CN102826835A - 一种耐高温冲蚀磨损的ZrO2-Al2O3复相陶瓷材料 - Google Patents
一种耐高温冲蚀磨损的ZrO2-Al2O3复相陶瓷材料 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种耐高温冲蚀磨损的ZrO2-Al2O3复相陶瓷材料，属于结构陶瓷及高温复合材料领域。本发明以自制ZrO2粉体和Al2O3粉体为原料，通过无压烧结制得。通过控制ZrO2的添加量和烧结温度使材料获得较高的断裂韧性，提高材料的耐高温冲蚀磨损性能。其耐高温气固两相流冲蚀磨损性能均优于常用的氧化铝系列陶瓷，也可代替低碳钢、耐热合金钢和硬质合金应用于各种易磨损部件(如气流运输物料管道、高温烟气物料输送管道等)的耐冲蚀磨损材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐高温冲蚀磨损的ZrO2-Al2O3复相陶瓷材料，属于结构陶瓷及高温复合材料领域。
背景技术
磨损是现代工业生产中仪器设备破坏损失的主要的形式，由于生产过程中磨损的存在，严重影响仪器设备的使用寿命，降低生产效率，造成能源和材料的大量损失。其中，冲蚀磨损在磨损中占到较高的比例，冲蚀磨损是材料受到小而松散的流动粒子冲击时表面出现破坏的一类磨损现象。而高温气固两相冲蚀磨损作为冲蚀磨损的主要形式之一，广泛存在于现代工业生产中。例如：入侵到直升机发动机的粉尘和沙粒对发动机的冲蚀；气流运输物料对管路弯头的冲蚀；火力发电厂粉煤尾气对换热器管路的冲蚀等。现代高温耐磨损材料主要以Ni-Gr为基的高温合金中添加W、Co、Mo等元素的基础上制备得到，但由于其生产成本高、承受温度相对较低、耐高温腐蚀性相对较差，影响生产的进一步扩大，降低生产效率。
陶瓷材料作为一种新型材料，弥补了金属耐腐蚀性差及合金成本高等的一些缺点，在工业生产中得到了广泛应用。其中，氧化铝陶瓷因其具有良好的耐高温性、耐磨性等性能，被用来制作耐高温磨损机械零件，但由于氧化铝陶瓷的力学性能较差，不能使其它优越性能得到充分发挥。因此，本发明提出在氧化铝陶瓷基体上，利用复合陶瓷的工艺原理和制备思想，加入了氧化锆，制得ZrO2-Al2O3复相陶瓷，获得较大的断裂韧性和抗折强度，以代替一些耐磨损器件，作为一种新型耐高温冲蚀磨损材料。
发明内容
本发明的主要目的是针对氧化铝系列陶瓷耐高温冲蚀磨损性能差、强度低、韧性差等问题，提出一种耐高温冲蚀磨损的ZrO2-Al2O3复相陶瓷材料。本发明以自制ZrO2粉体和Al2O3粉体为原料通过控制ZrO2的添加量和烧结温度使材料获得较高的断裂韧性，提高材料的耐高温冲蚀磨损性能。
本发明提出一种通过添加ZrO2制备耐高温冲蚀磨损ZrO2-Al2O3陶瓷复合材料。其特征在于：将ZrO2粉体与Al2O3粉体按照氧化锆的加入量为2vol.％～30vol.％进行配料，后采用球磨湿法置于行星式球磨机中球磨4-24h，混合后经旋转蒸发仪80℃蒸发，置于烘箱中在100℃烘干，后经研磨、160目过筛处理得到混合粉体。采用干压成型法在10-50MPa下得到试样坯体，然后经200MPa冷等静压处理得到坯体，最后采用无压烧结法在1300℃-1700℃条件下保温6h，自然冷却到室温，即可得到耐高温冲蚀磨损的ZrO2-Al2O3基陶瓷复合材料。
在上述材料的制备工艺中，所述的ZrO2粉体是以ZrO(NO3)2·2H2O和氨水为原料，采用原位水解法在常温下水解1～24h，并在600～1000℃煅烧1～24h制备得到。
本发明所述工艺制备得到的ZrO2-Al2O3陶瓷复合材料的抗弯强度最高可达510MPa，断裂韧性最高可达6.34MPa·m1/2，常温冲蚀磨损率达到0.012mm3/g，性能均优于常用的氧化铝系列陶瓷，也可代替低碳钢、耐热合金钢和硬质合金应用于各种易磨损部件(如气流运输物料管道、高温烟气物料输送管道等)的耐冲蚀磨损材料。
下面结合实例对本发明的特点做进一步描述，但并非仅仅局限于下述实施例。
实施案例1：
用ZrO(NO3)2·2H2O和氨水为原料，按照化学计量比进行配料，后经原味水解4h，并于烘箱中烘干，烘干后于600℃保温8h进行无压烧结，后研磨过筛得到ZrO2粉体。将ZrO2粉体与Al2O3粉体为原料按体积比为5∶95混合配料，然后以玛瑙球为球磨介质、无水乙醇为球磨剂湿法球磨8h，混合后经旋转蒸发仪80℃蒸发，置于烘箱中在100℃烘干，后经研磨、160目过筛处理得到混合粉体。采用干压成型法在20MPa下得到试样坯体，然后经200MPa冷等静压处理得到坯体，最后采用无压烧结法在1300℃条件下保温6h，自然冷却到室温，即可得到耐高温冲蚀磨损的ZrO2-Al2O3基陶瓷复合材料。
