CN102618772A - 一种金属基复合陶瓷衬板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种金属基复合陶瓷衬板，由锆刚玉、高铬铁粉和铁粉经电熔后注入具有多个贯通浇注孔的金属基陶瓷增强体形成，金属基陶瓷增强体的上下端面设有贯通的浇注孔，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，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
技术领域
本发明涉及一种耐磨陶瓷衬板，具体的说是一种金属基复合陶瓷衬板及其制备方法。
背景技术
耐磨陶瓷片因地域和习惯不同所以有很多别名，比如瓷片、衬片、陶瓷马赛克、氧化铝衬片、高铝衬片等，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，广泛应用于火电、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。
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。
与三氧化二铝相比，二氧化锆虽然硬度较低，但是具备较高的韧性。锆刚玉是由刚玉和氧化锆在2000℃以上的高温条件下合成的高强度高韧性材料，其具有与三氧化二铝相近的硬度，且韧性有了很大的提高，在陶瓷材料中添加锆刚玉，能明显的抑制陶瓷材料的脆性断裂，同时显著提高材料的抗热震性能。
发明内容
本发明为解决现有耐磨陶瓷块韧性差，在使用过程中易开裂的问题，提供了一种金属基复合陶瓷衬板及其制备方法，该金属基复合陶瓷衬板是通过在陶瓷增强体中浇注金属液体，使得金属相浸润到陶瓷颗粒的间隙中奖陶瓷颗粒包裹，在保持硬度和耐磨性的前提下，其韧性和抗热震性能都得到了提高。
本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为：一种金属基复合陶瓷衬板，由锆刚玉、高铬铁粉和铁粉经电熔后注入具有多个贯通浇注孔的金属基陶瓷增强体形成，电熔时加入各种物料的粒度和重量百分比是：
粒度2－5㎜的锆刚玉 15－30％；
粒度150－500um的高铬铁粉 20－50％；
粒度44－150μm的铁粉 35－50％；
其中：锆刚玉中的Al2O3≥ 68.0％，ZrO2 20.0-27.0％，TiO2≤3.00％，SiO2≤1.50％；
高铬铁粉中的Cr≥62-66％，Si≤2.5％，C≥8.0％，P≤0.03％，S≤0.03％；
所述的金属基陶瓷增强体组成物料的粒度和重量百分比为：
粒度2－5㎜的锆刚玉70－95％；
粒度150－500um的铬铁粉5－30％；
有机结合剂3－10％；
所述的有机结合剂为环氧树脂、聚氯乙烯或酚液体树脂的一种或几种混合。
该金属基复合陶瓷衬板的制备方法为：
步骤一、按重量百分比，取粒度2－5㎜的锆刚玉15－30％、粒度150－500um的高铬铁粉 20－50％和粒度44－150μm的铁粉35－50％，放入容器中，混合均匀，形成金属基复合陶瓷混合料，其中：锆刚玉中的Al2O3≥ 68.0％，ZrO2 20.0-27.0％，TiO2≤3.00％，SiO2≤1.50％；高铬铁粉中的Cr≥62-66％，Si≤2.5％，C≥8.0％，P≤0.03％，S≤0.03％；
步骤二、将步骤一制得的金属基复合陶瓷混合料，送入熔炼炉，熔炼温度1600－1800℃，熔炼成钢水，备用；
步骤三、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；
步骤四、在步骤三制成的混合料中，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；
步骤五、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，形成具有多个贯通的浇注孔的胎坯，制成金属基陶瓷增强体坯料；
步骤六、将金属基陶瓷增强体坯料送入干燥室，自然风干或烘干；
步骤七、将干燥后的金属基陶瓷增强体坯料，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，制得金属基陶瓷增强体；
步骤八、将步骤七制得的金属基陶瓷增强体在温度为300－800℃的条件下预加热20min；
步骤九、在事先制好的沙箱模具中依次放入步骤八预加热后的金属基陶瓷增强体，使其布满沙箱模具，放置时将设有通孔的面向上；
步骤十、将步骤二熔炼好的钢水，铸入沙箱模具中，铸满为止，铸满后，自然冷却至常温止，脱模，制得金属基复合陶瓷衬板毛坯，备用；
步骤十一、将制得的金属基复合陶瓷衬板毛坯进行磨面，切边，制得金属基复合陶瓷衬板成品。
本发明中，所述的金属基陶瓷增强体坯料上的浇注孔分布在坯料的上下端面上，且与上下端面连接的四壁上均分布有半圆形的凹槽，凹槽的两端与上下端面平齐，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。
