一種耐磨耐高溫的復(fù)合陶瓷材料的制作方法
【專利摘要】一種耐磨耐高溫的復(fù)合陶瓷材料，其特征在于所述復(fù)合陶瓷材料主要由以下組分按重量比配制而成：Al2O3 85～99份、TiC 1～10份、WO3 1～5份、Y2O3添加劑1～8份、BeO 0.1～0.2份。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用特殊的材質(zhì)替代金屬5?Cr25Ni20Si2和Co22作為耐熱滑塊在加熱爐上應(yīng)用，表現(xiàn)出了耐磨損、耐高溫、抗氧化、能抵抗機(jī)械載負(fù)荷和滑動(dòng)摩擦和抗熱震性能好的優(yōu)良性能，并且還能夠消除“黑印”，提高軋鋼成品率，降低了滑塊使用成本；在Al2O3復(fù)合陶瓷添加了TiC、WO3、Y2O3、BeOY2O3，使Al2O3復(fù)合陶瓷材料的性能大幅度提高，使材料具有更好的抗熱震穩(wěn)定性、韌性，特別是耐壓強(qiáng)度和高溫抗折強(qiáng)度大幅度提升。
【專利說(shuō)明】
-種耐磨耐高溫的復(fù)合陶瓷材料
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于復(fù)合結(jié)構(gòu)陶瓷制備方法及運(yùn)一技術(shù)領(lǐng)域，特別屬于一種耐磨耐高溫的 復(fù)合陶瓷材料及其制備方法運(yùn)一技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，國(guó)防、汽車、造船等工業(yè)用大型寬厚板的需求增加，社鋼加 熱爐是鋼鐵企業(yè)社鋼生產(chǎn)及產(chǎn)品加工的重要設(shè)備，而加熱爐滑塊作為社鋼加熱爐的關(guān)鍵部 件，長(zhǎng)期處于高溫、高磨損、氧化、腐蝕等惡劣工況，因此對(duì)加熱爐滑塊的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)要求比 較嚴(yán)格。
[0003] 社鋼加熱爐通常使用高爐、焦?fàn)t混合煤氣做為燃料，加熱爐內(nèi)設(shè)有若干個(gè)水冷管 橫梁，采用無(wú)縫鋼管制作，梁上面鑲嵌有間隔布置的金屬耐熱滑塊。通常使用的金屬耐熱 滑塊材料為5-化25Ni20Si2和Co22。加熱時(shí)，因?yàn)闋t內(nèi)溫度為1250-1350°c，金屬耐熱滑塊直 接與水冷管連接，環(huán)境非常惡劣，導(dǎo)致各種不良問(wèn)題產(chǎn)生。具體來(lái)說(shuō)，主要表現(xiàn)為： 一、傳統(tǒng)的加熱爐滑塊一般都是金屬材質(zhì)，因?yàn)榻饘倌蜔峄瑝K的導(dǎo)熱系數(shù)高，一般為40 ~60W/m.K，高溫鋼巧與金屬耐熱滑塊接觸部分溫度比其它部分低而形成"黑印"，運(yùn)種水印 導(dǎo)致鋼巧溫度不均勻，局部硬度高，進(jìn)社制機(jī)進(jìn)行社制時(shí)，容易產(chǎn)生尺寸偏差和內(nèi)部缺陷， 使廢品率升高。
[0004] 二、傳統(tǒng)的加熱爐滑塊在1300°C的高溫使用溫度下，金屬材料在長(zhǎng)期工作后，抗蠕 變強(qiáng)度降低，同時(shí)抗氧化和抗侵蝕性能也會(huì)降低，使用壽命大大下降。
[0005] Ξ、傳統(tǒng)的加熱爐滑塊，使用使用Ni和Co的合金，一般為進(jìn)口材料，成本比較高。
