納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料及其制備方法和使用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料及其制備方法和使用方法，原材料質(zhì)量份配比為：電熔剛玉65-70份，納米陶瓷粉15-20份，鋁酸鹽水泥3-6份，SiO2微粉2-5份，活性ａ-Al2O3粉2-5份，復(fù)合高效分散劑0.2-1份，促晶劑1-3份；納米陶瓷粉的原料質(zhì)量份配比為：氧化鋯9-11份，氧化鋁73-77份，氧化鎂5-7份，氧化鋅5-7份，氧化鈷2-4。它在400℃以下，具有高強(qiáng)度、高韌性、高耐磨性、高防腐、抗開裂的性能，在400-1300℃，形成無收縮、高強(qiáng)度、無開裂、耐磨保溫防腐的陶瓷致密體，具有施工方便、維護(hù)容易、性價(jià)比高、堅(jiān)固耐用、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)。
【專利說明】納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料及其制備方法和使用方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料及其制備方法和使用方法。
【背景技術(shù)】
[0003]水泥、國防、鋼鐵、火電、石油、化工等行業(yè)中涉及到各種高、低溫設(shè)備，這些設(shè)備關(guān)鍵耐磨處理層等重磨損部位的處理關(guān)涉到設(shè)備的安全運(yùn)行，甚至決定著設(shè)備的使用壽命。因而需要采用適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)方法進(jìn)行處理。
[0004]目前，電廠中的許多重要部件，如鍋爐四管，風(fēng)機(jī)葉片，煤粉管道彎頭，汽輪機(jī)末級葉片等，因磨損、高溫腐蝕及水蝕等而使其使用壽命大大縮短，嚴(yán)重影響著機(jī)組的安全運(yùn)行，直接影響電力生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。 [0005]國內(nèi)解決該類問題的辦法多為定期更換受損部件，工期長且投入大。隨著工業(yè)用新材料的開發(fā)，特殊高性能材料已成為材料科學(xué)研究的新熱點(diǎn)。陶瓷及金屬陶瓷與常規(guī)金屬材料相比，具有極高的耐高溫、耐氧化和耐磨性能，在西方發(fā)達(dá)國家已獲廣泛應(yīng)用，以它作為表面防護(hù)材料，可大大延長設(shè)備的使用壽命，對保證設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)使用具有重要意義。
[0006]綜上，現(xiàn)有的防護(hù)方法及其問題有:
(O耐磨合金鋼:具有良好的耐磨性，但材料強(qiáng)度高，施工難度大，非標(biāo)制作時浪費(fèi)大，制作時容易變形，最容易從焊接處被腐蝕。
[0007](2)不銹鋼:低溫具有耐腐蝕性，但是不耐高溫，高溫下易被腐蝕磨損。
[0008](3)普通耐磨料:有一定的耐磨性，造價(jià)相對低，強(qiáng)度低(小于35Pa)，易產(chǎn)生裂紋，不能起到很好的防護(hù)作用。
[0009](4)陶瓷片:耐磨性、防腐性良好，有縫隙，由于施工時需采用樹脂粘貼，容易老化，容易松動被氣流吹脫落，使用周期短。
[0010]由此可見，火力發(fā)電行業(yè)設(shè)備的重磨損部位采用耐磨陶瓷片、耐磨鋼等工藝，因風(fēng)選磨蝕、沖擊磨蝕等原因需要頻繁停工檢修，影響了設(shè)備的利用率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題就在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料及其制備方法和使用方法，它在常溫及低溫時(400°c以下)，具有高強(qiáng)度、高韌性、高耐磨性、高防腐、抗開裂的性能，在高溫時(400-1300°0，形成無收縮、高強(qiáng)度、無開裂、耐磨保溫防腐的陶瓷致密體，具有施工方便、維護(hù)容易、性價(jià)比高、堅(jiān)固耐用、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)。
[0012]為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
