CN102765943A - 一种火焰喷涂用氧化锆陶瓷棒的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种火焰喷涂用氧化锆陶瓷棒的制备方法，首先将陶瓷原料称量配料，球磨后烘干，得到混合的粉料，然后在粉料中加入改性苯丙乳液等，进行混料练泥，将可塑泥团放入真空挤出机中，挤出成型，采用卧烧法，加温进行脱胶处理，最后在一定温度下烧结，即得到本发明的氧化锆陶瓷棒。本发明的工艺简单，产品合格率高，大大降低了生产成本，提高了效率，适合工业化生产，生产出的陶瓷棒具有较好的喷涂性能，喷涂后所形成的陶瓷涂层具有较好的力学性能，同时还具有较好的隔热性、绝缘性、耐腐蚀性等。可以在坦克、装甲车、航天航空领域有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷制备领域，具体涉及一种火焰喷涂用氧化锆陶瓷棒及其制备方法。
背景技术
随着科学技术的发展，陶瓷喷绘技术已逐步得到了广泛的应用。目前较成熟的陶瓷喷涂技术主要有等离子喷涂和火焰喷涂技术。其中等离子喷涂方法因工艺装置复杂、价格高、维修不便、操作麻烦等原因，在工业中的推广应用受到限制。火焰喷涂技术设备简单、通用性强、工艺方法简便，因而得到了较广泛的应用。根据所使用的喷涂原料不同，火焰喷涂技术又分为粉末火焰喷涂和陶瓷棒火焰喷涂。对于粉末火焰喷涂，由于陶瓷粉末颗粒是在飞行过程中被火焰加热的，颗粒在火焰中受到的加热时间非常短，因此在涂层中常存在未充分熔化的粒子，造成涂层不均匀，而且粉末利用率低，有相当一部分被高速气流吹走。而陶瓷棒火焰喷涂是通过高温氧乙炔焰将陶瓷棒端头熔融，形成陶瓷滴液，然后再喷射到工件的表面，形成均匀致密的陶瓷涂层。由于滴液在撞击工件表面时仍为液态，而且液态被加速到大约每秒180米的速度，带着很大的热能和动能打到工件基体表面，因此可与基体间形成性能优良的陶瓷涂层。所以，陶瓷棒火焰喷涂是一项实用有效的陶瓷喷涂技术。
专利号为ZL99107782.2， 名称为一种火焰喷涂用氧化物陶瓷棒的制备方法中首先将陶瓷原料称量配料,球磨后烘干,得到混合的粉料,然后在粉料中加入聚乙烯醇水等,进行混料练泥,将可塑泥团放入真空挤出机中,挤出成型,加温进行排胶处理,最后在一定温度下烧结得到到氧化物陶瓷棒。所得的氧化物陶瓷棒具有较好的喷涂性能,喷涂后所形成的陶瓷涂层具有较好的力学性能,同时还具有较好的隔热性、绝缘性、耐腐蚀性等,但是此专利工艺上存在以下不足：1、在球磨混料时加入了玛瑙球和酒精介质，这样球磨得更均匀，但是，同时磨去了各原材料的原有棱角，各材料之间的粘结性降低，在高温烧结时，容易变形，降低了合格率，同时还增加了加工成本；
2、脱胶和高温烧结时，采用的是吊烧法，此烧结法对于主原料的比重有严格的要求，对于主原料氧化锆比重过大的氧化锆陶瓷棒或比重过轻的三氧化二铝/二氧化钛陶瓷棒材料，大比重的吊烧时容易坠落摔坏，轻比重的在吊烧时容易变形，导致成品合格率极低，生产效率非常低，废品率高，不能满足工业化生产的需要。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种火焰喷涂用氧化锆陶瓷棒的制备方法，本发明工艺简单，产品的合格率高。
本发明采用的技术方案如下：
一种火焰喷涂用氧化锆陶瓷棒的制备方法，其特征在于：
所用的主要原料组成及重量百分比为：Al2O3 2%-3%、SiO2 3%-4%、Fe2O3 0.02%-0.03%、TiO2 0.75%-0.85%、CaO 3.90-3.95%、余量为ZrO2，
其制备过程如下：
（1）按配方比例称取原料，将称取的原料放入球磨罐中直接干混 3-5小时，
（2） 混合后的混合粉料加入到高温箱式电炉里在1500-1650℃下进行结晶烧结，烧结22-24小时，然后出炉粉碎，过250-300目振动筛；