[0006] 雖然現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)對(duì)傳統(tǒng)加熱爐滑塊進(jìn)行了改進(jìn)，如在上下合金滑塊之間涂覆耐 高溫絕熱涂料，但是此方案"黑印"改善不明顯、并且繼承了傳統(tǒng)加熱爐滑塊所有缺陷。也有 采用金屬?gòu)?fù)合陶瓷(公開號(hào):CN101063187A)、乃至賽龍復(fù)合陶瓷(公開號(hào):CN1951872A)作為 加熱爐滑塊的，但由于陶瓷原料選擇的不合理W及工藝落后，依然存在普通復(fù)合陶瓷耐壓 強(qiáng)度、熱態(tài)抗彎強(qiáng)度不高，在長(zhǎng)期工作后抗氧化和抗侵蝕性能降低，使用壽命短等問(wèn)題;此 夕h合金復(fù)合陶瓷滑塊還存在導(dǎo)熱系數(shù)高等諸多問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決傳統(tǒng)的加熱爐滑塊成本高、導(dǎo)熱系數(shù)高、抗蠕變強(qiáng)度低，抗氧化和 抗侵蝕性能低等技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是普通復(fù)合陶瓷耐壓強(qiáng)度、 熱態(tài)抗彎強(qiáng)度不高，長(zhǎng)期工作后抗氧化和抗侵蝕性能降低。
[000引本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是:一種耐磨耐高溫的復(fù)合陶瓷材料，其特征在 于所述復(fù)合陶瓷材料主要由W下組分按重量比配制而成:A1203 85~99份、TiC 1~10份、 W03 1~5份、Y203添加劑1~8份、BeO 0.1~0.2份。
[0009]作為優(yōu)選，所述復(fù)合陶瓷主要由W下陶瓷粉料按重量比燒結(jié)而成:A1203 93~97 份、TiC6~10份、W03 1~2份、亞納米級(jí)Y203添加劑4~7份、BeO 0.1~0.2份、ZrB20.1~ 0.2 份、TiNO.l ~0.2 份。
[0010] 作為優(yōu)選，所述復(fù)合陶瓷材料的生產(chǎn)工藝為:A.精確稱量各組分，將各組分依次裝 入球磨機(jī)，加入陶瓷粉料總重量0.9~1.2倍重量的液態(tài)濕混劑，球磨直至粉料直徑為2~ 4皿后，將料漿進(jìn)行真空干燥去除液態(tài)濕混劑，得到粉料，將粉料破碎、過(guò)篩，保存?zhèn)溆茫?B.將制好的粉料裝入滑塊上層的模具中，采用等靜壓加壓成型，其壓力為150~ 180MPa，對(duì)成型后的陶瓷件進(jìn)行粗加工，加工后的半成品放入高溫爐中進(jìn)行燒結(jié)，使用中性 的充氮?dú)獗Ｗo(hù)進(jìn)行燒結(jié)，從室溫逐漸升溫1580°C保溫?zé)桑缓箅S爐冷卻，即得成品。
[0011] 作為優(yōu)選，所述液態(tài)濕混劑為無(wú)水乙醇、無(wú)水甲醇中的一種。
[0012] 作為優(yōu)選，所述充氮?dú)獗Ｗo(hù)進(jìn)行燒結(jié)的過(guò)程為：從室溫升到1400°C，升溫速度50 °C/分鐘，在1400°C保溫2~2.5小時(shí);然后從1400°(：升到1550~1600°(：:升溫速度25°(：/分 鐘，在1550~1600°(：保溫2.5-3小時(shí)。
[0013] 本發(fā)明復(fù)合陶瓷材料由Al2〇3等特殊的材料制成，具有強(qiáng)度高、耐熱性和硬度、抗氧 化和抗侵蝕性能等優(yōu)良性質(zhì)。本發(fā)明添加了亞納米級(jí)Υ2〇3,粒度20-200nm，在燒制過(guò)程中，亞 納米級(jí)Υ2〇3進(jìn)入Al2〇3晶格中，有Al2〇廟低溫下被充分燒結(jié)，使得制品顯氣孔率下降明顯，從 而提高了常溫、高溫強(qiáng)度，同時(shí)對(duì)熱震性能有所改善。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用特殊的陶瓷材質(zhì)替代金屬5-Cr25Ni20Si2和Co22作 為耐熱滑塊在加熱爐上應(yīng)用，表現(xiàn)出了耐磨損、耐高溫、抗氧化、能抵抗機(jī)械載負(fù)荷和滑動(dòng) 摩擦和抗熱震性能好等優(yōu)良性能，并且還能夠消除"黑印"，提高社鋼成品率，降低了滑塊使 用成本。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】，對(duì)發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。