本發(fā)明公開了一種納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料，制備陶瓷料原材料的質(zhì)量份配比為:5_-8mm電熔剛玉65-70份，IOOnm- 300nm納米陶瓷粉15-20份，鋁酸鹽水泥3-6份，SiO2微粉2-5份，活性a -Al2O3粉2-5份，復(fù)合高效分散劑0.2-1份，促晶劑1_3份；
其中，制備納米陶瓷粉的原料質(zhì)量份配比為:氧化鋯9-11份，氧化鋁73-77份，氧化鎂5-7份，氧化鋅5-7份，氧化鈷2-4。
[0013]所述復(fù)合高效分散劑為氨基磺酸系高效減水劑，所述促晶劑為鎂的氧化物、氯化物等低溫可發(fā)生、促進(jìn)水化反應(yīng)的物質(zhì)。
[0014]本發(fā)明同時公開了一種納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料的制備方法，采用高溫煅燒磨細(xì)法制備納米陶瓷粉，將納米陶瓷粉與電熔剛玉、鋁酸鹽水泥、SiO2微粉、活性a -Al2O3粉、復(fù)合高效分散劑和促晶劑一起配制成納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料。
[0015]所述高溫煅燒磨細(xì)法制備納米陶瓷粉的具體步驟為:
按照上面所述的 制造納米陶瓷粉的原料配比將各種原料混合均勻后，經(jīng)過1450°C的高溫煅燒成陶瓷粉體，再將此粉體制作成細(xì)度為100nm-300nm的納米粉體。
[0016]本發(fā)明同時還公開了一種納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料的使用方法，以納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料為基礎(chǔ)料，施工現(xiàn)場加入占納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料重量(3-5)%的耐熱不銹鋼纖維和(6-10) %的拌合水,現(xiàn)場拌合30min以上,現(xiàn)場涂抹施工、成型、養(yǎng)護(hù),形成納米耐磨陶瓷質(zhì)復(fù)合防護(hù)內(nèi)襯；
在400°C以下的常溫或低溫環(huán)境中工作時，納米陶瓷粉和SiO2微粉在以鉀鈉鈣鎂為主的無機(jī)結(jié)合劑和氨基磺酸系高效減水劑、和微晶促晶劑鎂的氧化物、氯化物等低溫可發(fā)生、促進(jìn)水化反應(yīng)的物質(zhì)的作用下，彌散分布在電熔剛玉骨料中間，形成一種致密、幾乎無收縮的微晶陶瓷結(jié)構(gòu)，具有高強(qiáng)度、高韌性、高耐磨性、抗開裂、高防腐的優(yōu)良性能；
在400°C -1300°C的高溫使用條件下，以鉀鈉鈣鎂為主的無機(jī)結(jié)合劑和微晶促晶劑一起作為復(fù)合結(jié)合劑，對納米陶瓷粉進(jìn)行催化進(jìn)而與其他組分發(fā)生一系列的高溫相反應(yīng)，形成微膨脹、無收縮、無開裂的陶瓷致密體，在高溫下具有良好的耐磨防腐性能。
[0017]具體地，本發(fā)明與同類產(chǎn)品相比具有下面優(yōu)點(diǎn):
(I)具有極高的機(jī)械強(qiáng)度和剛度:經(jīng)中科院上海硅酸鹽研究所測定，本發(fā)明納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷材料，洛氏硬度為HRA80-90，硬度僅次于金剛石，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過耐磨鋼和不銹鋼的耐磨性能。在使用過程中，不會由于物料沖刷而致使使用壽命降低。
[0018](2)耐磨性能極好:
經(jīng)中南大學(xué)粉末冶金研究所測定，本發(fā)明其耐磨性能相當(dāng)于錳鋼的26倍，高鉻鑄鐵的17倍。根據(jù)我們十幾年來的客戶跟蹤調(diào)查，在同等工況下，可至少延長設(shè)備使用壽命十倍以上。
[0019](3)低密度、保溫隔熱、防腐蝕:
納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料的最大體積密度為3.0g/cm3，僅為鋼鐵的一半，可大大減輕設(shè)備負(fù)荷。導(dǎo)熱系數(shù)20W/m.k，熱膨脹系數(shù):7.2*10-6m/m.k，(鐵的導(dǎo)熱系數(shù)是40*1.163 kff/m.度，溶于酸，和堿會發(fā)生反應(yīng)。)而本材料既不溶于水，也不溶于酸和堿。在使用過程中不會由于酸堿侵蝕而降低其使用壽命。
