CN109503130A - 一种火焰喷涂用氧化铝陶瓷棒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种火焰热喷涂用氧化铝陶瓷棒及其制备方法，首先要采用已经煅烧过的具有90％α相高纯氧化铝粉末与少量SiO2等其他辅料称量配料、筛分、混合均匀，加入一定比例的水、油、胶、体混合，滚轧，然后挤出成型，烘干处理；最后在一定高温下烧成白色氧化铝陶瓷棒，本发明生产的陶瓷棒具有顺畅的喷涂性能，喷涂形成的陶瓷涂层结合力强、耐磨热传导快，具有很高的绝缘性能。

Description

一种火焰喷涂用氧化铝陶瓷棒及其制备方法
技术领域
本发明涉及热喷涂陶瓷棒制备技术领域，具体为一种火焰喷涂用氧化铝陶瓷棒及其制备方法。
背景技术
在科学技术大力发展的时代，陶瓷热喷涂技术已广泛得到应用，目前非金属材料的热喷涂主要有粉末等离子喷涂及火焰热喷涂技术，其中，等离子喷涂方法因工艺装置复杂，价格高，操作麻烦等原因应用受限，而陶瓷棒的火焰喷涂技术设备简单，通用性强，工艺方法简单，使涂层更致密，耐磨，因而得到广泛应用。
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，有相当一部分被高气速吹走；而陶瓷棒火焰喷涂通常是通常高温氧气、乙炔将陶瓷棒端头熔融，形成陶瓷液滴，然后再喷射到工件的表面，形成均匀致密的陶瓷涂层。由于液滴在撞击工件表面时仍为液态，而且被加速到大约80米/秒的速度，首先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。
而现有的火焰喷涂用陶瓷棒虽然具有良好的耐高温和隔热的效果，但最终形成的涂层不具备良好的绝缘性能，同时结合力和硬度均不高，因此不适用于现代新能源汽车电池绝缘等领域，为了得到具备良好的绝缘性能，同时更耐磨，结合力和硬度更高的火焰喷涂陶瓷棒，本发明提供了一种火焰喷涂用氧化铝陶瓷棒及其制备方法。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种火焰喷涂用氧化铝陶瓷棒及其制备方法，解决了目前的火焰喷涂用陶瓷棒进行喷涂使用时，最终形成的涂层不具备良好的绝缘性能，同时结合力和硬度均不高的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种火焰喷涂用氧化铝陶瓷棒,包括如下重量份的原料：
主料：99.64份Al2O3；
辅料：0.10份SiO2、0.15份Na2O3、0.04份MgO以及0.04份CaO；
粘合剂：聚合度为4000的PHMC、液体石蜡、甘油、油酸以及去离子水；
优选的，主料Al2O3采用煅烧过的具有95％以上α相三氧化二铝的高纯氧化铝粉末。
上述火焰喷涂用氧化铝陶瓷棒的制备方法，包括如下步骤：
(1)备料：将上述原料中的主料和辅料进行粗筛分，将各组分原料均筛分至粒度范围在250-350目之间备用；
(2)研磨干混：将步骤(1)筛分好的主料和各种辅料按照原料中的配比配料，然后依次将各原料置于球磨机中进行混料研磨，混料时间为4-5h；
(3)泥料制备：将干混完成的各粉料取出后置于真空搅拌机中，然后依次加入重量相当于上述干粉料重量10-15％的PHMC，7-10％的去离子水，3-5％的油酸，0.5-1％的甘油，1-1.5％液体石蜡，随后启动真空搅拌机进行混合搅拌，直至获得可塑泥团；为了保证可塑泥团具备良好的可塑性，将可塑泥团的水分含量控制在15-20％；
(4)压膜均化：将均混好的泥料放入对辊压膜机中压膜，进一步均化混合，加大各原料之间的结合密度；
