本发明涉及一种旋风除尘器设备的陶瓷内衬材料，尤其涉及一种改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷内衬材料及其制备方法。
背景技术：
陶瓷内衬材料的应用广泛，如太阳能收集器的高温唇部材料，燃烧反应器的内壁材料，液压钢管的材料，高炉渣的内壁材料等等。不同的应用对陶瓷内衬材料的要求各不相同，旋风除尘器设备的陶瓷内衬材料对耐磨性能的要求较高。
由于旋风除尘器内的气流速度很高，而且气流中夹带着大量的粉尘微粒，因此对不锈钢筒体的磨损也非常明显。 在正常使用条件下，一般4～6个月便造成筒体的穿烂，特别是在锥体部位的磨损就更加明显。当筒体出现穿烂时，主要是通过烧焊进行修补，但由于磨损部位的材料厚薄不均，而在外部又无法观察磨损情况，修补工作只能够在已经穿烂的位置执行，因此，修补不久后其他地方又很快出现穿烂，这时只能停产更换筒体。
陶瓷是由金属和非金属元素或单质组成的具有共价键、离子键或混合键结合特性的晶态或非晶态无机非金属材料，陶瓷内衬管把先进陶瓷衬在旋风除尘器内壁。目前市场上主要的陶瓷内衬材料为氧化铝、氧化铁、和碳化硅。新型改性陶瓷内衬材料还有待进一步开发。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明公开了一种改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷内衬材料及其制备方法。
为了达到以上目的，本发明提供如下技术方案：
一种改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷内衬材料，由以下重量份的原料制得：氧化锆35-45份、氧化锡55-65份、二氧化钛40-60份、石墨烯4-8份、硅烷偶联剂1-3份、分散剂3-7份、氧化铜2-6份、氧化镁1-5份。
优选地，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-2,3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、二氯甲基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种。
优选地，所述分散剂为SP-712水性分散剂或SP-710分散剂。
一种改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷内衬材料的制备方法，其特征在于，由以下步骤制得：
S1:按化学计量比称取氧化锆、氧化锡和二氧化钛，将其放入尼龙罐中，以蒸馏水为介质进行球磨；
S2：将S1所得物倒入圆皿，放入烘箱在100℃下烘干；
S3：将S2所得物研磨过筛后溶于无水乙醇，磁力搅拌2h，加入硅烷偶联剂搅拌30min，加入分散剂、石墨烯氧化铜和氧化镁，再磁力搅拌3h后烘干，研磨过筛；
S4：将S3所得物造粒，热压成型得到改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷内衬材料。
优选地，所述S1中球磨的料水比为1:2.5，研磨球为ZrO2，大球：中球：小球=1:3:4，转速为400r/min，球磨时间为4~8h。
优选地，所述S3中过300目筛。
优选地，所述S4中得到的改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷表面包覆一层ZrTiO4或TN-62耐磨材料。
一种改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷内衬材料的制备方法，由以下步骤制得：
S1：向NaOH和KOH溶液中加入氧化锆、氧化锡和二氧化钛，将反应釜放入微波水热反应器中，在温度为220℃~280℃、压力为150Pa~280Pa，处理0.5h~6h；
S2:烘干S1所得物，研磨过200筛后，加入石墨烯、硅烷偶联剂、分散剂、氧化铜和氧化镁
，溶剂NaOH和KOH的浓度为5-11mol/L，将反应釜放入微波水热反应器中，反应温度为150-180℃，保温时间为5-12小时；
S3：将S2所得物倒入圆皿，放入烘箱在100℃下烘干；
S4：将S3所得物加入PVA造粒，在马弗炉中高温烧结得到改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷内衬材料。
优选地，所述S4中烧结制度为：以3℃/min升高到850℃，保温4h，再以2℃/min升高到1250℃，保温6h，以4℃/min降温到1100℃，随炉冷却。
优选地，所述S4中得到的改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷表面包覆一层ZrTiO4或TN-62耐磨材料。
本发明的有益效果：CuO-MgO改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷内衬材料具有耐磨、耐腐蚀、防结蜡的特点，并且使用寿命长，具有良好的耐高低温等性能，制备工艺过程环保，对环境无污染，生产效率高，纯度好。CuO和MgO作为烧结助剂，能够降低(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷的烧结温度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述：
实施例1
改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷内衬材料通过下列步骤制备：
S1:按化学计量比称取35份氧化锆、55份氧化锡和40份二氧化钛，将其放入尼龙罐中，以蒸馏水为介质进行球磨，其中球磨的料水比为1:2.5，研磨球为ZrO2，大球：中球：小球=1:3:4，转速为400r/min，球磨时间为4h；
S2：将S1所得物倒入直径200mm的圆皿，放入烘箱在100℃下烘干；
S3：将S2所得物研磨过筛后溶于无水乙醇，磁力搅拌2h，加入1份γ-氨丙基三乙氧基硅烷搅拌30min，加入3份SP-712水性分散剂、4份石墨烯、2份氧化铜和1份氧化镁，再磁力搅拌3h后烘干，研磨过300目筛；