[0020](4)具有優(yōu)良的韌性和抗震性:由于本發(fā)明納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料采用無定向鋼纖維和定向網(wǎng)狀增強(qiáng)雙重補(bǔ)強(qiáng)措施，通過耦合進(jìn)一步改善韌性，增加了系統(tǒng)的使用可靠性，可有效防止沖擊力造成的破損和剝落。另一方面，由于離子鍵和共價(jià)鍵為強(qiáng)結(jié)合鍵，鍵能比較高，低溫對其影響很小，而且它的振動頻率極高，常溫難以對其構(gòu)成威脅，不會產(chǎn)生熱震損毀。
[0021](5)整體性好:由于本發(fā)明納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料采取了雙重補(bǔ)強(qiáng)措施，有的甚至采取了多種補(bǔ)強(qiáng)措施，有效地改善了材料性能。而且納米增強(qiáng)耐磨陶瓷料低的膨脹系數(shù)等，使其體積穩(wěn)定，不會產(chǎn)生裂紋。更不可能產(chǎn)生裂縫，因而整體性好。加上無接縫的施工方法，使其整體性一步到位。
[0022](6)環(huán)境相容性好:
本發(fā)明采用了耐酸和耐堿的人工合成原料，性能穩(wěn)定，不會和介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，同時納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料的原料多為高溫合成材料，晶體發(fā)育好，結(jié)構(gòu)完整，不受環(huán)境因素的影響，屬環(huán)境惰性材料，因而可有效抵御環(huán)境介質(zhì)作用和各種化學(xué)腐蝕。
[0023](7)無環(huán)境污染:
納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料為無機(jī)非金屬材料，主要成分為鋁酸鹽，對環(huán)境敏感性差。和地球巖石圈成份相近，不會造成土質(zhì)惡化和重金屬離子污染，是一種綠色環(huán)保型的產(chǎn)品。
[0024]由于具有上述特點(diǎn)，本發(fā)明納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料可適宜于水泥、國防、鋼鐵、火電、石油、化工行業(yè)等各種高、低溫設(shè)備的關(guān)鍵耐磨處理層等重磨損部位，尤其對于火力發(fā)電行業(yè)具有較高的性價(jià)比，是替代現(xiàn)有的耐磨陶瓷片、耐磨鋼的新一代理想材料，解決了各行業(yè)因風(fēng)選磨蝕、沖擊磨蝕、部件頻繁停工檢修等問題，大大提高了設(shè)備的利用率。在洛陽萬基發(fā)電有限公司、萬基控股集團(tuán)貿(mào)易有限公司、永城市神火示范電站、華潤電力登封有限公司等電力行業(yè)得到推廣應(yīng)用并取得用戶的一致好評。 【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)施例1-1
高溫煅燒磨細(xì)法制備納米陶瓷粉:
按照原料重量份配比為氧化鋯9份，氧化鋁77份，氧化鎂5份，氧化鋅7份，氧化鈷2，將各種原料混合均勻后，經(jīng)過1450°C的高溫煅燒成陶瓷粉體，再將此粉體制作成細(xì)度為IOOnm的納米粉體。
[0026]實(shí)施例1-2
高溫煅燒磨細(xì)法制備納米陶瓷粉:
按照原料重量份配比為氧化鋯11份，氧化鋁73份，氧化鎂7份，氧化鋅5份，氧化鈷4，將各種原料混合均勻后，經(jīng)過1450°C的高溫煅燒成陶瓷粉體，再將此粉體制作成細(xì)度為300nm的納米粉體。
[0027]實(shí)施例1-3
高溫煅燒磨細(xì)法制備納米陶瓷粉:
按照原料重量份配比為氧化鋯10份，氧化鋁75份，氧化鎂6份，氧化鋅6份，氧化鈷3，將各種原料混合均勻后，經(jīng)過1450°C的高溫煅燒成陶瓷粉體，再將此粉體制作成細(xì)度為200nm的納米粉體。
[0028]實(shí)施例2
納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料，原材料的質(zhì)量份配比為:5mm電熔剛玉70份，實(shí)施例1_1制備的納米陶瓷粉15份，鋁酸鹽水泥6份，SiO2微粉2份，活性a -Al2O3粉5份，復(fù)合高效分散劑0.2份，促晶劑3份；
所述復(fù)合高效分散劑為氨基磺酸系高效減水劑，所述促晶劑為鎂的氧化物類低溫可發(fā)生、促進(jìn)水化反應(yīng)的物質(zhì)。