对得到的ZrO2-Al2O3复相陶瓷材料进行测试，测得陶瓷抗弯强度为389.75MPa，断裂韧性为5.06MPa·m1/2，常温冲蚀磨损体积磨损率为0.026mm3/g。
实施案例2：
用ZrO(NO3)2·2H2O和氨水为原料，按照化学计量比进行配料，后经原味水解6h，并于烘箱中烘干，烘干后于700℃保温10h进行无压烧结，后研磨过筛得到ZrO2粉体。将ZrO2粉体与Al2O3粉体为原料按体积比为10∶90混合配料，然后以玛瑙球为球磨介质、无水乙醇为球磨剂湿法球磨10h，混合后经旋转蒸发仪80℃蒸发，置于烘箱中在100℃烘干，后经研磨、160目过筛处理得到混合粉体。采用干压成型法在30MPa下得到试样坯体，然后经200MPa冷等静压处理得到坯体，最后采用无压烧结法在1500℃条件下保温6h，自然冷却到室温，即可得到耐高温冲蚀磨损的ZrO2-Al2O3基陶瓷复合材料。
对得到的ZrO2-Al2O3复相陶瓷材料进行测试，测得陶瓷抗弯强度为461MPa，断裂韧性为5.77MPa·m1/2，常温冲蚀磨损体积磨损率为0.015mm3/g。
实施案例3：
用ZrO(NO3)2·2H2O和氨水为原料，按照化学计量比进行配料，后经原味水解8h，并于烘箱中烘干，烘干后于800℃保温12h进行无压烧结，后研磨过筛得到ZrO2粉体。将ZrO2粉体与Al2O3粉体为原料按体积比为15∶85混合配料，然后以玛瑙球为球磨介质、无水乙醇为球磨剂湿法球磨12h，混合后经旋转蒸发仪80℃蒸发，置于烘箱中在100℃烘干，后经研磨、160目过筛处理得到混合粉体。采用干压成型法在30MPa下得到试样坯体，然后经200MPa冷等静压处理得到坯体，最后采用无压烧结法在1700℃条件下保温6h，自然冷却到室温，即可得到耐高温冲蚀磨损的ZrO2-Al2O3基陶瓷复合材料。
对得到的ZrO2-Al2O3复相陶瓷材料进行测试，测得陶瓷抗弯强度为510MPa，断裂韧性为6.34MPa·m1/2，常温冲蚀磨损体积磨损率为0.012mm3/g。
Claims (2)
1.一种耐高温冲蚀磨损的ZrO2-Al2O3复相陶瓷材料，其特征在于：将ZrO2粉体与Al2O3粉体按照氧化锆的加入量为2vol.％～30vol.％进行配料，后采用球磨湿法置于行星式球磨机中球磨4-24h，混合后经旋转蒸发仪80℃蒸发，置于烘箱中在100℃烘干，后经研磨、160目过筛处理得到混合粉体。采用干压成型法在10-50MPa下得到试样坯体，然后经200MPa冷等静压处理得到坯体，最后采用无压烧结法在1300℃-1700℃条件下保温6h，自然冷却到室温，即可得到耐高温冲蚀磨损的ZrO2-Al2O3基陶瓷复合材料。
2.根据权利要求书1所述的一种耐高温冲蚀磨损的ZrO2-Al2O3复相陶瓷材料，其特征在于：所述的ZrO2粉体是以ZrO(NO3)2·2H2O和氨水为原料，采用原位水解法在常温下水解1～24h，并在600～1000℃煅烧1～24h制备得到。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104611764A (zh) * | 2015-01-21 | 2015-05-13 | 华中科技大学 | 一种微向下提拉晶体生长炉 |
| CN105174922A (zh) * | 2015-10-20 | 2015-12-23 | 兰州理工大学 | 高韧性Al2O3/3Y-ZrO2复相陶瓷的制备方法 |
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2012
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|---|---|---|---|---|
| CN104611764A (zh) * | 2015-01-21 | 2015-05-13 | 华中科技大学 | 一种微向下提拉晶体生长炉 |
| CN104611764B (zh) * | 2015-01-21 | 2017-10-31 | 华中科技大学 | 一种微向下提拉晶体生长炉 |
| CN105174922A (zh) * | 2015-10-20 | 2015-12-23 | 兰州理工大学 | 高韧性Al2O3/3Y-ZrO2复相陶瓷的制备方法 |
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