多孔陶瓷塊、金屬基復合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種多孔陶瓷塊、金屬基復合材料及其制備方法，掛滿陶瓷漿料的有機泡沫經(jīng)干燥、蒸發(fā)和燒結(jié)處理后得到所述多孔陶瓷塊，其中：所述有機泡沫為聚苯乙烯泡沫塑料或者聚氨酯泡沫塑料；所述陶瓷漿料由陶瓷粉料、粘結(jié)劑和溶劑組成，所述陶瓷粉料為氧化鋁或/和三氧化二鉻，所述粘結(jié)劑為有機粘結(jié)劑或者無機粘結(jié)劑，所述溶劑為水或者有機溶劑。本發(fā)明的多孔陶瓷塊的制備方法簡單、陶瓷塊中的孔分布均勻、孔的大小容易控制，采用本發(fā)明的多孔陶瓷塊制備金屬基復合耐磨材料更加容易，簡化了復合耐磨材料的制備步驟，而且更便于控制金屬基材中陶瓷的分布。
【專利說明】
多孔陶瓷塊、金屬基復合材料及其制備方法
技術(shù)領域
[0001]本發(fā)明涉及應用于破碎機的復合材料領域，具體涉及一種多孔陶瓷塊、金屬基復合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在冶金礦山、建材、筑路、化學和硅酸鹽行業(yè)中，破碎機是物料破碎的主要設備。隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，這些行業(yè)每年需經(jīng)過破碎機處理的物料呈幾何級數(shù)增加，影響破碎過程的因素有很多，但都與破碎設備的性能相關聯(lián)。襯板、錘頭、輥子及輥齒等破碎機中易磨損部件，其耐磨性的優(yōu)劣對破碎機的性能有很大影響。
[0003]目前破碎機發(fā)展存在的主要問題有應用新型耐磨材料較少、破碎機的制造工藝水平較差等。破碎機常選用常規(guī)的高鉻鑄鐵、超高錳鋼等作為耐磨材料，這類傳統(tǒng)的耐磨材料由于性能有限，常采用定期更換耐磨件的方法延長破碎機的使用時間，由此造成了勞動強度增大和效率低下等問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種多孔陶瓷塊、金屬基復合材料及其制備方法，本發(fā)明的多孔陶瓷塊的制備方法簡單、陶瓷塊中的孔分布均勻、孔的大小容易控制，采用本發(fā)明的多孔陶瓷塊制備金屬基復合耐磨材料更加容易，簡化了復合耐磨材料的制備步驟，而且更便于控制金屬基材中陶瓷的分布。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0006]—種多孔陶瓷塊的制備方法，掛滿陶瓷漿料的有機泡沫經(jīng)干燥、蒸發(fā)和燒結(jié)處理后得到所述多孔陶瓷塊，其中:
[0007]所述有機泡沫為聚苯乙烯泡沫塑料或者聚氨酯泡沫塑料；
[0008]所述陶瓷漿料由陶瓷粉料、粘結(jié)劑和溶劑組成，所述陶瓷粉料為氧化鋁或/和三氧化二鉻，所述粘結(jié)劑為有機粘結(jié)劑或者無機粘結(jié)劑，所述溶劑為水或者有機溶劑。
[0009]優(yōu)選地，在上述制備方法中，包括如下步驟:
[0010]步驟I，所述有機泡沫的預處理
[0011]所述有機泡沫依次經(jīng)水、洗滌劑、酸和堿浸泡處理，得到預處理后的有機泡沫；
[0012]步驟2，所述陶瓷漿料的制備
[0013]將所述陶瓷粉料、所述粘結(jié)劑和所述溶劑混合均勻，得到所述陶瓷漿料，其中:所述溶劑的含量為所述陶瓷漿料總重量的10%_40%，優(yōu)選地，所述陶瓷粉料、所述粘結(jié)劑和所述溶劑的重量比例為:陶瓷粉料:粘結(jié)劑:溶劑= 13:(2-3):(4-6);
[0014]步驟3，掛漿處理:將所述預處理后的有機泡沫浸入所述陶瓷漿料中，取出后得到掛滿陶瓷漿料的有機泡沫；
[0015]步驟4，燒結(jié)處理:將所述掛滿陶瓷漿料的有機泡沫干燥，再進行蒸發(fā)以將有機泡沫蒸發(fā)掉，然后對蒸發(fā)掉有機泡沫的陶瓷坯料進行燒結(jié)處理，從而得到所述多孔陶瓷塊，其中，在燒結(jié)處理時，所述燒結(jié)是將蒸發(fā)掉有機泡沫的陶瓷坯料繼續(xù)升溫至700°C-1000°C并保溫50-60min;優(yōu)選地，在所述燒結(jié)處理時，所述升溫速度為5-1 (TC/min。
[0016]優(yōu)選地，在上述制備方法中，在所述步驟I中，包括如下步驟:
[0017]步驟1.1，將所述有機泡沫浸泡在水中，水的溫度為80-100°C，浸泡時間<兩小時，
[0018]步驟1.2，將經(jīng)過步驟1.1得到的所述有機泡沫用洗滌劑進行洗滌，
