本發(fā)明涉及陶瓷涂層材料，具體涉及一種回轉(zhuǎn)窯內(nèi)壁耐高溫耐磨耐腐蝕涂層材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、我國(guó)涂料工業(yè)歷史悠久，生產(chǎn)量和消費(fèi)量均處于世界領(lǐng)先地位，發(fā)展前景廣闊，正在逐漸成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，我國(guó)一些從事涂料生產(chǎn)研發(fā)的單位和企業(yè)，開始注重采用溶膠一凝膠技術(shù)研發(fā)無(wú)機(jī)/有機(jī)復(fù)合涂料、納米超導(dǎo)粉體材料、高溫耐蝕涂料等，陶瓷涂料亦屬于其中的一種。

2、陶瓷涂料并沒(méi)有嚴(yán)格的定義，一般來(lái)說(shuō)，固化后具有類似于陶瓷的性能，尤其是高硬度和高耐磨性能的涂料均可稱之為陶瓷涂料。按照成膜樹脂劃分，常見的陶瓷涂料主要有3種類型：無(wú)機(jī)陶瓷涂料、環(huán)氧陶瓷涂料和有機(jī)硅陶瓷涂料。無(wú)機(jī)陶瓷涂料以磷酸二氫鋁、硅酸鉀、長(zhǎng)石等無(wú)機(jī)物粘結(jié)劑為原料制備而成，可以用來(lái)保護(hù)碳鋼、不銹鋼以及各種合金基體。

3、陶瓷材料因其耐水、防腐等性能被廣泛應(yīng)用，在鋰電生產(chǎn)鏈中，陶瓷材料同樣充當(dāng)重要角色。在鋰電行業(yè)，陶瓷材料可成為電極、隔膜材料，封裝材料，同時(shí)還可成為生產(chǎn)環(huán)節(jié)的輔助材料，例如，將陶瓷涂料用于鋰電行業(yè)大型設(shè)備和回轉(zhuǎn)窯內(nèi)壁表面的修復(fù)與保護(hù)。

4、但面對(duì)快速發(fā)展的鋰電行業(yè)和回轉(zhuǎn)窯設(shè)備，現(xiàn)有技術(shù)中的陶瓷材料已經(jīng)滿足不了行業(yè)廠家的生產(chǎn)需求，一方面因?yàn)樵O(shè)備表面的嚴(yán)重磨損會(huì)大大延誤了生產(chǎn)效率，另一方面鋰電行業(yè)設(shè)備和回轉(zhuǎn)窯長(zhǎng)期在高溫環(huán)境下容易損壞，這都會(huì)增加企業(yè)的生產(chǎn)成本。

5、聚硅氮烷樹脂是分子主鏈中以硅氮鍵為重復(fù)單元的無(wú)機(jī)聚合物，側(cè)鏈含有si-h活性基團(tuán)，可以在室溫下潮氣自固化，也可以高溫烘烤快速固化，經(jīng)400-500℃高溫烘烤，涂層可以實(shí)現(xiàn)陶瓷化，形成si-n\si-o陶瓷涂層，耐高溫能力提高到1500℃以上。

6、聚硅氮烷樹脂以其優(yōu)異的性能在航空航天、電子電器、核電、船舶、化工、汽車等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但對(duì)于既要求耐高溫能力，又需求耐磨損和耐腐蝕能力的環(huán)境，單獨(dú)的聚硅氮烷樹脂涂層不能完全滿足。

7、因此，目前亟需一種既具有優(yōu)異耐高溫能力，同時(shí)具有優(yōu)異耐磨損和耐腐蝕性能的回轉(zhuǎn)窯內(nèi)壁耐高溫耐磨耐腐蝕涂層材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種具有優(yōu)異耐磨能力、耐高溫能力和耐腐蝕能力的回轉(zhuǎn)窯內(nèi)壁耐高溫耐磨耐腐蝕涂層材料及其制備方法。

2、技術(shù)方案：

3、一種回轉(zhuǎn)窯內(nèi)壁耐高溫耐磨耐腐蝕涂層材料，包含改性聚硅氮烷樹脂、納米陶瓷、氧化鉻粉末、短切纖維、增稠劑和固化劑；

4、所述改性聚硅氮烷樹脂通過(guò)功能化石墨烯與聚硅氮烷樹脂共混制得；

5、所述功能化石墨烯通過(guò)改性硅氧烷與氧化石墨烯反應(yīng)制得；

6、所述改性硅氧烷具有如下式a所示結(jié)構(gòu)：

7、。

8、進(jìn)一步地，所述改性硅氧烷通過(guò)以下步驟制備：在反應(yīng)器中，加入雙(3-三甲氧基硅烷基丙基)-n-甲胺、5-溴-1-戊醇和溶劑，攪拌混合均勻，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，升溫至80-90℃保溫反應(yīng)6-8小時(shí)后，除去溶劑，重結(jié)晶后制得所述改性硅氧烷。

9、進(jìn)一步地，所述雙(3-三甲氧基硅烷基丙基)-n-甲胺和5-溴-1-戊醇的質(zhì)量比為1.5-2：1。

10、進(jìn)一步地，所述改性聚硅氮烷樹脂通過(guò)以下步驟制備：

11、（1）將氧化石墨烯超聲分散在n,n-二甲基甲酰胺中，制得石墨烯分散液；

12、（2）在反應(yīng)器中加入石墨烯分散液和改性硅氧烷，超聲處理0.5-1小時(shí)后加入水合肼，攪拌均勻后轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中；

