專利名稱：采用自蔓延高溫合成制備陶瓷復(fù)合鋼管的反應(yīng)物料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用自蔓延高溫合成制備陶瓷復(fù)合鋼管的反應(yīng)物料。
背景技術(shù)：
自蔓延高溫合成(Self-propagating High-t卿erature Synthesis,縮寫SHS)，也稱燃燒合成(CS)，是一種利用化學(xué)反應(yīng)自身放熱使反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，最終合成所需材料或制品的新技術(shù)。該技術(shù)是由俄羅斯科學(xué)家Merzhanov在60年代后期提出的一種材料合成新工藝。其基本原理是利用外部提供的能量使高放熱反應(yīng)體系的局部燃燒，反應(yīng)形成前沿燃燒波，在自身放出熱量的支持下，反應(yīng)隨著燃燒波繼續(xù)向前推進(jìn)，反應(yīng)并合成具有指定成分和結(jié)構(gòu)的燃燒產(chǎn)物。前蘇聯(lián)在開發(fā)SHS工藝方面處于世界的最前列，20多年來他們在制粉、燒結(jié)、致密化、SHS冶金、SHS焊接及SHS氣相涂層等方面取得了令人矚目的成就，使自蔓延高溫合成技術(shù)成為一個現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的新領(lǐng)域，并利用此工藝過程合成了數(shù)百種新型材料。SHS技術(shù)于20世紀(jì)90年代初傳入我國，因工藝簡單、投資少、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，很快引起我國材料界關(guān)注，并獲得迅速發(fā)展。 20世紀(jì)80年代中期，日本學(xué)者小田原修教授利用鋁熱離心法制備了長5. 5mm，直徑為330mm的陶瓷內(nèi)襯復(fù)合管，并得到了應(yīng)用。其原理是利用鋁和氧化鐵粉在反應(yīng)熔融狀態(tài)下，由于鐵的密度比氧化鋁的密度大，在離心力的作用下，密度大的鐵分布在鋼管和陶瓷層中間并將鋼管和陶瓷層結(jié)合起來。該技術(shù)的主要優(yōu)點是第一，工藝簡單，材料合成和致密化同步完成；第二，設(shè)備廉價，投資少；第三，合成物污染少、耐磨、耐熱和耐蝕性好；第四，最大限度利用了人工合成中的化學(xué)能，節(jié)約能源；第五，反應(yīng)速度快，生產(chǎn)效率高。Al和Fe203的反應(yīng)式如下2A1+Fe203 = Al203+2Fe。 SHS-離心法制備陶瓷復(fù)合管時，陶瓷和鋼管的熱膨脹系數(shù)的巨大差異使陶瓷層與鋼管的結(jié)合存在缺陷，使用過程中，陶瓷層易開裂、脫落，嚴(yán)重影響其耐磨性，縮短使用壽命。在鋁熱劑中摻雜添加劑可以有效改善陶瓷復(fù)合管的力學(xué)性能，目前常采用的添加劑有Si02，Ti02，ZrSi04，CuO，Na2B407等。郭伏安等在《湖南有色金屬學(xué)報》2002年第18巻第6期"離心自蔓延高溫合成陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管的研究與應(yīng)用"文中提到添加Si(^可以增加復(fù)合管陶瓷層的耐腐蝕性和致密度，但隨著量的增加，硬度下降，壓潰強度減?。