[0029]將納米陶瓷粉與電熔剛玉、鋁酸鹽水泥、SiO2微粉、活性a -Al2O3粉、復(fù)合高效分散劑和促晶劑一起配制成納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料。
[0030]實(shí)施例3
8mm電熔剛玉65份，實(shí)施例1_2制備的納米陶瓷粉20份，鋁酸鹽水泥3份，SiO2微粉5份，活性a -Al2O3粉2份，復(fù)合高效分散劑1份，促晶劑1份；
所述復(fù)合高效分散劑為氨基磺酸系高效減水劑，所述促晶劑為鎂的氯化物等低溫可發(fā)生、促進(jìn)水化反應(yīng)的物質(zhì)。
[0031]將納米陶瓷粉與電熔剛玉、鋁酸鹽水泥、SiO2微粉、活性a -Al2O3粉、復(fù)合高效分散劑和促晶劑一起配制成納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料。
[0032]實(shí)施例4
6mm電熔剛玉68份，實(shí)施例1_3制備的納米陶瓷粉18份，鋁酸鹽水泥5份，SiO2微粉3份，活性a -Al2O3粉4份，復(fù)合高效分散劑0.5份，促晶劑2份；
所述復(fù)合高效分散劑為氨基磺酸系高效減水劑，所述促晶劑為鎂的氧化物等低溫可發(fā)生、促進(jìn)水化反應(yīng)的物質(zhì)。
[0033]將納米陶瓷粉與電熔剛玉、鋁酸鹽水泥、SiO2微粉、活性a -Al2O3粉、復(fù)合高效分散劑和促晶劑一起配制成納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料。
[0034]實(shí)施例5
以納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料為基礎(chǔ)料，施工現(xiàn)場加入占納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料重量3%的耐熱不銹鋼纖維和10%的拌合水，現(xiàn)場拌合30min以上，現(xiàn)場涂抹施工、成型、養(yǎng)護(hù)，形成納米耐磨陶瓷質(zhì)復(fù)合防護(hù)內(nèi)襯。
[0035]實(shí)施例6
以納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料為基礎(chǔ)料，施工現(xiàn)場加入占納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料重量5%的耐熱不銹鋼纖維和6-%的拌合水，現(xiàn)場拌合30min以上，現(xiàn)場涂抹施工、成型、養(yǎng)護(hù)，形成納米耐磨陶瓷質(zhì)復(fù)合防護(hù)內(nèi)襯。
[0036]實(shí)施例7
以納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料為基礎(chǔ)料，施工現(xiàn)場加入占納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料重量4%的耐熱不銹鋼纖維和8%的拌合水，現(xiàn)場拌合30min以上，現(xiàn)場涂抹施工、成型、養(yǎng)護(hù)，形成納米耐磨陶瓷質(zhì)復(fù)合防護(hù)內(nèi)襯。
[0037]在400°C以下的常溫或低溫環(huán)境中工作時，納米陶瓷粉和(SiO2微粉)在結(jié)合劑、復(fù)合高效分散劑(以鉀鈉鈣鎂為主的無機(jī)結(jié)合劑和氨基磺酸系高效減水劑)和微晶促晶劑的作用下，彌散分布在(電熔剛玉骨料)中間，形成一種致密、幾乎無收縮的微晶陶瓷結(jié)構(gòu)，具有高強(qiáng)度、高韌性、高耐磨性、抗開裂、高防腐的優(yōu)良性能；
在400°C-1300°C的高溫使用條件下，無機(jī)高溫結(jié)合劑(以鉀鈉鈣鎂為主的無機(jī)結(jié)合劑)和微晶促晶劑一起作為復(fù)合 結(jié)合劑，對納米陶瓷粉進(jìn)行催化進(jìn)而與其他組分發(fā)生一系列的高溫相反應(yīng)，形成微膨脹、無收縮、無開裂的陶瓷致密體，在高溫下具有良好的耐磨防腐性倉泛。[0038]本發(fā)明納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料是在研究煙道磨損腐蝕的基礎(chǔ)上，運(yùn)用納米技術(shù)，通過添加納米陶瓷粉來改進(jìn)提高的一種新型耐磨防腐保溫抗開裂耐高溫材料。在常溫及低溫時(400°C以下)，納米陶瓷粉和剛玉起到耐磨防腐的骨架作用。