[00050450]新型高性能耐磨复相陶瓷材料

陶瓷材料在很多领域中有着广泛的应用。但它最致命的弱点是高脆性和低可靠性，从而在很多场合中限制了它的应用。如何改善陶瓷材料的这个弱点，一直是陶瓷材料研究者所关心的问题。用纳米级的第二相存在于微米级或亚微米级的基体的晶内或晶界中，可以同时起到对材料的强化与增韧的效果。因此，纳米复相陶瓷也就成为最具实用意义的纳米陶瓷。 　　先进陶瓷大致可分为结构陶瓷、功能陶瓷、生物陶瓷、涂层/薄膜等。结构陶瓷主要用于切削工具、模具、耐磨零件、泵和阀部件、发动机部件、热交换器、生物部件和装甲等。主要材料有氧化铝（Al2O3）、二氧化锆（ZrO2）、氮化硅（Si3N4）、碳化硅（SiC）和赛隆（SiAlON）等。高性能结构陶瓷是具有高强度、高韧性、高硬度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀和化学稳定性好等优异性能的一类先进结构陶瓷，已逐步成为航空航天、新能源、电子信息、汽车、冶金、化工等工业技术领域和人类日常生活中不可缺少的关键材料。 　　氧化铝陶瓷是陶瓷材料家族中最重要最广泛应用的一类陶瓷，由于其强度高、耐高温、绝缘性好、耐磨抗蚀，并且具有良好的机电性能，因此广泛应用于电子、机械、化工等工业。如可以用作坩埚、转子、活塞、真空器件、电路基板、钠光灯管、化学传感器、导弹窗口、卫星的整流罩、天线窗、催化载体及生物陶瓷等。 　　在氧化铝（Al2O3）中加入一定量的氧化钛（TiO2），将他们制备成不同配比的氧化铝/氧化钛（Al2O3/TiO2）复合氧化物粉末，将这类粉末制备成块体Al2O3/TiO2复相陶瓷材料，这种复相材料有望在耐磨材料领域获得应用。然而，其强度、韧性等性能却不高，限制了它的应用。进而材料科学家想到将纳米技术引入到该领域，将纳米尺度的氧化铝和氧化钛粉末再造粒成为纳米结构的氧化铝/氧化钛（Al2O3/TiO2）复合氧化物粉末并用于制备精细结构Al2O3/TiO2复相陶瓷。研究表明此种精细Al2O3/TiO2复相陶瓷与传统微米级晶粒尺度的Al2O3/TiO2复相陶瓷相比，其强度、韧性和耐磨性均有一定的提高。 　　为了提高Al2O3/TiO2复相陶瓷的力学性能以及降低此系列复相陶瓷的烧成温度，我们采用新型工艺路线方法来制备高性能精细氧化铝/氧化钛（Al2O3/TiO2）复相陶瓷，提供了一种改性Al2O3/TiO2复相陶瓷以提高其力学性能的方法。 　　本发明一种提高氧化铝/氧化钛复相陶瓷材料性能的改性方法，本制造技术简单易行，可以广泛使用。 　　技术的应用领域前景分析： 　　耐磨耐蚀工程陶瓷应用领域： 　　目前国内外钢铁厂、水泥厂、发电厂、炼油厂、金属冶炼厂等输送煤料、矿粉、石油输送管道普遍是传统钢制管道。为延长输送管道寿命，国内外普遍采用耐磨浇注料和陶瓷贴片或硬塑贴片，于是耐磨工程陶瓷得到了快速发展。耐磨工程陶瓷是利用现代工程陶瓷所具有的优异耐磨损搞腐蚀性能，通过合理的结构设计和复合工艺与金属部件基体结合，将陶瓷作为工作的表面，在降低整体成本的前提大幅提高设备的耐磨防腐使用寿命。 　　耐磨陶瓷具有重量轻、硬度高、耐热性能好、耐磨性能极好的特点。陶瓷工作表面耐磨性是锰钢的100倍以上，高铬铸铁的20倍以上；比耐磨橡胶高几倍至几十倍以上。陶瓷金属结合强度达到300kg/㎝2使用温度可达500℃。使用耐磨陶瓷制造的设备，使用寿命可提高五倍以上，性能价格比可提高3倍以上。 　　耐磨工程陶瓷的主要适用范围广: 主要用于各种输送各种高硬度、高磨耗性的颗粒物质的设备上，包括电力、热力，钢铁、煤炭、水泥、矿山、冶炼、石油、建材化工、风机、造纸、机械、粉体工程、粮食机械、烟草等行业的各种输煤、输料系统、制粉系统、排灰、除尘系统等机械设备上。