(5)挤出成型：将压膜完成后的泥料，置于真空挤出机中挤出成型，得到陶瓷棒状坯料；
(6)烘干：将挤出成型的陶瓷棒状坯料放在木质托板上，然后置于真空烘箱中烘干，干燥至坯料水分含量小于10％时即可；其中真空干燥温度优选为为118-123℃；
(7)高温烧结：将烘干后的陶瓷棒状坯料置于窑炉中，陶瓷棒坯料经1300℃高温烧结成白色氧化铝陶瓷棒坯料；
(8)成品精加工：将烧结而成的白色氧化铝陶瓷棒坯料，用数控磨床精加工至外径为6.20-6.23mm的棒状标准件，然后包装成成品即可。
优选的，步骤(7)中所用窑炉采用卧式烧结炉，同时为了更好的进行脱胶处理和保证良好的烧结效果，在使用卧式烧结炉进行烧结时，采用缓慢升温进行脱胶处理，要求在14-15小时内温度升到1000-1100℃，并在此温度下保温2-3小时，进行脱胶处理，然后继续升温至1300℃烧结6-8小时，即得白色氧化铝陶瓷棒坯料。
(三)有益效果
本发明提供了一种火焰喷涂用氧化铝陶瓷棒及其制备方法具备以下有益效果：
本发明提供的氧化铝陶瓷棒热喷涂后形成的涂层，具有结合力高、硬度高，尤其具备良好的绝缘性能，这是其他材料的陶瓷棒所不能达到的，此外，该氧化铝陶瓷棒具有顺畅的喷涂性能，因此该种氧化铝陶瓷棒具有良好的市场前景，如应用到现代新能源汽车电池绝缘等领域。
本发明在制备该氧化铝陶瓷棒时，采用先进的卧烧技术，与其他吊烧工艺相比，具有工艺简单，生产效率高，合格率更高、节约窑炉空间，从而更节能。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种火焰喷涂用氧化铝陶瓷棒,包括如下重量份的原料：
主料：99.64份煅烧过的具有95％以上α相三氧化二铝的高纯氧化铝粉末；
辅料：0.10份SiO2、0.15份Na2O3、0.04份MgO以及0.04份CaO；
粘合剂：聚合度为4000的PHMC、液体石蜡、甘油、油酸以及去离子水；
上述火焰喷涂用氧化铝陶瓷棒的制备方法，包括如下步骤：
(1)备料：将上述原料中的主料和辅料进行粗筛分，将各组分原料均筛分至粒度范围在250-350目之间备用；
(2)研磨干混：将步骤(1)筛分好的主料和各种辅料按照原料中的配比配料，然后依次将各原料置于球磨机中进行混料研磨，混料时间为4h；
(3)泥料制备：将干混完成的各粉料取出后置于真空搅拌机中，然后依次加入重量相当于上述干粉料重量10％的PHMC，7％的去离子水，3％的油酸，0.5％的甘油，1％液体石蜡，随后启动真空搅拌机进行混合搅拌，直至获得水分含量为15％的可塑泥团；
(4)压膜均化：将均混好的泥料放入对辊压膜机中压膜，进一步均化混合，加大各原料之间的结合密度；
(5)挤出成型：将压膜完成后的泥料，置于真空挤出机中挤出成型，得到陶瓷棒状坯料；
(6)烘干：将挤出成型的陶瓷棒状坯料放在木质托板上，然后置于真空烘箱中烘干，其中真空干燥温度设置为118℃，干燥至坯料水分含量小于10％时即可；
(7)高温烧结：将烘干后的陶瓷棒状坯料置于卧式烧结炉中，采用缓慢升温进行脱胶处理，要求在14小时内温度升到1000℃，并在此温度下保温2小时，进行脱胶处理，然后继续升温至1300℃烧结6小时，即得白色氧化铝陶瓷棒坯料；
(8)成品精加工：将烧结而成的白色氧化铝陶瓷棒坯料，用数控磨床精加工至外径为6.20-6.23mm的棒状标准件，然后包装成成品即可。
实施例2
一种火焰喷涂用氧化铝陶瓷棒,包括如下重量份的原料：
主料：99.64份煅烧过的具有95％以上α相三氧化二铝的高纯氧化铝粉末；