[0016] 實(shí)施例一:該耐磨耐高溫的復(fù)合陶瓷材料的制備方法包括W下步驟： A. 將A1203 95份、TiC6份、W03 1份、￥203稀±復(fù)合添加劑4份、BeO 0.1份、Z巧20.1 份、TiNO. 2份、Z巧20.1份、TiNO.l份、液態(tài)濕混劑(可W采用無(wú)水乙醇、無(wú)水甲醇)95.5份依 次裝入球磨機(jī)，球磨72h，直至粉料直徑為2~4um后，將料漿進(jìn)行真空干燥去除無(wú)水乙醇，得 到粉料，將粉料破碎、過(guò)篩，保存?zhèn)溆茫?B. 將制好的粉料裝入滑塊上層的模具中，采用等靜壓加壓成型，其壓力為150MPa，對(duì)成 型后的陶瓷件進(jìn)行粗加工，加工后的半成品放入高溫爐中進(jìn)行燒結(jié)，從室溫升到140(TC，升 溫速度50°C/分鐘，在1400°C保溫2~2.5小時(shí)；然后從1400°C升到1580°C :升溫速度25°C/ 分鐘，在1580°C保溫2.5-3小時(shí)，使用中性的氮?dú)鈿夥者M(jìn)行保護(hù)，然后隨爐冷卻； C. 將燒結(jié)好的復(fù)合陶瓷組件進(jìn)行后期處理，即得耐磨耐高溫的復(fù)合陶瓷材料。在Al2〇3 復(fù)合陶瓷添加了 TiC、W03、Y203、Be0、ZrB、TiN，尤其是Y203、Z巧、TiN組合，使Al203復(fù)合陶瓷材 料的性能大幅度提高，使材料具有更好的抗熱震穩(wěn)定性、初性，特別是耐壓強(qiáng)度和高溫抗折 強(qiáng)度大幅度提升。
[0017] 實(shí)施例二:該步進(jìn)式加熱爐的滑塊的制備方法包括W下步驟： A.將 A1203 97 份、TiC8 份、W03 1.5 份、￥203稀± 復(fù)合添加劑 7 份、BeO 0.15 份、 ZrB20.1份、TiNO. 2份、Z巧20.2份、TiNO. 1份、液態(tài)濕混劑(可W采用無(wú)水乙醇、無(wú)水甲醇） 135份依次裝入球磨機(jī)，球磨72h，直至粉料直徑為2~4皿后，將料漿進(jìn)行真空干燥去除無(wú)水 乙醇，得到粉料，將粉料破碎、過(guò)篩，保存?zhèn)溆茫?B. 將制好的粉料裝入滑塊上層的模具中，采用等靜壓加壓成型，其壓力為ISOMPa，對(duì)成 型后的陶瓷件進(jìn)行粗加工，加工后的半成品放入高溫爐中進(jìn)行燒結(jié)，從室溫升到140(TC，升 溫速度50°C/分鐘，在1400°C保溫2~2.5小時(shí)；然后從1400°(：升到1600°(：:升溫速度25°(：/ 分鐘，在1600°C保溫2.5-3小時(shí)，使用中性的氮?dú)鈿夥者M(jìn)行保護(hù)，然后隨爐冷卻； C. 將燒結(jié)好的復(fù)合陶瓷組件進(jìn)行后期處理，即得耐磨耐高溫的復(fù)合陶瓷材料。在Al2〇3 復(fù)合陶瓷添加了 TiC、W03、Y203、Be0、ZrB、TiN，尤其是Y203、Z巧、TiN組合，使Al203復(fù)合陶瓷材 料的性能大幅度提高，使材料具有更好的抗熱震穩(wěn)定性、初性，特別是耐壓強(qiáng)度和高溫抗折 強(qiáng)度大幅度提升。
