧树脂、聚氯乙烯或酚液体树脂有机结合剂，混合均匀，得到含有机结合剂的混合料；
步骤三、将含有机结合剂的混合料装入事先制好的模具中，挤压成形，脱模，制成具有多个通孔的坯料；
步骤四、将坯料送入干燥室，自然风干或烘干；
步骤五、将干燥后的坯料，送入烧结窑，烧结，烧结温度1200－1250℃，烧结时间5－8小时，烧结完成后，停火，保温2小时；出窑，制得成品。
本发明中，陶瓷增强体的上下端面设有贯通的通孔作为浇注孔，且四个侧面上设有贯通的凹槽，不同的增强体拼接起来后，相邻两个增强体边部的凹槽形成完整的浇注孔，在浇注孔中浇注金属液体，金属液体可以通过浇注孔浸润到增强体的陶瓷颗粒之间，均匀的将陶瓷颗粒包裹，使得陶瓷相和金属相均匀分布。
氧化锆与金属的润湿性比三氧化二铝与金属的润湿性能好，陶瓷相中含有的氧化锆成分能够有效的提高陶瓷相与金属相的润湿性，从而增加界面结合强度，提高材料的整体性能。因此，锆刚玉中氧化锆含量的多少对锆刚玉的稳定性、硬度、韧性和抗热震等性能有较大的影响，本发明选用中锆刚玉，在保证陶瓷材料性能的前提下尽可能的节约成本。
本发明中，铬铁粉中含有的铬元素对锆刚玉中氧化锆的晶体稳定性有很大的提高作用，并能进一步改善陶瓷相与金属相的界面结合状况。
本发明中添加得到有机结合剂的作用是将铬铁粉和锆刚玉粘接起来，容易成型，且烧结时不易破裂。
有益效果：本发明选取硬度与三氧化二铝相近但韧性更好的锆刚玉作为陶瓷基料，锆刚玉中的氧化锆显著的提高了金属相和陶瓷相的界面结合强度和整体性能，添加的铬铁粉可以进一步改善陶瓷相与金属相的界面结合状况，最终制得的产品硬度与现有的三氧化二铝陶瓷的硬度相当，但韧性和抗热震性能有了大幅度的提高，大大提高了耐磨块的使用寿命；同时本发明的增强体上设有浇注孔，在其中浇注金属液体后，金属相能浸润到陶瓷颗粒的间隙中，使金属相和陶瓷相均匀分布，大大增加了金属基陶瓷的耐磨性、韧性和抗热震性能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
附图标记：1、增强体，2、浇注孔，3、凹槽，4、陶瓷颗粒。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例1
一种金属陶瓷增强体，其制备步骤如下：
步骤一、按重量比，取粒度2－5㎜的锆刚玉70份，粒度150－500um的铬铁粉30份，放入容器中，混合均匀，制成混合料；
步骤二、在步骤一制成的混合料中，加入10份的环氧树脂，混合均匀，得到含有机结合剂的混合料；
步骤三、将含有机结合剂的混合料装入事先制好的模具中，挤压成形，脱模，制成具有多个通孔的坯料；
步骤四、将坯料送入干燥室，自然风干；
步骤五、将干燥后的坯料，送入烧结窑，烧结，烧结温度1200－1250℃，烧结时间5－8小时，烧结完成后，停火，保温2小时；出窑，制得成品。
实施例2
一种金属陶瓷增强体，其制备步骤如下：
步骤一、按重量比，取粒度2－5㎜的锆刚玉95份，粒度150－500um的铬铁粉5份，放入容器中，混合均匀，制成混合料；
步骤二、在步骤一制成的混合料中，加入3份的聚氯乙烯，混合均匀，得到含有机结合剂的混合料；
步骤三、将含有机结合剂的混合料装入事先制好的模具中，挤压成形，脱模，制成具有多个通孔的坯料；
步骤四、将坯料送入干燥室，烘干；
步骤五、将干燥后的坯料，送入烧结窑，烧结，烧结温度1200－1250℃，烧结时间5－8小时，烧结完成后，停火，保温2小时；出窑，制得成品。
实施例3
一种金属陶瓷增强体，其制备步骤如下：
步骤一、按重量比，取粒度2－5㎜的锆刚玉83份，粒度150－500um的铬铁粉17份，放入容器中，混合均匀，制成混合料；
步骤二、在步骤一制成的混合料中，加入7份的酚液体树脂，混合均匀，得到含有机结合剂的混合料；
步骤三、将含有机结合剂的混合料装入事先制好的模具中，挤压成形，脱模，制成具有多个通孔的坯料；
步骤四、将坯料送入干燥室，自然风干或烘干；
步骤五、将干燥后的坯料，送入烧结窑，烧结，烧结温度1200－1250℃，烧结时间5－8小时，烧结完成后，停火，保温2小时；出窑，制得成品。

Claims (3)

1.一种金属陶瓷增强体，其特征在于：由锆刚玉、铬铁粉和有机结合剂经烧结后成形，在增强体上均匀设有多个通孔，烧结时加入的各种物料的粒度和重量百分比是：
粒度2－5㎜的锆刚玉  70－95％；
粒度150－500um的铬铁粉  5－30％；
外加有机结合剂环氧树脂、聚氯乙烯或酚醛液体树脂的加入量是锆刚玉和铬铁粉总重量的3－10％；
其中：锆刚玉中的Al2O3≥ 68.0％，ZrO2  20.0-27.0％，TiO2≤3.00％，SiO2≤1.50％；
铬铁粉中的Cr 62-66％，Si≤2.5％，C≥8.0％，P≤0.03％，S≤0.03％。
2.根据权利要求1所述的一种金属陶瓷增强体，其制备步骤如下：
步骤一、按重量百分比，取粒度2－5㎜的锆刚玉70－95％，粒度150－500um的铬铁粉5－30％，放入容器中，混合均匀，制成混合料；
步骤二、在步骤一制成的混合料中，按重量百分比加入混合料重量3－10％的环氧树脂、聚氯乙烯或酚醛液体树脂有机结合剂，混合均匀，得到含有机结合剂的混合料；
步骤三、将含有机结合剂的混合料装入事先制好的模具中，挤压成形，脱模，制成具有多个通孔的坯料；
步骤四、将坯料送入干燥室，自然风干或烘干；
步骤五、将干燥后的坯料，送入烧结窑，烧结，烧结温度1200－1250℃，烧结时间5－8小时，烧结完成后，停火，保温2小时；出窑，制得成品。
3.根据权利要求1或2所述的一种金属陶瓷增强体，其特征为：所述的增强体上的通孔设置在上下端面上，且四个侧面上设有贯通的凹槽。
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