粡埵锕獾仍凇吨袊猩饘賹W(xué)報》2002年第12巻第4期"添加劑對離心SHS陶瓷復(fù)合鋼管組織結(jié)構(gòu)和性能的影響"文中提到添加ZrSi04可以有效提高復(fù)合管抗剪強度，但不能提高陶瓷層的致密度，添加1102可以陶瓷層的致密度和抗剪強度，但并沒有研究其耐腐蝕性；張衛(wèi)明等在《材料科學(xué)與工程學(xué)報》2008年第26巻第1期"CuO對重力分離SHS陶瓷內(nèi)襯復(fù)合管組織的影響"文中提到，CuO的加入可增大反應(yīng)的放熱量，也對硬度和耐腐蝕性有明顯影響，但反應(yīng)中有02生成，造成熔體飛濺，容易在陶瓷熔體中形成氣孔；李冬黎等在《熱加工工藝》2000年第29巻第4期'、&28407對離心SHS陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管結(jié)構(gòu)及性能的影響"文中提到，Na2B407 (四硼酸鈉)摻雜鋁熱劑可以提高復(fù)合管的壓剪強度，但Na2B407含量增加，其分解吸熱使反應(yīng)溫度降低，縮短了熔體在液相停留時間，使氣泡沒有充分時間逸出，不利于孔隙度降低，此外，該添加劑不能降低陶瓷層的耐腐蝕性。 上述自蔓延高溫合成復(fù)合管所用配方中，都提到添加劑，但均為單一配方，只能提高復(fù)合鋼管的部分性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制成的復(fù)合鋼管陶瓷層致密度高且內(nèi)表面光滑、抗剪
強度和壓潰強度提高的采用自蔓延高溫合成制備陶瓷復(fù)合鋼管的反應(yīng)物料。 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是 —種采用自蔓延高溫合成制備陶瓷復(fù)合鋼管的反應(yīng)物料，其特征是由下列質(zhì)量百分比的成分組成 鋁粉 21 24% 氧化鐵粉 62 71% 二氧化硅 1 10% 四硼酸鈉 1 10%。 氧化鐵粉是經(jīng)120°C -15(TC干燥10-12小時處理的氧化鐵粉。 本發(fā)明的優(yōu)點是(l)使用本反應(yīng)物料后陶瓷層致密度高，且內(nèi)表面光滑。(2)使
用本反應(yīng)物料后復(fù)合鋼管的抗剪強度和壓潰強度提高。(3)使用本配方后復(fù)合鋼管的耐磨
性、耐腐蝕性得到提高，使用壽命延長。(4)使用本配方制備的復(fù)合鋼管可用在電力、礦山、
冶金、石油、化工等領(lǐng)域。 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
具體實施例方式
先將氧化鐵粉在干燥箱中于120°C -150°〇干燥10-12小時，然后再與其它反應(yīng)物料在混料機中混合均勻，混料時間20-30分鐘，混料密度1. 7-2. 0/cm3。
實施例l: 在鋼管內(nèi)裝入混合后的反應(yīng)物料鋁粉24%，氧化鐵粉71%，二氧化硅3%，四硼酸鈉2%。鋼管固定在離心裝置上，開動離心裝置，轉(zhuǎn)速為1300-1900r/min，室溫狀態(tài)下，點燃反應(yīng)物料即可引燃，反應(yīng)結(jié)束后， 可制得陶瓷復(fù)合鋼管，本配方制備的陶瓷復(fù)合鋼管孔隙率《8. 0%，抗剪強度> 20. 5Mpa，壓潰強度^ 395Mpa，陶瓷表面光滑，無裂紋。
實施例2 :在鋼管內(nèi)裝入混合后的反應(yīng)物料鋁粉23%，氧化鐵粉68%，二氧化硅5%，四硼酸鈉4%。鋼管固定在離心裝置上，開動離心裝置，轉(zhuǎn)速為1300-1900r/min，室溫狀態(tài)下，點燃反應(yīng)物料即可引燃，反應(yīng)結(jié)束后，即可制得陶瓷復(fù)合鋼管。本配方制備的陶瓷復(fù)合鋼管孔隙率《7.2%，抗剪強度> 21.5Mpa，壓潰強度^ 412Mpa，陶瓷表面光滑，無裂紋。 實施例3 :在鋼管內(nèi)裝入混合后的反應(yīng)物料鋁粉22% ，氧化鐵粉65% ， 二氧化硅7%，四硼酸鈉6%。鋼管固定在離心裝置上，開動離心裝置，轉(zhuǎn)速為1300-1900r/min，室溫狀態(tài)下，點燃反應(yīng)物料即可引燃，反應(yīng)結(jié)束后，即可制得陶瓷復(fù)合鋼管。本配方制備的陶瓷復(fù)合鋼管孔隙率《6. 1%，抗剪強度> 18. 5Mpa，壓潰強度^ 420Mpa，陶瓷表面光滑，無裂紋。
