CN108672685A - 陶瓷管与金属直接铸造的三层复合管 - Google Patents

Abstract

陶瓷管与金属直接铸造的三层复合管，该复合管是将碳化硅粉和铝合金粉按照质量配比各一半，加上少量的铜粉混合均匀，而后用酚醛树脂调和成糊状，再将糊状粉末均匀涂在碳硅陶瓷管外壁，多次涂抹后形成一定厚度，烘干；之后将干燥后的管后放入事先预备并加温的模具，用熔融的铝合金熔液将管道包裹、铸造，自然冷却后得到碳硅陶瓷铝合金复合管。本发明的陶瓷、金属三层铸造复合管加工工艺简单、成本低廉、容易铸造，适合工业化规模生产。该复合管抗高压、抗撞击、耐高温、耐腐蚀、耐磨、热传导好、无毒无害、无重金属污染、容易连接，可大规模运用于化工、冶金、医药、食品、机械等行业，实用前景广阔。适用于化工合成、制药、食品加工、涂料等行业。

Description

陶瓷管与金属直接铸造的三层复合管

技术领域

本发明涉及由不同金属铸造的复合制品，也涉及组合管，具体来说，涉及陶瓷管与金属直接铸造的三层复合管。

背景技术

陶瓷材料一般都具有硬度高、耐磨、耐腐蚀、耐高温、耐氧化等优势特征；但是陶瓷材料也有延展性差、抗曲变能力差、热冷膨胀后易碎裂等缺点；近年来我国陶瓷工业发展迅速，各种结构陶瓷和功能陶瓷应运而生，得到广泛应用。但是目前还是没有解决陶瓷的抗曲变性和延展性问题，不能像金属一样任意变形加工成各种形状，陶瓷的抗碎裂、抗撞击能力差的弱点难以克服。如果把陶瓷与金属有效复合，弥补陶瓷的一些弱点，让金属的某些属性弥补陶瓷的不足，而陶瓷的优点能充分发挥，这样陶瓷的应用将更广泛，优势更突出。

碳化硅陶瓷是一种很有潜力的结构性陶瓷，由于化学性能稳定、导热性好、热膨胀系数小、耐高温、耐磨性好等优点，近年来得到充分重视和应用，但碳化硅的抗形变性和韧性较差，用碳化硅做成的细小管道太长则容易断裂，碳化硅这一特性与普通陶瓷一样，难以直接加工或连成长管使用，使得碳化硅陶瓷在冶金、化工等领域难以大规模使用。

为此，近年来科技人员推出了一些与金属陶瓷复合管相关的专利申请件，例如：ZL2009101041120号《金属陶瓷复合管的制作方法》，是在金属管内壁熔敷陶瓷层；ZL2009103029941号《金属/陶瓷梯度复合管的制备方法》，该技术是利用流延辊压技术制备金属/内陶瓷梯度复合管；2009101150151号《制作内耐磨陶瓷层外金属层且呈无间隙冶金结合状复合管的方法及产品》，是将制成的陶瓷管置于铸型内加热，然后把熔化的金属液体注入其外围；2015105282259号《一种金属陶瓷复合管及其制作工艺》，其管道基管内壁设有陶瓷金属层；2017111506843号《一种耐高温的金属陶瓷复合铸造模具》，其在模具钢材料中添加陶瓷成分和粘合剂。

以上专利技术有效的利用了陶瓷的耐高温、耐腐蚀、耐磨等优势特性，也满足了金属管的抗形变和已焊接的特点，这样的复合管在冶金行业广泛使用，但是这样的复合管只能是大管道才能复合，对于较小的管道难以贴入陶瓷片而难以复合；有人用熔化金属液直接浇铸在陶瓷管外壁形成复合管，但是陶瓷的热膨胀系数和金属的热膨胀系数相差很大，这样直接复合很难成功，如果强行复合，在热胀冷缩情况下会导致金属与陶瓷分离、陶瓷碎裂或金属变形，这种复合方式只是一种假设，在实际应用中难以成功。

发明内容

本发明旨在提供陶瓷管与金属直接铸造的三层复合管，得到的复合管具有优良性能，可以广泛应用于各个工业部门。

发明人经过研究和多次反复实验，发明了在结构陶瓷管道与金属之间加入陶瓷粉末和金属粉末的混合体作为过渡层，而后将金属熔液铸造在陶瓷管外，形成陶瓷层-过渡层-金属层三层复合管取得成功。过渡层也是缓冲层，不仅能有效地缓冲陶瓷与金属间的压力，更主要的能缓冲陶瓷与金属之间的冷热系数不均等带来的应力，防止金属与陶瓷分离。

发明人提供的陶瓷管与金属直接铸造的三层复合管，是将碳化硅粉和铝合金粉按照质量配比各一半，加上少量的铜粉混合均匀，而后用酚醛树脂调和成糊状，再将糊状粉末均匀涂在碳硅陶瓷管外壁，多次涂抹后形成一定厚度，烘干；之后将干燥后的管后放入事先预备并加温的模具，用高温熔融的铝合金熔液将管道包裹、铸造，待自然冷却后得到碳硅陶瓷铝合金复合管。

上述碳化硅粉、铝合金粉和铜粉均为纯度高于98%的材料；上述碳化硅粉、铝合金粉与铜粉三种粉料的质量配比为10∶10∶2。

上述酚醛树脂的用量是达到一定粘结度，以三种粉料能有效均匀附着与陶瓷管上为宜。

上述涂抹的次数为1～10次，形成的厚度为0.5～2.0mm。

发明人指出：这样铸造的的复合管结构紧密，经过冷热试验不会变形和松动；使用同样方法可以铸造铁、铜、不锈钢等金属及合金的陶瓷复合管，只要将同等材质的金属粉末与同等材质的陶瓷粉末混合形成缓冲过渡层即可复合,也可以用同样方法复合其它形状的金属-陶瓷复合材料，如板材类、棒材类。