[0019]步驟1.3，將經(jīng)過步驟1.2得到的所述有機泡沫浸泡在酸溶液中，所述酸溶液的濃度為10wt%-20wt%，浸泡時間為6-10小時，
[0020]步驟1.4，將經(jīng)過步驟1.3得到的所述有機泡沫浸泡在堿溶液中，所述堿溶液的濃度為10wt%-20wt%，浸泡時間為6-10小時；
[0021 ]在所述步驟2中，所述陶瓷粉料的粒度為10_40μπι;
[0022]在所述步驟3中，所述預處理后的有機泡沫浸入所述陶瓷漿料中的時間為l_3h;
[0023]在所述步驟4中，所述干燥為烘干或者自然晾干，所述烘干的溫度為100°C-130°C，待水分烘干后，繼續(xù)保溫20-40分鐘；
[0024]所述蒸發(fā)是將干燥后的掛滿陶瓷漿料的有機泡沫升溫至650°C-750°C并保溫50-60min;優(yōu)選地，在所述蒸發(fā)過程中，所述升溫的速度為0.5-l°C/min;
[0025]所述燒結(jié)是將蒸發(fā)掉有機泡沫的陶瓷坯料繼續(xù)升溫至700°C-800°C并保溫50-60mino
[0026]優(yōu)選地，在上述制備方法中，所述聚氨酯泡沫塑料的PPI在20?30之間。
[0027]優(yōu)選地，在上述制備方法中，掛到所述有機泡沫上的陶瓷楽料的厚度為l_3mm。
[0028]優(yōu)選地，在上述制備方法中，還包括將所述有機泡沫擠壓的預處理步驟。
[0029]優(yōu)選地，在上述制備方法中，在所述步驟3和步驟4之間，還包括去掉多余楽料的步驟，即去掉所述步驟3得到的所述掛滿陶瓷漿料的有機泡沫中多余的漿料;優(yōu)選地，使用手工揉搓法或者機械輥壓法去掉所述多余的漿料。
[0030]另一方面，提供了一種采用上述方法制備的多孔陶瓷塊，所述多孔陶瓷塊的PPI在20?30之間。
[0031]另一方面，提供了一種金屬基復合材料，由權(quán)利要求8所述的多孔陶瓷塊和流入所述多孔陶瓷塊的孔中和外周部的金屬液凝固后形成的金屬基體構(gòu)成。
[0032]另一方面，提供了一種制備上述的屬基復合材料的方法，包括如下步驟:
[0033]步驟I，將所述多孔狀陶瓷塊置入普通砂型的型腔內(nèi)，經(jīng)預熱后澆注金屬液，所述金屬液充滿所述多孔陶瓷塊的孔中和外周部，澆注溫度為15000C-16000C ；
[0034]步驟2，冷卻和脫模。
[0035]金屬基復合材料是以金屬或合金為基體，以高性能的第二相為增強體的復合材料，它既能保留原組成材料的主要特色，并通過符合效應獲得原組分所不具備的性能。與傳統(tǒng)的金屬材料相比，它具有較高的比強度和比剛度;與樹脂基復合材料相比，它又具有優(yōu)良的導熱性和耐熱性，與陶瓷材料相比，它又具有較高的韌性和較高的抗沖擊性能。
[0036]以陶瓷為增強材料，金屬為基體材料制成的金屬基陶瓷復合材料具有比強度高、比模量高、耐磨損、耐高溫等優(yōu)良性能，將其應用于破碎設備，能夠有效提高碎磨設備工作效率，優(yōu)化碎磨作業(yè)。
[0037]本發(fā)明的目的是以多孔陶瓷為增強材料，金屬為基體材料制成具有比強度高、比模量高、耐磨損等優(yōu)良性能的金屬基陶瓷復合材料，并應用于破碎機設備中。本發(fā)明的多孔陶瓷塊的制備方法簡單、陶瓷塊中的孔分布均勻、孔的大小容易控制，采用本發(fā)明的多孔陶瓷塊制備金屬基復合耐磨材料更加容易，簡化了復合耐磨材料的制備步驟，而且更便于控制金屬基材中陶瓷的分布。
【附圖說明】
[0038]構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。其中:
[0039]圖1為有機泡沫浸漬工藝成孔原理示意圖；
[0040]圖1中多孔陶瓷塊具有兩種孔，一種是泡沫塑料燒穿孔制得的通孔(S卩掛漿時有機泡沫上未填滿漿料的孔)，另一種是有機泡沫蒸發(fā)后留下的孔洞。
[0041]圖2為聚氨酯泡沫塑料經(jīng)熱水浸泡處理的掛漿效果；
[0042]圖3為聚氨酯泡沫塑料經(jīng)熱水浸泡、堿溶液浸泡處理的掛漿效果；
[0043]圖4為聚氨酯泡沫塑料經(jīng)熱水浸泡、洗滌劑、酸、堿浸泡處理的掛漿效果；
[0044]由圖2至圖4中可以看出，圖4中的掛漿效果明顯優(yōu)于圖2和圖3中的掛漿效果。
[0045]圖5為使用較小數(shù)值0.8mm孔徑的聚氨酯泡沫塑料的燒結(jié)效果；
[0046]圖6為使用較大數(shù)值5mm孔徑的聚氨酯泡沫塑料的燒結(jié)效果；