辅料：0.10份SiO2、0.15份Na2O3、0.04份MgO以及0.04份CaO；
粘合剂：聚合度为4000的PHMC、液体石蜡、甘油、油酸以及去离子水；
上述火焰喷涂用氧化铝陶瓷棒的制备方法，包括如下步骤：
(1)备料：将上述原料中的主料和辅料进行粗筛分，将各组分原料均筛分至粒度范围在250-350目之间备用；
(2)研磨干混：将步骤(1)筛分好的主料和各种辅料按照原料中的配比配料，然后依次将各原料置于球磨机中进行混料研磨，混料时间为4.5h；
(3)泥料制备：将干混完成的各粉料取出后置于真空搅拌机中，然后依次加入重量相当于上述干粉料重量12％的PHMC，8.5％的去离子水，4％的油酸，0.7％的甘油，1.2％液体石蜡，随后启动真空搅拌机进行混合搅拌，直至获得水分含量为17％的可塑泥团；
(4)压膜均化：将均混好的泥料放入对辊压膜机中压膜，进一步均化混合，加大各原料之间的结合密度；
(5)挤出成型：将压膜完成后的泥料，置于真空挤出机中挤出成型，得到陶瓷棒状坯料；
(6)烘干：将挤出成型的陶瓷棒状坯料放在木质托板上，然后置于真空烘箱中烘干，其中真空干燥温度设置为120℃，干燥至坯料水分含量小于10％时即可；
(7)高温烧结：将烘干后的陶瓷棒状坯料置于卧式烧结炉中，采用缓慢升温进行脱胶处理，要求在14.5小时内温度升到1050℃，并在此温度下保温2.5小时，进行脱胶处理，然后继续升温至1300℃烧结7小时，即得白色氧化铝陶瓷棒坯料；
(8)成品精加工：将烧结而成的白色氧化铝陶瓷棒坯料，用数控磨床精加工至外径为6.20-6.23mm的棒状标准件，然后包装成成品即可。
实施例3
一种火焰喷涂用氧化铝陶瓷棒,其特征在于，包括如下重量份的原料：
主料：99.64份煅烧过的具有95％以上α相三氧化二铝的高纯氧化铝粉末；
辅料：0.10份SiO2、0.15份Na2O3、0.04份MgO以及0.04份CaO；
粘合剂：聚合度为4000的PHMC、液体石蜡、甘油、油酸以及去离子水；
上述火焰喷涂用氧化铝陶瓷棒的制备方法，包括如下步骤：
(1)备料：将上述原料中的主料和辅料进行粗筛分，将各组分原料均筛分至粒度范围在250-350目之间备用；
(2)研磨干混：将步骤(1)筛分好的主料和各种辅料按照原料中的配比配料，然后依次将各原料置于球磨机中进行混料研磨，混料时间为5h；
(3)泥料制备：将干混完成的各粉料取出后置于真空搅拌机中，然后依次加入重量相当于上述干粉料重量15％的PHMC，10％的去离子水，5％的油酸，1％的甘油，1.5％液体石蜡，随后启动真空搅拌机进行混合搅拌，直至获得水分含量为20％的可塑泥团；
(4)压膜均化：将均混好的泥料放入对辊压膜机中压膜，进一步均化混合，加大各原料之间的结合密度；
(5)挤出成型：将压膜完成后的泥料，置于真空挤出机中挤出成型，得到陶瓷棒状坯料；
(6)烘干：将挤出成型的陶瓷棒状坯料放在木质托板上，然后置于真空烘箱中烘干，其中真空干燥温度设置为123℃，干燥至坯料水分含量小于10％时即可；
(7)高温烧结：将烘干后的陶瓷棒状坯料置于卧式烧结炉中，采用缓慢升温进行脱胶处理，要求在15小时内温度升到1100℃，并在此温度下保温3小时，进行脱胶处理，然后继续升温至1300℃烧结8小时，即得白色氧化铝陶瓷棒坯料；
(8)成品精加工：将烧结而成的白色氧化铝陶瓷棒坯料，用数控磨床精加工至外径为6.20-6.23mm的棒状标准件，然后包装成成品即可。
对上述1-3实施例制备方法得到的氧化铝陶瓷棒在进行火焰喷涂后得到的涂层，其主要物理化学指标为：
体积密度(g/cm3)：3.23