實施例4 :在鋼管內(nèi)裝入混合后的反應(yīng)物料鋁粉22%，氧化鐵粉67%，二氧化硅1%，四硼酸鈉10%。鋼管固定在離心裝置上，開動離心裝置，轉(zhuǎn)速為1300-1900r/min，室溫狀態(tài)下，點燃反應(yīng)物料即可引燃，反應(yīng)結(jié)束后，即可制得備陶瓷復(fù)合鋼管。本配方制備的陶瓷復(fù)合鋼管孔隙率《10%，抗剪強度> 20Mpa，壓潰強度^ 385Mpa，陶瓷表面光滑，無裂紋。
實施例5 :在鋼管內(nèi)裝入混合后的反應(yīng)物料鋁粉22% ，氧化鐵粉67% ， 二氧化硅10%，四硼酸鈉1%。鋼管固定在離心裝置上，開動離心裝置，轉(zhuǎn)速為1300-1900r/min，室溫狀態(tài)下，點燃反應(yīng)物料即可引燃，反應(yīng)結(jié)束后，即可制得陶瓷復(fù)合鋼管。本配方制備的陶瓷復(fù)合鋼管孔隙率《5%，抗剪強度> 19Mpa，壓潰強度^ 365Mpa，陶瓷表面光滑，無裂紋。
實施例6 :在鋼管內(nèi)裝入混合后的反應(yīng)物料鋁粉21 % ，氧化鐵粉62% ， 二氧化硅9%，四硼酸鈉8%。鋼管固定在離心裝置上，開動離心裝置，轉(zhuǎn)速為1300-1900r/min，室溫狀態(tài)下，點燃反應(yīng)物料即可引燃，反應(yīng)結(jié)束后，即可制得陶瓷復(fù)合鋼管。本配方制備的陶瓷復(fù)合鋼管孔隙率《6.3%，抗剪強度> 20. 2Mpa，壓潰強度^ 390Mpa，陶瓷表面光滑，無裂紋。
權(quán)利要求
一種采用自蔓延高溫合成制備陶瓷復(fù)合鋼管的反應(yīng)物料，其特征是由下列質(zhì)量百分比的成分組成鋁粉 21～24％氧化鐵粉 62～71％二氧化硅 1～10％四硼酸鈉 1～10％。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用自蔓延高溫合成制備陶瓷復(fù)合鋼管的反應(yīng)物料，其特征是氧化鐵粉是經(jīng)12(TC -15(TC干燥10-12小時處理的氧化鐵粉。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用自蔓延高溫合成制備陶瓷復(fù)合鋼管的反應(yīng)物料，由鋁粉、氧化鐵粉、二氧化硅、四硼酸鈉組成。本發(fā)明的優(yōu)點是(1)使用本反應(yīng)物料后陶瓷層致密度高，且內(nèi)表面光滑。(2)使用本配方后復(fù)合鋼管的抗剪強度和壓漬強度提高。(3)使用本配方后復(fù)合鋼管的耐磨性、耐腐蝕性得到提高，使用壽命延長。(4)使用本配方制備的復(fù)合鋼管可用在電力、礦山、冶金、石油、化工等領(lǐng)域。
文檔編號C04B35/10GK101774801SQ20101010850
公開日2010年7月14日 申請日期2010年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月4日
發(fā)明者倪紅軍, 周一丹, 孫書剛, 廖萍, 朱昱, 李志揚, 汪興興, 顧衛(wèi)標(biāo), 黃明宇 申請人:南通大學(xué)