S4：向S3所得物加入7%PVA造粒，热压成型得到CuO-MgO改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷内衬材料，热压烧结制度为以2℃/min升高到1250℃，保压4h，随炉冷却，压力为20MPa/cm2的压力。
本实施例中的γ-氨丙基三乙氧基硅烷也可以替换为乙烯基三甲氧基硅烷、γ-2,3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、二氯甲基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
本实施例的发明材料经过测试，硬度为1578HV，孔隙率为0.4%，断裂拉伸强度为6.7 MPa/m2。
实施例2
改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷内衬材料通过下列步骤制备：
S1:按化学计量比称取45份氧化锆、65份氧化锡和60份二氧化钛，将其放入尼龙罐中，以蒸馏水为介质进行球磨，其中球磨的料水比为1:2.5，研磨球为ZrO2，大球：中球：小球=1:3:4，转速为400r/min，球磨时间为8h；
S2：将S1所得物倒入直径200mm的圆皿，放入烘箱在100℃下烘干；
S3：将S2所得物研磨过筛后溶于无水乙醇，磁力搅拌2h，加入3份γ-2,3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷，搅拌30min，加入7份SP-710分散剂、8份石墨烯、6份氧化铜和5份氧化镁，再磁力搅拌3h后烘干，研磨过300目筛；
S4：向S3所得物加入7%PVA造粒，热压成型得到CuO-MgO改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷内衬材料，热压烧结制度为以2℃/min升高到1250℃，保压4h，随炉冷却，压力为30MPa/cm2的压力。
本实施例中的γ-2,3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷也可以替换为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、二氯甲基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
本实施例的发明材料经过测试，硬度为1567HV，孔隙率为0.3%，断裂拉伸强度为6.5 MPa/m2。
实施例3
改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷内衬材料通过下列步骤制备：
S1:按化学计量比称取40份氧化锆、60份氧化锡和50份二氧化钛，将其放入尼龙罐中，以蒸馏水为介质进行球磨，其中球磨的料水比为1:2.5，研磨球为ZrO2，大球：中球：小球=1:3:4，转速为400r/min，球磨时间为4~8h；
S2：将S1所得物倒入直径200mm的圆皿，放入烘箱在100℃下烘干；
S3：将S2所得物研磨过筛后溶于无水乙醇，磁力搅拌2h，加入2份硅烷偶联剂，搅拌30min，加入5份SP-712水性分散剂、6份石墨烯、4份氧化铜和3份氧化镁，再磁力搅拌3h后烘干，研磨过300目筛；
S4：向S3所得物加入7%PVA造粒，热压成型得到CuO-MgO改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷内衬材料，热压烧结制度为以2℃/min升高到1250℃，保压4h，随炉冷却，压力为25MPa/cm2的压力。
本实施例中的硅烷偶联剂可以为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-2,3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、二氯甲基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的任意一种。
本实施例的发明材料经过测试，硬度为1572HV，孔隙率为0.3%，断裂拉伸强度为6.9 MPa/m2。
实施例4
改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷内衬材料通过下列步骤制备：
S1:按化学计量比称取37份氧化锆、58份氧化锡和49份二氧化钛，将其放入尼龙罐中，以蒸馏水为介质进行球磨，其中球磨的料水比为1:2.5，研磨球为ZrO2，大球：中球：小球=1:3:4，转速为400r/min，球磨时间为4~8h；
S2：将S1所得物倒入直径200mm的圆皿，放入烘箱在100℃下烘干；γ-2,3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷，搅拌30min，加入4份SP-712水性分散剂、5份石墨烯、3份氧化铜和2份氧化镁，再磁力搅拌3h后烘干，研磨过300目筛；
S4：向S3所得物加入7%PVA造粒，热压成型得到CuO-MgO改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷内衬材料，热压烧结制度为以2℃/min升高到1250℃，保压4h，随炉冷却，压力为23MPa/cm2的压力；
S5：向S4所得陶瓷表面包覆一层ZrTiO4或TN-62耐磨材料。
本实施例中的γ-2,3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷也可以替换为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、二氯甲基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
本实施例的发明材料经过测试，硬度为1592HV，孔隙率为0.2%，断裂拉伸强度为7.8 MPa/m2。
实施例5