[0047]由圖5至圖6中可以看出，圖6的燒結(jié)效果明顯優(yōu)于圖5的燒結(jié)效果，即聚氨酯泡沫塑料的孔徑為5mm時效果理想，如果孔徑太小易出現(xiàn)死孔，小孔，孔隙率底，如果孔徑太大時，多孔陶瓷強度差，易碎。
[0048]圖7為使用粒度為60_150μπι的陶瓷顆粒的燒結(jié)效果；
[0049 ]圖8為使用粒度為10-40μηι的陶瓷顆粒的燒結(jié)效果。
[0050]從圖7和8可以看出，圖8的多孔陶瓷塊明顯優(yōu)于圖7，通孔率明顯較高，燒結(jié)后的多孔陶瓷塊的孔的表面較為光潔，無裂紋、斷裂現(xiàn)象，具有較好的強度。
【具體實施方式】
[0051]下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0052]如圖1至圖8所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種多孔陶瓷塊的制備方法，由有機泡沫和陶瓷漿料制成，其中:
[0053]有機泡沫為聚苯乙烯泡沫塑料或者聚氨酯泡沫塑料；
[0054]陶瓷漿料由陶瓷粉料、粘結(jié)劑和溶劑組成，粘結(jié)劑為有機粘結(jié)劑或者無機粘結(jié)劑，溶劑為水或者有機溶劑。陶瓷粉料為市售氧化鋁和三氧化二鉻的混合物(在其他的實施例中，也可以僅選用氧化鋁和三氧化二鉻的其中一種作為陶瓷粉料)；無機粘結(jié)劑為硅酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、氫氧化鋁溶膠和硅溶膠中的一種或者幾種的混合物，優(yōu)選地，無機粘結(jié)劑為磷酸鋁或者硫酸鋁與磷酸鋁的混合物;溶劑即可用為水也可用為有機溶劑，有機溶劑可用選用如工業(yè)酒精等。陶瓷漿料需要具有較高的固相含量，溶劑(水或者有機溶劑)的含量優(yōu)選為陶瓷漿料總重量的10%-40% (比如15%、20%、25%、30%、35% )。
[0055]由本發(fā)明實施例提供的多孔陶瓷塊的制備方法制備的多孔陶瓷塊無裂紋且通孔均勻，多孔陶瓷塊中通孔的孔徑優(yōu)選為4-6mm(該孔徑的多孔陶瓷塊強度較高)，適合作為金屬基復合材料的增強體的復合材料，使得金屬基復合材料既能保留金屬基的主要特色，并通過復合效應獲得原有金屬基材料不具備的性能。以多孔陶瓷塊為增強材料，金屬為基體材料制成的金屬基陶瓷復合材料具有比強度高、比模量高、耐磨損、耐高溫等優(yōu)良性能，將其應用于破碎設備，能夠有效提高破碎設備的工作效率，優(yōu)化破碎作業(yè)。
[0056]進一步地，多孔陶瓷塊的制備方法包括如下步驟:
[0057]步驟I，有機泡沫的預處理
[0058]步驟1.1，將有機泡沫浸泡在水中，水的溫度為80-100 °C (比如85 °C、90°C、95°C、98°0，浸泡時間<兩小時，
[0059]步驟1.2，將經(jīng)過步驟1.1得到的有機泡沫用洗滌劑進行洗滌，洗滌劑選擇市售洗手液即可，如市售的藍月亮牌洗手液等，
[0060]步驟1.3，將經(jīng)過步驟1.2得到的有機泡沫浸泡在酸溶液中，酸溶液的濃度為10wt%-20wt% (比如 13wt% N 15wt%、17wt%、19wt% )，浸泡時間為6-10小時，
[0061]步驟1.4，將經(jīng)過步驟1.3得到的有機泡沫浸泡在堿溶液中，堿溶液的濃度為10wt%-20wt% (比如 13wt% N 15wt%、17wt%、19wt% )，浸泡時間為6-10小時；
[0062]在涂覆陶瓷漿料之前對有機泡沫分比別進行水浸泡、洗滌、酸溶液浸泡、堿溶液浸泡等處理是為了提高有機泡沫與在下述步驟中得到的陶瓷漿料之間的粘附性。充分洗滌后再依次用酸溶液、堿溶液浸泡處理的有機泡沫具有較好的掛漿效果，掛漿均勻，掛漿量適中。洗滌劑可以洗掉有機泡沫的塑料孔筋表面的雜質(zhì)，并且在洗滌揉搓的過程中可以把一些孔隙薄膜洗掉，酸堿處理是為了使泡沫表面附著-OH基，使泡沫與漿料更易結(jié)合。
[0063]步驟2，陶瓷漿料的制備
[0064]將陶瓷粉料、粘結(jié)劑和溶劑混合均勻，陶瓷粉料的粒度為10_40μπι(比如15μπι、20μ111、254111、3(^111、354111)，即陶瓷粉料中的氧化鋁和三氧化二鉻的粒度為10-4(^111(比如154111、20μπι、25μπι、30μπι、35μπι);優(yōu)選的加料順序是將陶瓷粉料、粘結(jié)劑、溶劑依次加入，陶瓷粉料、粘結(jié)劑和溶劑的重量比例為:陶瓷粉料:粘結(jié)劑:溶劑=13: (2-3):(4-6);陶瓷粉料中的氧化鋁和三氧化二鉻的重量比例優(yōu)選為:氧化鋁:三氧化二鉻=10:3，該比例設置的好處是漿料粘稠度適中、掛漿量適中、燒結(jié)后強度較好。
