CN1785907A - 一种用于自蔓延高温合成制备陶瓷内衬钢管的添加剂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于自蔓延高温合成制备陶瓷内衬钢管的添加剂，属于自蔓延技术领域。该添加剂由钛粉和氧化铁组成，其中，钛粉为添加剂总重的31～100％；添加剂能在自蔓延反应过程中发生放热的副反应，反应式为3Ti+2Fe2O3＝4Fe+3TiO2；使用时，添加剂占反应物料总重量的5～20％。本发明的优点在于：使用本添加剂后陶瓷层致密化程度高，反应过程稳定安全。

Description

一种用于自蔓延高温合成制备陶瓷内衬钢管的添加剂
技术领域
本发明属于自蔓延技术领域，特别是提供了一种用于自蔓延高温合成制备陶瓷内衬钢管的添加剂。
背景技术
自蔓延高温合成(Self-propagating High-temperature Synthesis，缩写SHS)，是利用化学反应自身放热制备材料的新技术。SHS是20世纪60年代由前苏联发展起来的一种材料合成新方法，其最显著的特点就是充分利用元素间形成化合物时的高能放热反应，除了引发合成反应所必须的少量外加能量，整个反应过程主要依靠物料自身的放热来维持。前苏联科学院的化学物理研究所在研究离心场对凝聚态物质燃烧过程影响的研究中发现离心力对铝热反应的燃烧过程影响巨大，可以通过离心力控制燃烧过程，离心力与SHS过程相结合产生了SHS-离心法。Merzhanov等在1976年举出了94个铝热反应体系与离心力结合制备材料的实例，并申请专利(MerzhanovA G，Yukhvid V Z et al.Canadian Patent No.1058841，1979)。1981年日本小田原修采用铝热离心法制备陶瓷内衬钢管，并制备出大尺寸内衬陶瓷复合钢管。其原理是利用铝与氧化铁发生放热反应，依靠放热反应可以维持反应进行，同时反应产物铁和氧化铝瞬时熔融，在离心力的作用下，比重轻的氧化铝分布在钢管内表面，比重大的铁分布在钢管和陶瓷层中间并将钢管和陶瓷层结合起来。(殷声。燃烧合成。北京：冶金工业出版社，1999。220～221)Al和Fe2O3的反应式如下：
氧化铝熔点高，烧结温度也高，虽然该反应绝热燃烧温度可达3498K，但是由于持续时间只有2～5秒，很难在短时间形成致密的氧化铝陶瓷层，为了减少氧化铝陶瓷层的气孔率，小田原修等人研究了MgO，SiO2，Si，Mg，SiC，Si3M4等添加剂，但还是存在百分之几的空隙(J61078633，J61177376，J62086173)。
目前在SHS-离心法中，主要采用的添加剂为SiO2(重量比5％左右)，有时也会添加少量CaF2，另外，会加入少量CrO3作为反应的诱发剂，主要是CrO3热分解出氧气，促进反应的进行。但是，添加剂加入过多会吸热，降低整个体系的温度，造成一系列不良后果，如：不利于陶瓷相和金属相的分离，产生夹杂；体系温度下降，不利于反应的彻底进行。CrO3的加入虽然能促进反应进行，提高反应温度，但是其加入量受限，过多的CrO3会引起反应物料的喷溅，不利有成分控制；同时加入CrO3会有较强的危险性，容易引起爆炸。
发明内容
本发明的目的是通过加入反应型添加剂实现陶瓷层的致密化。
本发明采用反应型添加剂，反应型添加剂由钛粉和氧化铁组成，添加剂能在自蔓延反应过程中发生放热的副反应， ，使得反应体系能保持较高的绝热温度，同时反应产物TiO2与陶瓷层中的Al2O3，FeAl2O4结合生成较低熔点的化合物。能在较低温度下使陶瓷保持液相，能降低金属熔体的粘度，有助于陶瓷内衬钢管陶瓷层密度的提高。
添加剂的组成：添加剂由钛粉和氧化铁组成，其中钛粉含量在添加剂总重量的31～100％。使用时，添加剂占反应物料总重量的5～20％。
本发明的优点是：使用本添加剂后陶瓷层致密化程度高，反应过程稳定安全。
附图说明
图1为使用本发明添加剂(实施例1)后陶瓷层的扫描电镜照片。
图2为使用本发明添加剂(实施例2)后陶瓷层的扫描电镜照片。
图3为使用本发明添加剂(实施例3)后陶瓷层的扫描电镜照片。
具体实施方式
实施例1：钢管外径Φ74mm，壁厚5.5mm，管长200mm。管内装入混合好的反应原料：铝粉108g，氧化铁粉160g，反应型添加剂16g(其中钛粉16g，氧化铁粉0g)。钢管夹固在离心机上，转速1110转/分，用钨丝点燃反应物料，给钨丝通电点燃混合物料，即可引燃。反应结束后，停止旋转，取下钢管。
这种工艺制备的陶瓷层密度为3.78g/cm3，陶瓷层外观无裂纹出现
图1为该工艺制备的陶瓷内衬图层的扫描电镜照片，陶瓷层致密无孔洞。
实施例2：钢管外径Φ74mm，壁厚5.5mm，管长200mm。管内装入混合好的反应原料：铝粉108g，氧化铁粉160g，反应型添加剂52g(其中钛粉16，氧化铁粉36g)。钢管夹固在离心机上，转速1110转/分，用钨丝点燃反应物料，给钨丝通电点燃混合物料，即可引燃。反应结束后，停止旋转，取下钢管
图2为该工艺制备的陶瓷内衬图层的扫描电镜照片，陶瓷层致密无孔洞。
实施例3：钢管外径Φ74mm，壁厚5.5mm，管长200mm。管内装入混合好的反应原料：铝粉108g，氧化铁粉160g，反应型添加剂35g(其中钛粉18，氧化铁粉17g)。钢管夹固在离心机上，转速1110转/分，用钨丝点燃反应物料，给钨丝通电点燃混合物料，即可引燃。反应结束后，停止旋转，取下钢管
图3为该工艺制备的陶瓷内衬图层的扫描电镜照片，陶瓷层致密无孔洞。

Claims (1)

1、一种用于自蔓延高温合成制备陶瓷内衬钢管的添加剂，其特征在于：该添加剂由钛粉和氧化铁组成，其中，钛粉为添加剂总重的31～100％；添加剂能在自蔓延反应过程中发生放热的副反应，反应式为 ；使用时，添加剂占反应物料总重量的5～20％。
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