根据与金属基体结合方式的不同，即可用于静止部件的内表面，如管道，弯头，分离器，溜槽，阀门，各种壳体等，也可以用于高速转动设备上，如各种风机转子、叶轮，滚筒等。 　　氧化铝耐磨陶瓷亦称精密耐磨陶瓷、特种耐磨陶瓷、或高技术耐磨陶瓷。它是采用高度精选的原料，按照特殊的制造工艺生产，能精确控制化学组成和具有优异性能的耐磨陶瓷。目前，氧化铝耐磨陶瓷主要使用在高技术和尖端工业，如微电子、核反应堆、航天、磁流体发电、人工骨和人工关节等方面。日本早在五十年代曾采用A12O3耐磨陶瓷作内燃机的点火塞。以后在小型复杂的零件中相继用于生产。近年来，人们积极从事各种耐热、耐磨损零件的开发研究，例如，柴油发动机的涡流腔机头已经实现耐磨陶瓷化。 　　在所有的陶瓷材料中，氧化铝陶瓷对一般的腐蚀和磨蚀具有极高的抵抗能力，而且性能价格比最高，适合绝大多数场合使用。氧化铝耐磨陶瓷可作为内衬管件：包括各种管径的直管、弯管、弯头、变径大小头，方圆过渡短节等；是利用陶瓷-金属复合制作技术原理，通过粘接、焊接、镶嵌、铆接及套接技术，将各种耐磨陶瓷片、块砖材料复合在管件内磨损表面，从而形成一个具有优异耐磨性能的表层，而基体仍采用普通金属材料的复合管件。与传统的全金属高合金管件相比，工作面耐磨性更高，可以使管件的整体耐磨防腐使用寿命提高几倍到几十倍以上。整体重量大副下降，减少钢材用量，降低了装置造价与维护检修费用，提高经济效益。 　　氧化铝耐磨陶瓷管件的应用： 　　1、电厂锅炉制粉系统管道，包括、输粉管道、粗细粉分离器管道，落煤管，燃烧系统的一次风管道、二次风管道、三次管道以及燃烧器管道，除灰排渣系统的排渣管道、回粉管道、干灰输送管道； 　　2、钢铁厂原料输送管道、收料管道、除尘管道、排灰管道、落灰管道、配料混合管道、磨出口管道、燃煤管道、煤粉管道、分离器管道、燃烧器方圆管等磨损弯管； 　　3、水泥厂选机机出口管道、选机机入口管道、收尘管道、立磨出风管道、循环风管、煤磨高温风机风管、下料管等磨损弯管； 　　4、石油、化工、矿山、煤炭、洗煤厂、冶炼、造纸、铝业、建材、粉体工程、粮食机械等加工、输送物料的各种管件。 　　氧化铝耐磨陶瓷阀门的应用： 　　近年来新型陶瓷材料在石油化工、机械等领域的应用非常活跃，利用陶瓷的耐磨性和耐腐性制作耐磨耐腐零件部代替金属材料，也是近几年来高技术材料市场的重要发展方向之一。其中，陶瓷阀门就具有巨大社会经济效益: 　　1.采用高技术新型陶瓷结构材料制作阀门的密封部件和易损部件，提高了阀门产品的耐磨性防腐性及密封性，大大延长了阀门的使用寿命。 　　2.陶瓷阀门的使用可以大降低阀门的维修更换次数稳定性，提高配套设备运行系统的安全性，减轻工人的劳动强度，节约设备修理费用。 　　3.陶瓷阀门的使用能提高工业管路系统的密封性，同时能最大限度的杜绝泄露，对环境保护将起到积极的推进作用。 　　4.制造陶瓷的原料广泛，成本低廉，用铝碳、硅等普通无素就能制造出性能优越的陶瓷材料，可以节约大量金属材料和稀有的矿产资源。 　　耐磨陶瓷阀门主要应用于电力石油化工、冶金、采矿、污水处理等工业领域，尤其是面对高磨损,强腐蚀、高温、高压等恶劣工况，更显示出它卓越的性能。它能满足高磨损，强腐蚀的使用环境，尤其突出的特点是超长的使用寿命，其性能价格比远远优于其它同类金属阀门。随着科学技术的不断发展和进步，陶瓷材料从配方、成型、加工及装配工艺等各方面的技术更加趋于成熟和完备，陶瓷阀门以其优异的性能越来得到业内人士的认同，利用制造陶瓷阀门的成功经验还可以推广应用于更广泛的工程领域。 　　经济收益分析：成本提高10%-20%，耐磨寿命提高1倍以上。