[0065]在制備陶瓷漿料中添加粘結(jié)劑，不僅有助于提高掛滿陶瓷漿料的有機泡沫干燥后的強度，而且能防止掛滿陶瓷漿料的有機泡沫在有機泡沫排除過程中塌陷，從而保證了后續(xù)燒結(jié)步驟得到的多孔陶瓷塊具有足夠的機械強度。使用磷酸鋁作為粘結(jié)劑的陶瓷漿料與有機泡沫基體的粘附性明顯優(yōu)于硫酸鋁做粘結(jié)劑的陶瓷漿料。陶瓷粉料的粒度為大于40μπι時，制備的陶瓷漿料穩(wěn)定性差，長時間放置后會有部分沉淀物析出，漿料的均勻性隨之變差，進而導致其與有機泡沫基體的粘附性較差。粒度為10-40μπι陶瓷粉料制備的陶瓷漿料具有較好的穩(wěn)定性，陶瓷漿料較長時間放置后，不會發(fā)生析出沉淀的現(xiàn)象，漿料依然保持均勻狀態(tài)，與有機泡沫塑料基體的粘附性較好，掛漿均勻，掛漿量適中，通孔率明顯較高，燒結(jié)后的多孔陶瓷塊的孔的表面較為光潔，無裂紋、斷裂現(xiàn)象，具有較好的強度。
[0066]步驟3，將經(jīng)過步驟I得到的有機泡沫浸入經(jīng)過步驟2得到的陶瓷漿料中，浸泡時間為1-3h (比如1.5h、1.8h、2h、2.3h、2.8h)，得到掛滿陶瓷漿料的有機泡沫，涂覆在有機泡沫上的陶瓷楽料的厚度優(yōu)選為l-3mm(比如I.5mm、2mm、2.2mm、2.5mm、2.8mm)。掛楽厚度合適，可以很好地保證多孔陶瓷塊的強度。
[0067]步驟4，燒結(jié)
[0068]步驟4.1，將經(jīng)過步驟3得到的掛滿陶瓷漿料的有機泡沫烘干或者自然晾干，優(yōu)選使用馬弗爐烘干，烘干溫度為100 °C -130 °C (比如105 °C、110 °C、115 °C、120 °C、125 °C )，烘干時間兩至三小時；烘干之后繼續(xù)保溫20-40111；[11(比如25111；[11、30111；[11、35111；[11)，優(yōu)選保溫30111；[11;陶瓷漿料使用水玻璃為粘結(jié)劑時，其烘干時溫度不可太高，如果溫度較高水玻璃會隨水分的蒸發(fā)溢出，在有機泡沫的表面形成鼓脹現(xiàn)象，即陶瓷漿料使用水玻璃為粘結(jié)劑時優(yōu)選采用自然晾干后再進行后續(xù)步驟。
[0069]步驟4.2，將經(jīng)過步驟4.1得到的掛滿陶瓷漿料的有機泡沫中的有機泡沫蒸發(fā)，得到多孔陶瓷坯料，所述蒸發(fā)是將干燥后的掛滿陶瓷漿料的有機泡沫升溫至650°C_750°C (比如6700C、6900C、700°C、720°C、735°C)并保溫50_60min(比如52min、55min、58min)；優(yōu)選地，在所述蒸發(fā)過程中，所述升溫的速度為0.5-l°C/min。有機泡沫在120°C_750°C (比如200°C、300 °C ,400 °C, 500 °C、600 °C)的范圍內(nèi)均會蒸發(fā)，也就是說在整個升溫過程中有機泡沫均在蒸發(fā)，升溫時間最好控制在1000-120011^11(比如10501^11、11001^11、11501^11)，如果此時升溫速度過快，有機泡沫的蒸發(fā)會非常劇烈，導致燒結(jié)骨架出現(xiàn)裂紋或氣孔，所以將升溫速度控制在0.5-l°C/min范圍內(nèi)。為了保證泡沫塑料基體安全蒸發(fā)，在升溫至較高溫度時還需要保溫一段時間，使泡沫塑料完全蒸發(fā)，所以將多孔陶瓷坯料在650°C_750°C保溫50-60min。
[0070]步驟4.3，將經(jīng)過步驟4.2得到的多孔陶瓷坯料高溫燒結(jié)，得到多孔陶瓷塊，所述燒結(jié)是將蒸發(fā)掉有機泡沫的陶瓷坯料從蒸發(fā)保溫溫度繼續(xù)升溫至700°C-1000°C (比如750°C、800°(:、850°(:、900°(:、950°(:)并保溫50-601^11(比如521^11、551^11、581^11);優(yōu)選地，在所述燒結(jié)處理時，所述升溫速度為3-10 °C/min (比
min、9°C/min)，優(yōu)選地，將多孔陶瓷坯料從步驟4.2中的蒸發(fā)后的保溫溫度以5-10°(:/1^11的速度升溫至700°0800°(:(比如720°(:、730°(:、750°(:、770°(:、790°(:)并保溫50-601^11(比如52min、55min、58min);如果升溫速度過快，會導致蒸發(fā)掉有機泡沫的陶瓷還料出現(xiàn)裂紋。