本发明中，所制得的金属基陶瓷增强体坯料上的通孔分布在坯料的同一面上，且与该面连接的四壁上均分布有半圆形的凹槽，可根据设备的形状来浇注金属基复合陶瓷衬板的形状，由几组金属基复合陶瓷衬板组装成陶瓷耐磨块，覆盖在设备表面，组合完成后，每块金属基复合陶瓷衬板边部的凹槽与相邻的金属基复合陶瓷衬板边部的凹槽合并为完整的通孔，通过在通孔中浇注钢水，不仅起到增强衬板耐磨性的作用，同时也起到粘连不同金属基复合陶瓷衬板的作用。
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，大大提高了陶瓷衬板的使用寿命；产品上设有通孔，通过在通孔中浇注钢水，金属相可以浸润到陶瓷颗粒的间隙中，不仅起到将不同衬板粘结为整体的作用，而且增强了强度、韧性、耐磨性和抗热震性能。
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
一种金属基复合陶瓷衬板，其制备方法为：
步骤一、取粒度2－5㎜的锆刚玉15kg、粒度150－500um的高铬铁粉50kg和粒度44－150μm的铁粉35kg，放入容器中，混合均匀，形成金属基复合陶瓷混合料，其中：锆刚玉中的Al2O3≥ 68.0％，ZrO2 20.0-27.0％，TiO2≤3.00％，SiO2≤1.50％；高铬铁粉中的Cr≥62-66％，Si≤2.5％，C≥8.0％，P≤0.03％，S≤0.03％；
步骤二、将步骤一制得的金属基复合陶瓷混合料，送入熔炼炉，熔炼温度1600－1800℃，熔炼成钢水，备用；
步骤三、取粒度2－5㎜的锆刚玉70kg，粒度150－500um的铬铁粉30kg，放入容器中，混合均匀，制成混合料；
步骤四、在步骤三制成的混合料中，按重量百分比加入10kg的环氧树脂，混合均匀，得到含有机结合剂的混合料；
步骤五、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，形成具有多个贯通的浇注孔的胎坯，制成金属基陶瓷增强体坯料；
步骤六、将金属基陶瓷增强体坯料送入干燥室，自然风干或烘干；
步骤七、将干燥后的金属基陶瓷增强体坯料，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，制得金属基陶瓷增强体；
步骤八、将步骤七制得的金属基陶瓷增强体在温度为300－800℃的条件下预加热20min；
步骤九、在事先制好的沙箱模具中依次放入步骤八预加热后的金属基陶瓷增强体，使其布满沙箱模具，放置时将设有通孔的面向上；
步骤十、将步骤二熔炼好的钢水，铸入沙箱模具中，铸满为止，铸满后，自然冷却至常温止，脱模，制得金属基复合陶瓷衬板毛坯，备用；
步骤十一、将制得的金属基复合陶瓷衬板毛坯进行磨面，切边，制得金属基复合陶瓷衬板成品。
实施例2
一种金属基复合陶瓷衬板，其制备方法为：
步骤一、取粒度2－5㎜的锆刚玉30kg、粒度150－500um的高铬铁粉 20kg和粒度44－150μm的铁粉50kg，放入容器中，混合均匀，形成金属基复合陶瓷混合料，其中：锆刚玉中的Al2O3≥ 68.0％，ZrO2 20.0-27.0％，TiO2≤3.00％，SiO2≤1.50％；高铬铁粉中的Cr≥62-66％，Si≤2.5％，C≥8.0％，P≤0.03％，S≤0.03％；
步骤二、将步骤一制得的金属基复合陶瓷混合料，送入熔炼炉，熔炼温度1600－1800℃，熔炼成钢水，备用；
步骤三、取粒度2－5㎜的锆刚玉95kg，粒度150－500um的铬铁粉5kg，放入容器中，混合均匀，制成混合料；
步骤四、在步骤三制成的混合料中，按重量百分比加入3kg的聚氯乙烯，混合均匀，得到含有机结合剂的混合料；
步骤五、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，形成具有多个贯通的浇注孔的胎坯，制成金属基陶瓷增强体坯料；
步骤六、将金属基陶瓷增强体坯料送入干燥室，自然风干或烘干；
步骤七、将干燥后的金属基陶瓷增强体坯料，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，制得金属基陶瓷增强体；
步骤八、将步骤七制得的金属基陶瓷增强体在温度为300－800℃的条件下预加热20min；
步骤九、在事先制好的沙箱模具中依次放入步骤八预加热后的金属基陶瓷增强体，使其布满沙箱模具，放置时将设有通孔的面向上；
步骤十、将步骤二熔炼好的钢水，铸入沙箱模具中，铸满为止，铸满后，自然冷却至常温止，脱模，制得金属基复合陶瓷衬板毛坯，备用；
步骤十一、将制得的金属基复合陶瓷衬板毛坯进行磨面，切边，制得金属基复合陶瓷衬板成品。
实施例3
一种金属基复合陶瓷衬板，其制备方法为：