（3）向粉料中加入相当于粉料重量 50-60%改性苯丙乳液、0.8-1.2%的甘油、0.5-0.8%液体石蜡，用万马力混合搅拌机进行混料炼泥，泥团水分含量为15-20% ；
（5）泥团直接加入陶瓷制品挤出机挤出成型、自然干燥10-12小时，然后在进入烘箱干燥，干燥温度80-120℃，当水分含量小于10%时，即可；
（6）将干燥后的陶瓷棒坯放入卧室脱胶炉中，采用卧烧的方法，采用缓慢升温进行脱胶处理，要求在14-15小时之间温度升到1000-1100℃，并在此温度下保温2-3小时，然后自然冷却至80℃以下；
（7）将脱胶后的陶瓷棒坯放入卧式烧结炉中进行高温烧结，在1350-1450℃下烧结6-8小时，即得本发明的陶瓷棒，
所述的改性苯丙乳液是由下述重量份的原料制成：去离子水80-110、聚乙二醇200 6-7、苯乙烯15-20、甲基丙烯酸羟乙酯7-9、丙烯酸4-6、过硫酸钠0.3-0.5、烯丙氧基羟丙基磺酸钠0.5-0.7；
所述的改性苯丙乳液的制备方法包括以下步骤：
将70-80份去离子水与全部的烯丙氧基羟丙基磺酸钠、聚乙二醇200混匀后，高速搅拌至乳化充分后进行水浴升温，待升温到70-80℃，按重量份加入苯乙烯、甲基丙烯酸羟乙酯和丙烯酸与用剩余去离子水完全溶解的过硫酸钠，然后升温至85-90℃，保温一小时左右后，冷却至室温，即得改性苯丙乳液。
所述的火焰喷涂用氧化锆陶瓷棒的制备方法，其特征在于：制备氧化锆陶瓷棒所用的原料组成及重量百分比为：Al2O3 2.42%、SiO2 3.715%、Fe2O3 0.027%、TiO2 0.8%、CaO 3.93%、余量为ZrO2。
与现有技术相比本发明的优点如下：
1、在球磨混料时，采用配方原料直接放入球磨罐进行干混，无需加入固、液介质，降低了加工原材料成本，同时还保留了各原材料的原有棱角，各材料之间的粘结性强，在高温烧结时，不容易变形，提高了合格率；
2、原料球磨时是纯配方原料之间进行干混，所以干混后的粉料，无需进行烘干脱液体介质工序，同时省去了烘干后的过筛去固体介质的工序，省去了烘干和过筛两道工序，进一步降低了加工成本；
3、脱胶和高温烧结时，采用的是卧烧法，克服了原有的吊烧法对主原料比重的严格要求，对于各种比重的原材料烧结时成品的合格率都很高，卧烧法烧结氧化锆陶瓷棒成品的合格率达85%以上，原吊烧法的合格率只有3%，大大提高了生产效率，降低了废品率，满足了工业化批量生产的要求。
5、本发明方法制备的氧化锆陶瓷棒具有较好的喷涂性能，喷涂后所形成的陶瓷涂层具有较好的力学性能，同时还具有较好的隔热性、绝缘性、耐腐蚀性等。在坦克、装甲车、航天航空领域有很好的应用前景。
本发明方法制备的氧化锆陶瓷棒的特性如下表1：
表1
本发明制造的氧化锆陶瓷棒经喷涂后，形成的陶瓷涂层的有关性能如下表2所示：
表2 ZrO2陶瓷棒喷涂涂层的有关性能与特性
由表2可以看出，本发明所制造的氧化物陶瓷棒具有较好的喷涂性能，喷涂后所形成的陶瓷涂层具有较好的力学性能，同时还具有较好的隔热性、绝缘佳、耐腐蚀性等。
在一块10mm厚的钢板一面喷涂二氧化锆陶瓷涂层（涂层厚度0.8mm左右）然后在钢板的任何一面加热至1200℃，而背面测温则在600℃以下。这是其他任何材料所不能替代的，因为立方相二氧化锆具有热缩冷涨的特性，所以在坦克、装甲车、航天航空领域有很好的应用前景。
具体实施方式