[0071]進一步地，優(yōu)選聚氨酯泡沫塑料的PPI在20?30之間，比如PPI為22、25、28等，PPI的數(shù)值表達的是每平方英寸上的孔洞數(shù)量。如PPI是25時，每平方英寸聚氨酯泡沫塑料上的孔洞數(shù)量為25個。
[0072]聚氨酯泡沫塑料是由異氰酸酯和羥基化合物經(jīng)聚合發(fā)泡制成。PPI的值在20?30之間的是粗孔聚氨酯泡沫塑料。粗孔聚氨酯泡沫塑料具有均勻的孔洞結(jié)構(gòu)，其孔孔相互貫通且呈開放式。粗孔聚氨酯泡沫塑料一般具有極佳的彈性、柔軟性、伸長率和壓縮強度;化學穩(wěn)定性好，耐許多溶劑和油類，加熱時，在400°C左右粗孔聚氨酯泡沫塑料會大量氣化，其氧化分解放熱主要發(fā)生在220-600°C溫度范圍內(nèi)，并產(chǎn)生大量氣體。優(yōu)選使用PPI為20、25和30的粗孔聚氨酯泡沫塑料作為基體。
[0073]選用PPI在20?30之間的聚氨酯泡沫塑料的好處是:
[0074](I)其為開孔網(wǎng)狀材料，可以保證陶瓷漿料能夠自由滲透、相互粘結(jié)，使得燒成后的多孔陶瓷塊能形成多孔骨架；
[0075](2)其具有一定的親水性，能夠牢固地吸附陶瓷漿料；
[0076](3)其具有足夠的回彈性，可以保證在擠出多余漿料后能迅速地恢復原來的形狀；
[0077](4)其在低于陶瓷燒成溫度下?lián)]發(fā)，且不污染陶瓷。
[0078]當有機泡沫選用聚苯乙烯泡沫塑料時，聚苯乙烯泡沫塑料是以聚苯乙烯樹脂為主體，加入發(fā)泡劑等添加劑制成的。優(yōu)選將塊狀的聚苯乙烯泡沫塑料燒穿孔，即用加熱的鐵絲在塊狀聚苯乙烯泡沫塑料的上下、左右、前后各個表面上穿制通孔，制備出蜂窩狀的多孔聚苯乙烯泡沫塑料基體，然后繼續(xù)進行上述步驟I及之后的各項步驟的處理。
[0079]進一步地，在步驟1.1之前，還包括將有機泡沫擠壓的步驟，可以排除空氣，以利于后續(xù)步驟1.1至1.4的處理。
[0080]進一步地，在步驟3和步驟4之間，還包括去掉多余漿料的步驟，去掉步驟3得到的掛滿陶瓷漿料的有機泡沫中多余的漿料，使用手工揉搓法或者機械輥壓法去掉多余漿料。去掉多余漿料的目的是使有機泡沫的坯體中漿料分布均勻且無死孔。
[0081]本發(fā)明還公開了一種由上述方法制備的多孔陶瓷塊，多孔陶瓷塊的孔徑PPI在20?30之間。
[0082]本發(fā)明還公開了一種金屬基復合材料，由上述多孔陶瓷塊和流入該多孔陶瓷塊的孔中和外周部的金屬液凝固而成，金屬液可以為鑄鋼、鑄鐵或有色金屬的熔體。
[0083]本發(fā)明還公開了一種制備金屬基復合材料的方法，包括如下步驟:
[0084]步驟I，將多孔狀陶瓷塊置入普通砂型的型腔內(nèi)，經(jīng)預熱至11000C-1200°C后澆注金屬液，金屬液充滿多孔陶瓷塊的孔和外周部，澆注溫度為1500°C-1600°C。
[0085]步驟2，緩慢冷卻和脫模;緩慢冷卻可以選擇爐冷，冷卻后進行脫模。
[0086]本發(fā)明實施例得到的金屬基復合材料具有比強度高、比模量高、耐磨損等優(yōu)良性能，將其應用于破碎設備，對于提高破碎設備工作效率，優(yōu)化破碎作業(yè)，從而提高相關工業(yè)部門的經(jīng)濟效益具有非常重要的現(xiàn)實意義。
[0087]實施例1:
[0088]制備多孔陶瓷塊
[0089]選用PPI為20的聚氨酯泡沫塑料作為有機泡沫，
[0090]步驟I，有機泡沫的預處理
[0091 ] 步驟1.1，將有機泡沫浸泡在水中，水的溫度為80°C，浸泡時間為兩小時，
[0092]步驟1.2，將經(jīng)過步驟1.1得到的有機泡沫用市售藍月亮洗手液進行洗滌，
[0093]步驟1.3，將經(jīng)過步驟1.2得到的有機泡沫浸泡在酸溶液中，酸溶液的濃度為10wt%，浸泡時間為6小時，
[0094]步驟1.4，將經(jīng)過步驟1.3得到的有機泡沫浸泡在堿溶液中，堿溶液的濃度為10wt%，浸泡時間為6小時；
[0095]步驟2，陶瓷漿料的制備
[0096]將陶瓷粉料、粘結(jié)劑和溶劑混合均勻，陶瓷粉料的平均粒度為ΙΟμ??，
[0097]陶瓷粉料、粘結(jié)劑和溶劑的重量比例為:將平均粒度為ΙΟμπι陶瓷粉料65g(氧化鋁50g+三氧化二鉻15g)，磷酸鋁10g，水30g按順序加入；
[0098]步驟3，將經(jīng)過步驟I得到的有機泡沫浸入經(jīng)過步驟2得到的陶瓷漿料中，浸泡時間為2小時，得到掛滿陶瓷漿料的有機泡沫，陶瓷漿料的涂覆厚度為1.5mm；