本发明的陶瓷、金属三层复合管不仅具备耐腐蚀、耐磨、耐高温、热传导好的优点，有了金属的保护就增加了耐高压、耐撞击和容易连接的优点。陶瓷管可先行加工成各式形状，如圆盘、蛇形管和多次来回的直管等，而后再用同样方法铸造复合成板状、管状、柱状等各种所需要的物件。

本发明的陶瓷、金属三层铸造复合管加工工艺简单、成本低廉、容易铸造，适合工业化规模化生产。陶瓷金属复合管抗高压、抗撞击、耐高温、耐腐蚀、耐磨、热传导好、无毒无害、无重金属污染、容易连接，可大规模运用于化工、冶金、医药、食品、机械等行业，有广阔的实用前景。适用于化工合成、制药、食品加工、涂料等行业。

具体实施方式

实施例1 制耐高温高压、耐腐蚀、耐磨的化工、冶金、砂浆管道

取碳化硅粉和铝合金粉各1kg，加上铜粉0.2kg，混合均匀，再取酚醛树脂0.2kg，调和成糊状，再将糊状粉末均匀涂在碳硅陶瓷直管外壁，涂抹5次后形成1mm的厚度，烘干；之后将干燥后的管后放入事先预备并加温的模具，用高温熔融的铝合金熔液将管道包裹、铸造，待自然冷却后得到碳硅陶瓷铝合金复合管，可用作腐蚀性液体输送。

实施例2 制耐高温、高压、耐腐蚀、高热导性的冷凝器

取碳化硅粉和铝合金粉各1kg，加上铜粉0.2kg，混合均匀，再取酚醛树脂0.2kg，调和成糊状，预先用碳硅陶瓷管制作成为蛇形盘管，将糊状粉末均匀涂在该蛇形盘管外壁，涂抹6次后形成1.5mm的厚度，烘干；之后将干燥后的蛇形盘管，放入事先预备并加温的模具，用高温熔融的铝合金熔液将管道包裹、铸造，待自然冷却后得到碳硅陶瓷铝合金复合蛇形盘管，用于冷凝器内件。

实施例3 制耐高温、高压、耐腐蚀的连续流化学管道反应器

预先用碳硅陶瓷管制作成为回形管道或内含通道的陶瓷板，拟用于作为管道化学反应器的管道。取碳化硅粉和铝合金粉各1kg，加上铜粉0.2kg，混合均匀，再取酚醛树脂0.2kg，调和成糊状，再将糊状粉末均匀涂在回形管外壁，涂抹5次后形成1mm的厚度，烘干；之后将干燥后的管或板放入事先预备并加温的模具，用高温熔融的铝合金熔液将管道包裹、铸造，待自然冷却后得到碳硅陶瓷铝合金复合回形管，用来制作管道化学反应器。

实施例4 制耐腐蚀的容器

预先用碳硅陶瓷制作成为容器，拟用于作为耐腐蚀的容器。取碳化硅粉和铝合金粉各2kg，加上铜粉0.4kg，混合均匀，再取酚醛树脂0.5kg，调和成糊状，再将糊状粉末均匀涂在容器内、外壁，涂抹7次后形成2mm的厚度，烘干；之后将干燥后的管后放入事先预备并加温的模具，用高温熔融的铝合金熔液将管道包裹、铸造，待自然冷却后得到耐腐蚀的容器。

实施例5 制水冷电动机外壳

预先用碳硅陶瓷制作成盘管或蛇形管，铸造在金属壳内部，作为热媒换热通道，制成电动机外壳，拟用于水冷电动机。取碳化硅粉和铝合金粉各1kg，加上铜粉0.2kg，混合均匀，再取酚醛树脂0.2kg，调和成糊状，再将糊状粉末均匀涂在容器内、外壁，涂抹3次后形成0.5mm的厚度，烘干；之后将干燥后的管后放入事先预备并加温的模具，用高温熔融的铝合金熔液将管道包裹、铸造，待自然冷却后得到水冷电动机外壳，号称“永不发热的电动机”。

Claims (4)

1.陶瓷管与金属直接铸造的三层复合管，其特征在于该复合管是将碳化硅粉和铝合金粉按照质量配比各一半，加上少量的铜粉混合均匀，而后用酚醛树脂调和成糊状，再将糊状粉末均匀涂在碳硅陶瓷管外壁，多次涂抹后形成一定厚度，烘干；之后将干燥后的管后放入事先预备并加温的模具，用高温熔融的铝合金熔液将管道包裹、铸造，待自然冷却后得到碳硅陶瓷铝合金复合管。

2.如权利要求1所述的陶瓷管与金属直接铸造的三层复合管，其特征在于所述碳化硅粉、铝合金粉和铜粉均为纯度高于98%的材料；所述碳化硅粉碳化硅粉、铝合金粉与铜粉三种粉料的质量配比为10∶10∶2。

3.如权利要求1所述的陶瓷管与金属直接铸造的三层复合管，其特征在于所述酚醛树脂的用量要求达到一定粘结度，以粉末能有效均匀附着与陶瓷管上为宜。

4.如权利要求1所述的陶瓷管与金属直接铸造的三层复合管，其特征在于所述涂抹的次数为1～10次，形成的厚度为0.5～5mm。