选用配方为：89.108% ZrO2+ 2.42% Al2O3 +3.715%SiO2 + 0.027% Fe2O3+0.8%TiO2 + 3.93%CaO2进行称量配料，放入球磨罐直接进行干混 4小时，混合后的混合粉料出料后直接加入到高温箱式电炉里，在1600℃下进行高温烧结23小时，然后出炉粉碎，过280目振动筛；取将75份去离子水与5份烯丙氧基羟丙基磺酸钠、6.5份聚乙二醇200混匀 ，高速搅拌至乳化充分后进行水浴升温，待升温到75℃，加入18份苯乙烯、8份甲基丙烯酸羟乙酯和5份丙烯酸与25份去离子水完全溶解的0.4份过硫酸钠，然后升温至88℃，保温一小时左右后，冷却至室温，即得改性苯丙乳液粘合剂，按混合原粉料：改性苯丙乳液：甘油：液体石蜡=100:55:1:0.7的比例将粉料、改性苯丙乳液、甘油、液体石蜡进行混合，用万马力混合搅拌机进行混料炼泥，直至获得塑性良好的可塑泥团，泥团含水率在16%左右，得到可塑泥团。将可塑泥团放入真空挤出机中，挤出成型，挤出压力为20Mpa，将挤出的坯体放在托板上空气干燥10小时，放入烘箱中在100℃下干燥，得到陶瓷棒坯体。将陶瓷棒坯体放入卧室脱胶炉中，采用卧烧的方法，慢速升温（1.5℃/分钟）至1000℃，进行脱胶处理，再保温2.5小时，待有机物完全排进后，再以4℃/分钟的速率升温至1200℃进行烧结7小时，即可得到氧化锆陶瓷棒，颜色为深蓝色。
实际喷涂实验
取一块10mm厚的钢板，在其中的一面喷涂本实施例制得的二氧化锆陶瓷涂层（涂层厚度0.8mm左右），然后将钢板的其它任何一面加热至1200℃，而背面测温则在600℃以下。这说明二氧化锆陶瓷涂层具有非常好的隔热效果，这是立方相二氧化锆具有热缩冷涨的特性，是其他任何材料所不能替代的，所以在坦克、装甲车、航天航空领域有很好的应用前景。
Claims (2)
1.一种火焰喷涂用氧化锆陶瓷棒的制备方法，其特征在于：
所用的主要原料组成及重量百分比为：Al2O3 2%-3%、SiO2 3%-4%、Fe2O3 0.02%-0.03%、TiO2 0.75%-0.85%、CaO 3.90-3.95%、余量为ZrO2 ，
其制备过程如下：
（1）按配方比例称取原料，将称取的原料放入球磨罐中直接干混 3-5小时，
（2） 混合后的混合粉料加入到高温箱式电炉里在1500-1650℃下进行结晶烧结，烧结22-24小时，然后出炉粉碎，过250-300目振动筛；
（3）向粉料中加入相当于粉料重量 50-60%改性苯丙乳液、0.8-1.2%的甘油、0.5-0.8%液体石蜡，用万马力混合搅拌机进行混料炼泥，泥团水分含量为15-20% ；
（5）泥团直接加入陶瓷制品挤出机挤出成型、自然干燥10-12小时，然后在进入烘箱干燥，干燥温度80-120℃，当水分含量小于10%时，即可；
（6）将干燥后的陶瓷棒坯放入卧室脱胶炉中，采用卧烧的方法，采用缓慢升温进行脱胶处理，要求在14-15小时之间温度升到1000-1100℃，并在此温度下保温2-3小时，然后自然冷却至80℃以下；
（7）将脱胶后的陶瓷棒坯放入卧式烧结炉中进行高温烧结，在1350-1450℃下烧结6-8小时，即得本发明的陶瓷棒，
所述的改性苯丙乳液是由下述重量份的原料制成：去离子水80-110、聚乙二醇200 6-7、苯乙烯15-20、甲基丙烯酸羟乙酯7-9、丙烯酸4-6、过硫酸钠0.3-0.5、烯丙氧基羟丙基磺酸钠0.5-0.7；
所述的改性苯丙乳液的制备方法包括以下步骤：
将70-80份去离子水与全部的烯丙氧基羟丙基磺酸钠、聚乙二醇200混匀后，高速搅拌至乳化充分后进行水浴升温，待升温到70-80℃，按重量份加入苯乙烯、甲基丙烯酸羟乙酯和丙烯酸与用剩余去离子水完全溶解的过硫酸钠，然后升温至85-90℃，保温一小时左右后，冷却至室温，即得改性苯丙乳液。
2.根据权利要求1所述的火焰喷涂用氧化锆陶瓷棒的制备方法，其特征在于：制备氧化锆陶瓷棒所用的原料组成及重量百分比为：Al2O3 2.42%、SiO2 3.715%、Fe2O3 0.027%、TiO2 0.8%、CaO 3.93%、余量为ZrO2。
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