13、（3）將反應(yīng)釜加熱至100-110℃反應(yīng)2-3小時(shí)后抽濾、洗滌、干燥制得功能化石墨烯；

14、（4）在反應(yīng)器中，加入功能化石墨烯和聚硅氮烷樹脂，加熱至70-80℃混合均勻后加入硅烷偶聯(lián)劑，升溫至120-130℃保溫反應(yīng)2-3小時(shí)后，冷卻制得所述改性聚硅氮烷樹脂。

15、進(jìn)一步地，所述硅烷偶聯(lián)劑選自kh560或kh550中的一種。

16、進(jìn)一步地，所述氧化石墨烯和改性硅氧烷的質(zhì)量比為1：1.5-2；所述功能化石墨烯和聚硅氮烷樹脂的質(zhì)量比為1：5-7。

17、進(jìn)一步地，所述短切纖維選自長(zhǎng)度為1-5mm的短切石英纖維、碳纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維中的至少一種；所述增稠劑為氣相二氧化硅；所述固化劑選自二乙烯三胺、乙二胺、己二胺、三乙烯四胺、二乙氨基丙胺、聚醚胺、異佛爾酮二胺中的至少一種；所述納米陶瓷選自氧化鋁、氧化硅、氧化鋯、碳化硅、碳化硼、碳化鎢、碳化鈦、氮化硅或氮化硼中的一種。

18、進(jìn)一步地，按總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%計(jì)，各組分的質(zhì)量百分含量為：

19、改性聚硅氮烷樹脂?30-35%

20、氧化鉻粉末?3-5%

21、短切纖維?5-10%

22、增稠劑?3-5%

23、固化劑?1.5-2%

24、余量為納米陶瓷。

25、上述任意一項(xiàng)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)壁耐高溫耐磨耐腐蝕涂層材料的制備方法，包括以下步驟：在反應(yīng)器中，按比例加入改性聚硅氮烷樹脂、納米陶瓷、氧化鉻粉末和短切纖維，在3500-5000r/min、45-65℃的條件下攪拌20-30分鐘后冷卻，加入增稠劑和固化劑，攪拌均勻后制得所述回轉(zhuǎn)窯內(nèi)壁耐高溫耐磨耐腐蝕涂層材料。

26、上述任意一項(xiàng)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)壁耐高溫耐磨耐腐蝕涂層材料在鋰電池和回轉(zhuǎn)窯領(lǐng)域中的應(yīng)用。

27、有益效果：

28、（1）本發(fā)明提供的回轉(zhuǎn)窯內(nèi)壁耐高溫耐磨耐腐蝕涂層材料包括改性聚硅氮烷樹脂、納米陶瓷、氧化鉻粉末、短切纖維、增稠劑和固化劑，通過(guò)將具有優(yōu)異耐高溫性能的聚硅氮烷樹脂與具有優(yōu)異耐腐蝕和耐磨損能力的功能化石墨烯進(jìn)行共混改性制成改性聚硅氮烷樹脂作為功能成分，可以使制得的陶瓷涂層具有優(yōu)異的耐磨能力和耐高溫能力，并且具有優(yōu)異的結(jié)合力和耐腐蝕能力，可以廣泛應(yīng)用在鋰電池和回轉(zhuǎn)窯領(lǐng)域。

29、（2）本發(fā)明提供的回轉(zhuǎn)窯內(nèi)壁耐高溫耐磨耐腐蝕涂層材料中，改性聚硅氮烷樹脂通過(guò)功能化石墨烯與聚硅氮烷樹脂在硅烷偶聯(lián)劑作用下共混改性制得，基于具有高比表面積的功能化石墨烯對(duì)具有優(yōu)異耐高溫能力的聚硅氮烷樹脂進(jìn)行改性，不但可以有效提高聚硅氮烷樹脂的楊氏模量、強(qiáng)度和韌性等力學(xué)性能，同時(shí)其優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性可以顯著提高其耐腐蝕能力并進(jìn)一步增強(qiáng)其耐高溫能力，進(jìn)而可以提高固化后陶瓷涂層的耐高溫能力和力學(xué)性能。

30、（3）本發(fā)明提供的回轉(zhuǎn)窯內(nèi)壁耐高溫耐磨耐腐蝕涂層材料中，通過(guò)聚硅氮烷樹脂的si-h活性基團(tuán)與功能化石墨烯表面的含氧基團(tuán)在硅烷偶聯(lián)劑的作用下，使功能化石墨烯有效接枝在聚硅氮烷樹脂表面，從而實(shí)現(xiàn)功能化石墨烯對(duì)聚硅氮烷樹脂的化學(xué)改性，可以持久有效地發(fā)揮兩者的性能。

31、（4）本發(fā)明提供的回轉(zhuǎn)窯內(nèi)壁耐高溫耐磨耐腐蝕涂層材料中，改性硅氧烷具有多支鏈硅氧結(jié)構(gòu)和季銨結(jié)構(gòu)，一方面，可以提高氧化石墨烯之間的排斥性和分散性，進(jìn)而可以避免氧化石墨烯發(fā)生團(tuán)聚，影響材料性能；另一方面，可以在材料固化后通過(guò)硅氧烷的相互交聯(lián)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，均勻分布在涂層結(jié)構(gòu)中，可以顯著提高陶瓷涂層的耐磨性能和耐腐蝕能力。

32、（5）本發(fā)明提供的回轉(zhuǎn)窯內(nèi)壁耐高溫耐磨耐腐蝕涂層材料通過(guò)改性聚硅氮烷樹脂、納米陶瓷、氧化鉻粉末、短切纖維以及固化成分制成環(huán)氧陶瓷涂層，通過(guò)使用時(shí)高溫烘烤固化的方式，可以與基材之間具有優(yōu)異的結(jié)合能力，并且形成的涂層具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐磨能力和耐高溫能力。