[0018] 實(shí)施例Ξ:該用于步進(jìn)式加熱爐的滑塊的制備方法包括W下步驟： A. 將A1203 86份、TiC3份、W03 4份、￥203稀±復(fù)合添加劑2份、BeO 0.2份、液態(tài)濕 混劑（可W采用無(wú)水乙醇、無(wú)水甲醇）96份依次裝入球磨機(jī)，球磨72h，直至粉料直徑為2~ 4um后，將料漿進(jìn)行真空干燥去除無(wú)水乙醇，得到粉料，將粉料破碎、過(guò)篩，保存?zhèn)溆茫?B. 將制好的粉料裝入滑塊上層的模具中，采用等靜壓加壓成型，其壓力為leOMPa，對(duì)成 型后的陶瓷件進(jìn)行粗加工，加工后的半成品放入高溫爐中進(jìn)行燒結(jié)，從室溫升到140(TC，升 溫速度50°C/分鐘，在1400°C保溫2~2.5小時(shí)；然后從1400°(：升到1600°(：:升溫速度25°(：/ 分鐘，在1550°C保溫2.5-3小時(shí)，使用中性的氮?dú)鈿夥者M(jìn)行保護(hù)，然后隨爐冷卻； C. 將燒結(jié)好的復(fù)合陶瓷組件進(jìn)行后期處理，然后制品進(jìn)行Ξ維定位測(cè)量，并對(duì)制品進(jìn) 行精加工，精加工的復(fù)合陶瓷組件經(jīng)過(guò)耐熱合金螺栓和金屬底座裝配后即得成品。在Al2〇3 復(fù)合陶瓷添加了 TiC、W〇3、Y2化、BeO、Z巧、TiN，使AI2O3復(fù)合陶瓷材料的性能得到一定幅度提 高，使材料具有較好的抗熱震穩(wěn)定性、初性，耐壓強(qiáng)度和高溫抗折強(qiáng)度得W提升。
[0019] 實(shí)施例四：該用于步進(jìn)式加熱爐的滑塊的制備方法包括W下步驟： A. 將A1203 90份、TiCl.5份、W03 5份、￥203稀±復(fù)合添加劑8份、BeO 0.2份、液態(tài)濕 混劑(可W采用無(wú)水乙醇、無(wú)水甲醇）113份依次裝入球磨機(jī)，球磨72h，直至粉料直徑為2~ 4um后，將料漿進(jìn)行真空干燥去除無(wú)水乙醇，得到粉料，將粉料破碎、過(guò)篩，保存?zhèn)溆茫?B. 將制好的粉料裝入滑塊上層的模具中，采用等靜壓加壓成型，其壓力為170MPa，對(duì)成 型后的陶瓷件進(jìn)行粗加工，加工后的半成品放入高溫爐中進(jìn)行燒結(jié)，從室溫升到140(TC，升 溫速度50°C/分鐘，在1400°C保溫2~2.5小時(shí)；然后從1400°(：升到1600°(：:升溫速度25°(：/ 分鐘，在1590°C保溫2.5-3小時(shí)，使用中性的氮?dú)鈿夥者M(jìn)行保護(hù)，然后隨爐冷卻； C. 將燒結(jié)好的復(fù)合陶瓷組件進(jìn)行后期處理，然后制品進(jìn)行Ξ維定位測(cè)量，并對(duì)制品進(jìn) 行精加工，精加工的復(fù)合陶瓷組件經(jīng)過(guò)耐熱合金螺栓和金屬底座裝配后即得成品。在Al2〇3 復(fù)合陶瓷添加了 TiC、W〇3、Y2化、BeO、Z巧、TiN，使AI2O3復(fù)合陶瓷材料的性能得到一定幅度提 高，使材料具有較好的抗熱震穩(wěn)定性、初性，耐壓強(qiáng)度和高溫抗折強(qiáng)度得W提升。
[0020] 用實(shí)施例一和實(shí)施例二分別制成的2塊滑塊使用1年后，檢驗(yàn)結(jié)果如下： 1、 陶瓷耐熱滑塊上表面沒(méi)有觀察到磨損情況，陶瓷耐熱滑塊沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂紋和剝落的情 況； 2、 陶瓷耐熱滑塊在爐內(nèi)經(jīng)受住了頻繁的溫度波動(dòng)(900°C-130(rC); 3、 巧在爐內(nèi)連續(xù)步進(jìn)，陶瓷耐熱滑塊經(jīng)受住了連續(xù)高頻次的機(jī)械負(fù)荷壓力，鋼巧重達(dá)2 ~3噸； 4、由于陶瓷材料的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于合金材料的導(dǎo)熱系數(shù)，加熱爐內(nèi)鋼巧與A1203復(fù) 合陶瓷耐熱滑塊接觸的部分不會(huì)產(chǎn)生"黑印"。