绝缘常数(-18～315℃)：10
电阻(Ω·cm)：1.14×102(260℃)
抗压强度(MPa)：255
结合强度(MPa)：6.89
孔隙率(％)：8.0
努氏显微硬度：2000
膨胀系数(m/m℃)：2.3×10-6
导热系数(w/m·k)：2.7
相组成：r-Al2O3,α-Al2O3
抗酸碱性：良好
根据上述氧化铝陶瓷棒在进行火焰喷涂后得到的涂层的物理化学指标可知，本发明提供的氧化铝陶瓷棒热喷涂后形成的涂层，具有结合力高、硬度高，尤其具备良好的绝缘性能，这是其他材料的陶瓷棒所不能达到的，此外，该氧化铝陶瓷棒具有顺畅的喷涂性能，因此该种氧化铝陶瓷棒具有良好的市场前景，如应用到现代新能源汽车电池绝缘等领域。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种火焰喷涂用氧化铝陶瓷棒,其特征在于，包括如下重量份的原料：
主料：99.64份Al2O3；
辅料：0.10份SiO2、0.15份Na2O3、0.04份MgO以及0.04份CaO；
粘合剂：聚合度为4000的PHMC、液体石蜡、甘油、油酸以及去离子水。
2.根据权利要求1所述的火焰喷涂用氧化铝陶瓷棒，其特征在于，主料Al2O3采用煅烧过的具有95％以上α相三氧化二铝的高纯氧化铝粉末。
3.根据权利要求1或2所述的火焰喷涂用氧化铝陶瓷棒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)备料：将上述原料中的主料和辅料进行粗筛分，将各组分原料均筛分至粒度范围在250-350目之间备用；
(2)研磨干混：将步骤(1)筛分好的主料和各种辅料按照原料中的配比配料，然后依次将各原料置于球磨机中进行混料研磨，混料时间为4-5h；
(3)泥料制备：将干混完成的各粉料取出后置于真空搅拌机中，然后依次加入重量相当于上述干粉料重量10-15％的PHMC，7-10％的去离子水，3-5％的油酸，0.5-1％的甘油，1-1.5％液体石蜡，随后启动真空搅拌机进行混合搅拌，直至获得可塑泥团；
(4)压膜均化：将均混好的泥料放入对辊压膜机中压膜，进一步均化混合，加大各原料之间的结合密度；
(5)挤出成型：将压膜完成后的泥料，置于真空挤出机中挤出成型，得到陶瓷棒状坯料；
(6)烘干：将挤出成型的陶瓷棒状坯料放在木质托板上，然后置于真空烘箱中烘干，干燥至坯料水分含量小于10％时即可；
(7)高温烧结：将烘干后的陶瓷棒状坯料置于窑炉中，陶瓷棒坯料经1300℃高温烧结成白色氧化铝陶瓷棒坯料；
(8)成品精加工：将烧结而成的白色氧化铝陶瓷棒坯料，用数控磨床精加工至外径为6.20-6.23mm的棒状标准件，然后包装成成品即可。
4.根据权利要求3所述的火焰喷涂用氧化铝陶瓷棒的制备方法，其特征在于，步骤(7)中所用窑炉采用卧式烧结炉。
5.根据权利要求4所述的火焰喷涂用氧化铝陶瓷棒的制备方法，其特征在于，在使用卧式烧结炉进行烧结时，采用缓慢升温进行脱胶处理，要求在14-15小时内温度升到1000-1100℃，并在此温度下保温2-3小时，进行脱胶处理，然后继续升温至1300℃烧结6-8小时，即得白色氧化铝陶瓷棒坯料。
6.根据权利要求3中所述的火焰喷涂用氧化铝陶瓷棒的制备方法，其特征在于，步骤(3)中获得的可塑泥团的水分含量为15-20％。
7.根据权利要求3中所述的火焰喷涂用氧化铝陶瓷棒的制备方法，其特征在于，步骤(6)中真空干燥温度设置为118-123℃。
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