[0099]步驟4，燒結(jié)
[0100]步驟4.1，將經(jīng)過步驟3得到的掛滿陶瓷漿料的有機泡沫用馬弗爐烘干兩小時，隨后再在120°C保溫30min，
[0101]步驟4.2，將經(jīng)過步驟4.1得到的多孔陶瓷坯料進行塑料機體蒸發(fā)，從120°C開始升溫，升溫時間為1140min，使溫度升至700°C并保溫60min，升溫速度為0.5-0.6°C/min，
[0102]步驟4.3，將經(jīng)過步驟4.2得到的多孔陶瓷坯料高溫燒結(jié)，從700°C開始升溫燒結(jié)，然后繼續(xù)升溫30min至800°C后保溫60min，得到強度相對較好，無裂紋無斷裂的多孔陶瓷塊。
[0103]制備金屬基復合材料
[0104]將上述多孔陶瓷塊置入普通砂型的型腔內(nèi)，將其預熱至1100°C，然后澆注金屬液，至充滿該多孔陶瓷塊的孔和外周部，澆注所用鋼水成分:C含量0.25%、Si含量1.1%、Mn含量0.83 %，澆注溫度為1550 °C。本實驗造型使用原砂水玻璃混合造型，為了防止在澆注是樣品被鐵水浮起，將樣品固定在型腔底部。
[0105]實施例2:
[0106]制備多孔陶瓷塊
[0107]選用PPI為23的聚氨酯泡沫塑料作為有機泡沫，
[0108]步驟I，有機泡沫的預處理
[0109]步驟1.1，將有機泡沫浸泡在水中，水的溫度為90°C，浸泡時間為兩小時，
[0110]步驟1.2，將經(jīng)過步驟1.1得到的有機泡沫用市售藍月亮洗手液進行洗滌，
[0111]步驟1.3，將經(jīng)過步驟1.2得到的有機泡沫浸泡在酸溶液中，酸溶液的濃度為10%，浸泡時間為8小時，
[0112]步驟1.4，將經(jīng)過步驟1.3得到的有機泡沫浸泡在堿溶液中，堿溶液的濃度為10%，浸泡時間為8小時；
[0113]步驟2，陶瓷漿料的制備
[0114]將陶瓷粉料、粘結(jié)劑和溶劑混合均勻，陶瓷粉料的平均粒度為20μπι，
[0115]陶瓷粉料、粘結(jié)劑和溶劑的重量比例為:將平均粒度為20μπι陶瓷粉料65g(氧化鋁50g+三氧化二鉻15g)，磷酸鋁15g，水20g按順序加入；
[0116]步驟3，將經(jīng)過步驟I得到的有機泡沫浸入經(jīng)過步驟2得到的陶瓷漿料中，浸泡時間為2h，得到掛滿陶瓷漿料的有機泡沫，陶瓷漿料的涂覆厚度為3mm;
[0117]步驟4，燒結(jié)
[0118]步驟4.1，將經(jīng)過步驟3得到的掛滿陶瓷漿料的有機泡沫用馬弗爐烘干兩小時，并在 120°C 保溫 60min，
[0119]步驟4.2，將經(jīng)過步驟4.1得到的掛滿陶瓷漿料的有機泡沫其中的有機泡沫蒸發(fā)，得到多孔陶瓷坯料，從120 0C升溫至500 0C并保溫60min，升溫速度為I _1.1°C /min，
[0120]步驟4.3，將經(jīng)過步驟4.2得到的多孔陶瓷坯料高溫燒結(jié)，從500 °C升溫至1000 °C并保溫60min，升溫時間60min，，得到強度相對較好，無裂紋無斷裂的多孔陶瓷塊。
[0121]制備金屬基復合材料
[0122]將上述多孔陶瓷塊置入普通砂型的型腔內(nèi)，將其預熱至1100°C，然后澆注金屬液，至充滿該多孔陶瓷塊的孔，澆注所用鋼水成分:C含量0.20%, Si含量0.5 %、Mn含量0.80%,Ni含量0.30%，Cu含量0.3%，Mo含量0.2%，澆注溫度為1550°C。本實驗造型使用原砂水玻璃混合造型，為了防止在澆注是樣品被鐵水浮起，將樣品固定在型腔底部。
[0123]實施例3:
[0124]制備多孔陶瓷塊
[0125]選用PPI為30的聚氨酯泡沫塑料作為有機泡沫，
[0126]步驟I，有機泡沫的預處理
[0127]步驟1.1，將有機泡沫浸泡在水中，水的溫度為100°C，浸泡時間為兩小時，
[0128]步驟1.2，將經(jīng)過步驟1.1得到的有機泡沫用市售藍月亮洗手液進行洗滌，
[0129]步驟1.3，將經(jīng)過步驟1.2得到的有機泡沫浸泡在酸溶液中，酸溶液的濃度為20%，浸泡時間為10小時，
[0130]步驟1.4，將經(jīng)過步驟1.3得到的有機泡沫浸泡在堿溶液中，堿溶液的濃度為20%，浸泡時間為10小時；
[0131]步驟2，陶瓷漿料的制備
[0132]將陶瓷粉料、粘結(jié)劑和溶劑混合均勻，陶瓷粉料的平均粒度為40μπι，
[0133]陶瓷粉料、粘結(jié)劑和溶劑的重量比例為:將平均粒度為40μπι陶瓷粉料65g(氧化鋁50g+三氧化二鉻15g)，磷酸鋁7.5g，硫酸鋁7.5g，水30g按順序加入；