步骤一、取粒度2－5㎜的锆刚玉22kg、粒度150－500um的高铬铁粉 35kg和粒度44－150μm的铁粉43kg，放入容器中，混合均匀，形成金属基复合陶瓷混合料，其中：锆刚玉中的Al2O3≥ 68.0％，ZrO2 20.0-27.0％，TiO2≤3.00％，SiO2≤1.50％；高铬铁粉中的Cr≥62-66％，Si≤2.5％，C≥8.0％，P≤0.03％，S≤0.03％；
步骤二、将步骤一制得的金属基复合陶瓷混合料，送入熔炼炉，熔炼温度1600－1800℃，熔炼成钢水，备用；
步骤三、取粒度2－5㎜的锆刚玉83kg，粒度150－500um的铬铁粉17kg，放入容器中，混合均匀，制成混合料；
步骤四、在步骤三制成的混合料中，按重量百分比加入7kg的酚液体树脂，混合均匀，得到含有机结合剂的混合料；
步骤五、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，形成具有多个贯通的浇注孔的胎坯，制成金属基陶瓷增强体坯料；
步骤六、将金属基陶瓷增强体坯料送入干燥室，自然风干或烘干；
步骤七、将干燥后的金属基陶瓷增强体坯料，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，制得金属基陶瓷增强体；
步骤八、将步骤七制得的金属基陶瓷增强体在温度为300－800℃的条件下预加热20min；
步骤九、在事先制好的沙箱模具中依次放入步骤八预加热后的金属基陶瓷增强体，使其布满沙箱模具，放置时将设有通孔的面向上；
步骤十、将步骤二熔炼好的钢水，铸入沙箱模具中，铸满为止，铸满后，自然冷却至常温止，脱模，制得金属基复合陶瓷衬板毛坯，备用；
步骤十一、将制得的金属基复合陶瓷衬板毛坯进行磨面，切边，制得金属基复合陶瓷衬板成品。
Claims (3)
1.一种金属基复合陶瓷衬板，其特征在于：由锆刚玉、高铬铁粉和铁粉经电熔后注入具有多个贯通浇注孔的金属基陶瓷增强体形成，电熔时加入各种物料的粒度和重量百分比是：
粒度2－5㎜的锆刚玉 15－30％；
粒度150－500um的高铬铁粉 20－50％；
粒度44－150μm的铁粉 35－50％；
其中：锆刚玉中的Al2O3≥ 68.0％，ZrO2 20.0-27.0％，TiO2≤3.00％，SiO2≤1.50％；
高铬铁粉中的Cr≥62-66％，Si≤2.5％，C≥8.0％，P≤0.03％，S≤0.03％；
所述的金属基陶瓷增强体组成物料的粒度和重量百分比为：
粒度2－5㎜的锆刚玉70－95％；
粒度150－500um的铬铁粉5－30％；
有机结合剂3－10％；
所述的有机结合剂为环氧树脂、聚氯乙烯或酚液体树脂的一种或几种混合。
2.根据权利要求1所述的一种金属基复合陶瓷衬板的制备方法，步骤如下：
步骤一、按重量百分比，取粒度2－5㎜的锆刚玉15－30％、粒度150－500um的高铬铁粉 20－50％和粒度44－150μm的铁粉35－50％，放入容器中，混合均匀，形成金属基复合陶瓷混合料，其中：锆刚玉中的Al2O3≥ 68.0％，ZrO2 20.0-27.0％，TiO2≤3.00％，SiO2≤1.50％；高铬铁粉中的Cr≥62-66％，Si≤2.5％，C≥8.0％，P≤0.03％，S≤0.03％；
步骤二、将步骤一制得的金属基复合陶瓷混合料，送入熔炼炉，熔炼温度1600－1800℃，熔炼成钢水，备用；
步骤三、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；
步骤四、在步骤三制成的混合料中，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；
步骤五、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，形成具有多个贯通的浇注孔的胎坯，制成金属基陶瓷增强体坯料；
步骤六、将金属基陶瓷增强体坯料送入干燥室，自然风干或烘干；
步骤七、将干燥后的金属基陶瓷增强体坯料，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，制得金属基陶瓷增强体；
步骤八、将步骤七制得的金属基陶瓷增强体在温度为300－800℃的条件下预加热20min；
步骤九、在事先制好的沙箱模具中依次放入步骤八预加热后的金属基陶瓷增强体，使其布满沙箱模具，放置时将设有通孔的面向上；
步骤十、将步骤二熔炼好的钢水，铸入沙箱模具中，铸满为止，铸满后，自然冷却至常温止，脱模，制得金属基复合陶瓷衬板毛坯，备用；
步骤十一、将制得的金属基复合陶瓷衬板毛坯进行磨面，切边，制得金属基复合陶瓷衬板成品。
3.根据权利要求2所述的一种金属基复合陶瓷衬板的制备方法，其特征为：所述的金属基陶瓷增强体坯料上的浇注孔分布在坯料的上下端面上，且与上下端面连接的四壁上均分布有半圆形的凹槽，凹槽的两端与上下端面平齐。
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