[0021 ]用實(shí)施例Ξ和實(shí)施例四分別制成的2塊滑塊使用半年后，檢驗(yàn)結(jié)果如下： 1、 陶瓷耐熱滑塊上表面沒(méi)有觀察到磨損情況，陶瓷耐熱滑塊沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂紋和剝落的情 況； 2、 陶瓷耐熱滑塊在爐內(nèi)經(jīng)受住了頻繁的溫度波動(dòng)(900°C-130(rC); 3、 巧在爐內(nèi)連續(xù)步進(jìn)，陶瓷耐熱滑塊經(jīng)受住了連續(xù)高頻次的機(jī)械負(fù)荷壓力，鋼巧重達(dá)2 ~3噸； 4、 由于陶瓷材料的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于合金材料的導(dǎo)熱系數(shù)，加熱爐內(nèi)鋼巧與A1203復(fù) 合陶瓷耐熱滑塊接觸的部分不會(huì)產(chǎn)生"黑印"。
[0022]本發(fā)明的實(shí)施例一、二與購(gòu)得常規(guī)陶瓷加熱爐滑塊作對(duì)比，其結(jié)果如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種耐磨耐高溫的復(fù)合陶瓷材料，其特征在于所述復(fù)合陶瓷材料主要由以下組分按 重量比配制而成:A1203 85~99份、TiC 1~10份、W03 1~5份、Y203添加劑1~8份、BeO 0.1 ~0.2份。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐磨耐高溫的復(fù)合陶瓷材料，其特征在于所述復(fù)合陶瓷 主要由以下陶瓷粉料按重量比燒結(jié)而成:A1203 93~97份、TiC6~10份、W03 1~2份、亞納 米級(jí)Y203添加劑4~7份、BeO 0.1~0.2份、ZrB20.1~0.2份、TiMhl~0.2份。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐磨耐高溫的復(fù)合陶瓷材料，其特征在于所述復(fù)合陶瓷 材料的生產(chǎn)工藝為:A.精確稱量各組分，將各組分依次裝入球磨機(jī)，加入陶瓷粉料總重量 0.9~1.2倍重量的液態(tài)濕混劑，球磨直至粉料直徑為2~4um后，將料漿進(jìn)行真空干燥去除 液態(tài)濕混劑，得到粉料，將粉料破碎、過(guò)篩，保存?zhèn)溆茫? B.將制好的粉料裝入滑塊上層的模具中，采用等靜壓加壓成型，其壓力為150~ 180MPa，對(duì)成型后的陶瓷件進(jìn)行粗加工，加工后的半成品放入高溫爐中進(jìn)行燒結(jié)，使用中性 的充氮?dú)獗Ｗo(hù)進(jìn)行燒結(jié)，從室溫逐漸升溫1580Γ保溫?zé)?，然后隨爐冷卻，即得成品。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種耐磨耐高溫的復(fù)合陶瓷材料，其特征在于所述液態(tài)濕混 劑為無(wú)水乙醇、無(wú)水甲醇中的一種。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種耐磨耐高溫的復(fù)合陶瓷材料，其特征在于所述的充氮?dú)?保護(hù)進(jìn)行燒結(jié)的過(guò)程為:從室溫升到1400°(：，升溫速度50°(：/分鐘，在1400°(：保溫2~2.5小 時(shí)；然后從1400°(：升到1550~1600°(： :升溫速度25°(：/分鐘，在1550~1600°(：保溫2.5-3小 時(shí)。
【文檔編號(hào)】C04B35/103GK105906353SQ201610248769
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月20日
【發(fā)明人】吳道君, 周守洪, 李軍營(yíng), 楊曉波, 皮鏡
【申請(qǐng)人】湖北神霧熱能技術(shù)有限公司