[0134]步驟3，將經(jīng)過步驟I得到的有機泡沫浸入經(jīng)過步驟2得到的陶瓷漿料中，浸泡時間為2h，得到掛滿陶瓷漿料的有機泡沫，陶瓷漿料的涂覆厚度為Imm;
[0135]步驟4，燒結(jié)
[0136]步驟4.1，將經(jīng)過步驟3得到的掛滿陶瓷漿料的有機泡沫用馬弗爐烘干兩小時，并在 120°C 保溫 30min，
[0137]步驟4.2，將經(jīng)過步驟4.1得到的掛滿陶瓷漿料的有機泡沫其中的有機泡沫蒸發(fā)，得到多孔陶瓷坯料，蒸發(fā)溫度從120°(:升溫到700°(:，升溫時間為11401^11，升溫速度為0.5-0.6Γ/π?η，70(Γ(:保溫 60min，
[0138]步驟4.3，將經(jīng)過步驟4.2得到的多孔陶瓷坯料高溫燒結(jié)，從700 V升溫至800 V保溫60min，升溫時間30min，得到強度相對較好，無裂紋無斷裂的多孔陶瓷塊。
[0139]制備金屬基復合材料
[0140]將上述多孔陶瓷塊置入普通砂型的型腔內(nèi)，將其預熱至1100°C，然后澆注金屬液，至充滿該多孔陶瓷塊的孔，澆注所用鋼水成分:C含量0.6 %、Si含量0.6 %、Mn含量0.9%,Mo含量0.2%，澆注溫度為1550°C。本實驗造型使用原砂水玻璃混合造型，為了防止在澆注是樣品被鐵水浮起，將樣品固定在型腔底部。
[0141]實施例4:
[0142]制備多孔陶瓷塊
[0143]選用PPI為20的聚氨酯泡沫塑料作為有機泡沫，
[0144]步驟I，有機泡沫的預處理
[0145]步驟1.1，將有機泡沫浸泡在水中，水的溫度為90°C，浸泡時間為兩小時，
[0146]步驟1.2，將經(jīng)過步驟1.1得到的有機泡沫用市售藍月亮洗手液進行洗滌，
[0147]步驟1.3，將經(jīng)過步驟1.2得到的有機泡沫浸泡在酸溶液中，酸溶液的濃度為20%，浸泡時間為8小時，
[0148]步驟1.4，將經(jīng)過步驟1.3得到的有機泡沫浸泡在堿溶液中，堿溶液的濃度為20%，浸泡時間為80小時；
[0149]步驟2，陶瓷漿料的制備
[0150]將陶瓷粉料、粘結(jié)劑和溶劑混合均勻，陶瓷粉料的平均粒度為30μπι，
[0151]陶瓷粉料、粘結(jié)劑和溶劑的重量比例為:將平均粒度為40μπι陶瓷粉料65g(氧化鋁50g+三氧化二鉻15g)，磷酸鋁10g，水30g按順序加入；
[0152]步驟3，將經(jīng)過步驟I得到的有機泡沫浸入經(jīng)過步驟2得到的陶瓷漿料中，浸泡時間為2h，得到掛滿陶瓷漿料的有機泡沫，陶瓷漿料的涂覆厚度為2mm;
[0153]步驟4，燒結(jié)
[0154]步驟4.1，將經(jīng)過步驟3得到的掛滿陶瓷漿料的有機泡沫用馬弗爐烘干兩小時，并在 120°C 保溫 60min，
[0155]步驟4.2，將經(jīng)過步驟4.1得到的掛滿陶瓷漿料的有機泡沫其中的有機泡沫蒸發(fā)，得到多孔陶瓷坯料，從120 0C升溫至500 °C并保溫60min，升溫時間為360min，升溫速度為1_
1.l°C/min,
[0156]步驟4.3，將經(jīng)過步驟4.2得到的多孔陶瓷坯料高溫燒結(jié)，從500 V升溫至1000 V并保溫60min，升溫時間120min，得到強度相對較好，無裂紋無斷裂的多孔陶瓷塊。
[0157]制備金屬基復合材料
[0158]將上述多孔陶瓷塊置入普通砂型的型腔內(nèi)，將其預熱至1100°C，然后澆注金屬液，至充滿該多孔陶瓷塊的孔，澆注所用鋼水成分:C含量0.25%, Si含量1.1 %、Mn含量0.83%,澆注溫度為1550°C。本實驗造型使用原砂水玻璃混合造型，為了防止在澆注是樣品被鐵水浮起，將樣品固定在型腔底部。
[0159]本發(fā)明以陶瓷為增強材料，金屬為基體材料制成的金屬基陶瓷復合材料具有比強度高、比模量高、耐磨損、耐高溫等優(yōu)良性能，將其應用于破碎設備，能夠有效提高破碎設備工作效率，優(yōu)化破碎作業(yè)。