具有超高活性的納米陶瓷粉在分散劑的作用下均勻彌散分布在骨料中間，由于微晶促晶劑的作用，經(jīng)過物理化學(xué)反應(yīng)，整個組份形成一種緊密的無收縮微晶體，類似于陶瓷晶體的結(jié)構(gòu)，具有高強(qiáng)度、高韌性、高耐磨性、高防腐、抗開裂的性能。在高溫時(400-1300°C )，無機(jī)高溫結(jié)合劑和微晶促晶劑由于化學(xué)反應(yīng)，形成復(fù)合結(jié)合劑，在納米陶瓷粉的催化作用下進(jìn)而和其他的組份進(jìn)行一系列的液-固相化學(xué)反應(yīng)，形成無收縮、高強(qiáng)度、無開裂、耐磨保溫防腐的陶瓷致密體。采用科學(xué)合理的施工方法在煙道內(nèi)壁形成堅(jiān)固完整的隔離腔體，具有施工方便、維護(hù)容易、性價(jià)比高、堅(jiān)固耐用、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)。
[0039]最后應(yīng)說明的是:顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非對實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而 易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料，其特征在于，制備陶瓷料原材料的質(zhì)量份配比為:.5mm -8mm電熔剛玉65-70份，100nm-300nm納米陶瓷粉15-20份，鋁酸鹽水泥3-6份，SiO2微粉2-5份，活性a -Al2O3粉2-5份，復(fù)合高效分散劑0.2-1份，促晶劑1_3份； 其中，制備納米陶瓷粉的原料質(zhì)量份配比為:氧化鋯9-11份，氧化鋁73-77份，氧化鎂.5-7份，氧化鋅5-7份，氧化鈷2-4。
2.如權(quán)利要求1所述的納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料，其特征在于，所述復(fù)合高效分散劑為氨基磺酸系高效減水劑，所述促晶劑為鎂的氧化物或鎂的氯化物。
3.權(quán)利要求1或2所述的一種納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料的制備方法，其特征在于，采用高溫煅燒磨細(xì)法制備納米陶瓷粉，將納米陶瓷粉與電熔剛玉、鋁酸鹽水泥、SiO2微粉、活性a -Al2O3粉、復(fù)合高效分散劑和促晶劑一起配制成納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料。
4.如權(quán)利要求3所述的一種納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料的制備方法，其特征在于，所述高溫煅燒磨細(xì)法制備納米陶瓷粉的具體步驟為: 按照制造納米陶瓷粉的原料配比將各種原料混合均勻后，經(jīng)過1450°C的高溫煅燒成陶瓷粉體，再將此粉體制作成細(xì)度為100nm-300nm的納米粉體。
5.權(quán)利要求1或2所述的一種納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料的使用方法，其特征在于:以納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料為基礎(chǔ)料，施工現(xiàn)場加入占納米增強(qiáng)耐磨防腐陶瓷料重量(3-5)%的耐熱不銹鋼纖維和(6-10)%的拌合水，現(xiàn)場拌合30min以上，現(xiàn)場涂抹施工、成型、養(yǎng)護(hù)，形成納米耐磨陶瓷質(zhì)復(fù)合防護(hù)內(nèi)襯； 在400°C以下的常溫或低溫環(huán)境中工作時，納米陶瓷粉和微硅粉在結(jié)合劑、分散劑和微晶促晶劑的作用下，彌散分布在骨料中間，形成一種致密、幾乎無收縮的微晶陶瓷結(jié)構(gòu)，具有高強(qiáng)度、高韌性、高耐磨性、抗開裂、高防腐的優(yōu)良性能； 在400°C-130(TC的高溫使用條件下，無機(jī)高溫結(jié)合劑和微晶促晶劑一起作為復(fù)合結(jié)合劑，對納米陶瓷粉進(jìn)行催化進(jìn)而與其他組分發(fā)生一系列的高溫相反應(yīng)，形成微膨脹、無收縮、無開裂的陶瓷致密體，在高溫下具有良好的耐磨防腐性能。
【文檔編號】C04B28/06GK103964794SQ201410169709
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】焦丙軍, 宋志斌, 吳生慧 申請人:焦作安泰新型耐磨材料有限公司