[0160]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種多孔陶瓷塊的制備方法，其特征在于，掛滿陶瓷漿料的有機泡沫經(jīng)干燥、蒸發(fā)和燒結(jié)處理后得到所述多孔陶瓷塊，其中: 所述有機泡沫為聚苯乙烯泡沫塑料或者聚氨酯泡沫塑料； 所述陶瓷漿料由陶瓷粉料、粘結(jié)劑和溶劑組成，所述陶瓷粉料為氧化鋁或/和三氧化二鉻，所述粘結(jié)劑為有機粘結(jié)劑或者無機粘結(jié)劑，所述溶劑為水或者有機溶劑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟I，所述有機泡沫的預處理 所述有機泡沫依次經(jīng)水、洗滌劑、酸和堿浸泡處理，得到預處理后的有機泡沫； 步驟2，所述陶瓷漿料的制備 將所述陶瓷粉料、所述粘結(jié)劑和所述溶劑混合均勻，得到所述陶瓷漿料，其中:所述溶劑的含量為所述陶瓷漿料總重量的10%_40%，優(yōu)選地，所述陶瓷粉料、所述粘結(jié)劑和所述溶劑的重量比例為:陶瓷粉料:粘結(jié)劑:溶劑= 13:(2-3):(4-6); 步驟3，掛漿處理:將所述預處理后的有機泡沫浸入所述陶瓷漿料中，取出后得到掛滿陶瓷漿料的有機泡沫； 步驟4，燒結(jié)處理:將所述掛滿陶瓷漿料的有機泡沫干燥，再進行蒸發(fā)以將有機泡沫蒸發(fā)掉，然后對蒸發(fā)掉有機泡沫的陶瓷坯料進行燒結(jié)處理，從而得到所述多孔陶瓷塊，其中，在燒結(jié)處理時，所述燒結(jié)是將蒸發(fā)掉有機泡沫的陶瓷坯料繼續(xù)升溫至700°C-1000°C并保溫50-60min;優(yōu)選地，在所述燒結(jié)處理時，所述升溫速度為5-10°C/min。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于， 在所述步驟I中，包括如下步驟: 步驟1.1，將所述有機泡沫浸泡在水中，水的溫度為80-100°C，浸泡時間 < 兩小時， 步驟1.2，將經(jīng)過步驟1.1得到的所述有機泡沫用洗滌劑進行洗滌， 步驟1.3，將經(jīng)過步驟1.2得到的所述有機泡沫浸泡在酸溶液中，所述酸溶液的濃度為1wt % -20wt %，浸泡時間為6-10小時， 步驟1.4，將經(jīng)過步驟1.3得到的所述有機泡沫浸泡在堿溶液中，所述堿溶液的濃度為1wt % -20wt %，浸泡時間為6-10小時； 在所述步驟2中，所述陶瓷粉料的粒度為10-40μπι; 在所述步驟3中，所述預處理后的有機泡沫浸入所述陶瓷漿料中的時間為l_3h; 在所述步驟4中，所述干燥為烘干或者自然晾干，所述烘干的溫度為100°C-13(TC，待水分烘干后，繼續(xù)保溫20-40分鐘； 所述蒸發(fā)是將干燥后的掛滿陶瓷漿料的有機泡沫升溫至650°C-750°C并保溫50-60min;優(yōu)選地，在所述蒸發(fā)過程中，所述升溫的速度為0.5-l°C/min; 所述燒結(jié)是將蒸發(fā)掉有機泡沫的陶瓷坯料繼續(xù)升溫至700 0C-800 °C并保溫50-60min。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述聚氨酯泡沫塑料的PPI在20?30之間。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，在所述步驟3中，掛到所述有機泡沫上的陶瓷漿料的厚度為l_3mm。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步驟1.1之前，還包括將所述有機泡沫擠壓的預處理步驟。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步驟3和步驟4之間，還包括去掉多余漿料的步驟，即去掉所述步驟3得到的所述掛滿陶瓷漿料的有機泡沫中多余的漿料;優(yōu)選地，使用手工揉搓法或者機械輥壓法去掉所述多余的漿料。8.采用權(quán)利要求1-7任一所述方法制備的多孔陶瓷塊，所述多孔陶瓷塊的PPI在20?30之間。9.一種金屬基復合材料，其特征在于，由權(quán)利要求8所述的多孔陶瓷塊和流入所述多孔陶瓷塊的孔中和外周部的金屬液凝固后形成的金屬基體構(gòu)成。10.制備權(quán)利要求9所述的金屬基復合材料的方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟I，將所述多孔狀陶瓷塊置入普通砂型的型腔內(nèi)，經(jīng)預熱后澆注金屬液，所述金屬液充滿所述多孔陶瓷塊的孔中和外周部，澆注溫度為1500°C-1600°C; 步驟2，冷卻和脫模。
【文檔編號】C04B35/10GK106083186SQ201610447394
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】米國發(fā), 許磊, 霍曉陽, 王有超, 邵春娟, 劉晨, 歷長云, 王狂飛
【申請人】河南理工大學