改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷内衬材料通过下列步骤制备：
S1：向浓度为5mol/L的NaOH和KOH溶液中加入35份氧化锆、55份氧化锡和40份二氧化钛，将反应釜放入微波水热反应器中，在温度为220℃、压力为150PaPa，处理0.5h；
S2:烘干S1所得物，研磨过200筛后，加入4份石墨烯、1份乙烯基三甲氧基硅烷、2份氧化铜和1份氧化镁，溶剂NaOH和KOH的浓度为5mol/L，将反应釜放入微波水热反应器中，反应温度为150℃，保温时间为5小时；
S3：将S2所得物倒入圆皿，放入烘箱在100℃下烘干；
S4：将S3所得物加入6%PVA造粒，在马弗炉中高温烧结得到CuO-MgO改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷内衬材料，其烧结制度为：以3℃/min升高到850℃，保温4h，再以2℃/min升高到1250℃，保温6h，以4℃/min降温到1100℃，随炉冷却。
本实施例中的乙烯基三甲氧基硅烷也可以替换为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-2,3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、二氯甲基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
本实施例的发明材料经过测试，硬度为1566HV，孔隙率为0.4%，断裂拉伸强度为6.3MPa/m2。
实施例6
改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷内衬材料通过下列步骤制备：
S1：向浓度为11mol/L的NaOH和KOH溶液中加入45份氧化锆、65份氧化锡和60份二氧化钛，将反应釜放入微波水热反应器中，在温度为280℃、压力为280Pa，处理6h；
S2:烘干S1所得物，研磨过200筛后，加入8份石墨烯、3份γ-巯丙基三乙氧基硅烷、7份SP-710分散剂、6份氧化铜和5份氧化镁，溶剂NaOH和KOH的浓度为11mol/L，将反应釜放入微波水热反应器中，反应温度为180℃，保温时间为12小时；
S3：将S2所得物倒入圆皿，放入烘箱在100℃下烘干；
S4：将S3所得物加入6%PVA造粒，在马弗炉中高温烧结得到CuO-MgO改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷内衬材料，其烧结制度为：以3℃/min升高到850℃，保温4h，再以2℃/min升高到1250℃，保温6h，以4℃/min降温到1100℃，随炉冷却。
本实施例中的γ-巯丙基三乙氧基硅烷也可以替换为乙烯基三甲氧基硅烷、γ-2,3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、二氯甲基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
本实施例的发明材料经过测试，硬度为1559HV，孔隙率为0.2%，断裂拉伸强度为6.9MPa/m2。
实施例7
改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷内衬材料通过下列步骤制备：
S1：向浓度为8mol/L的NaOH和KOH溶液中加入40份氧化锆、60份氧化锡和50份二氧化钛，将反应釜放入微波水热反应器中，在温度为250℃、压力为230Pa，处理3.5h；
S2:烘干S1所得物，研磨过200筛后，加入6份石墨烯、2份硅烷偶联剂、5份SP-710分散剂、4份氧化铜和3份氧化镁，溶剂NaOH和KOH的浓度为8mol/L，将反应釜放入微波水热反应器中，反应温度为150-180℃，保温时间为9小时；
S3：将S2所得物倒入圆皿，放入烘箱在100℃下烘干；
S4：将S3所得物加入6%PVA造粒，在马弗炉中高温烧结得到CuO-MgO改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷内衬材料，其烧结制度为：以3℃/min升高到850℃，保温4h，再以2℃/min升高到1250℃，保温6h，以4℃/min降温到1100℃，随炉冷却。
其中，上述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-2,3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、二氯甲基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的任意一种。
本实施例的发明材料经过测试，硬度为1563HV，孔隙率为0.3%，断裂拉伸强度为6.8MPa/m2。
实施例8
改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷内衬材料通过下列步骤制备：
S1：向浓度为9mol/L的NaOH和KOH溶液中加入42份氧化锆、62份氧化锡和57份二氧化钛，将反应釜放入微波水热反应器中，在温度为260℃、压力为260Pa，处理5h；
S2:烘干S1所得物，研磨过200筛后，加入7份石墨烯、3份硅N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、5份氧化铜和4份氧化镁，溶剂NaOH和KOH的浓度为10mol/L，将反应釜放入微波水热反应器中，反应温度为170℃，保温时间为10小时；
S3：将S2所得物倒入圆皿，放入烘箱在100℃下烘干；
S4：将S3所得物加入6%PVA造粒，在马弗炉中高温烧结得到CuO-MgO改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷内衬材料，其烧结制度为：以3℃/min升高到850℃，保温4h，再以2℃/min升高到1250℃，保温6h，以4℃/min降温到1100℃，随炉冷却；
S5：向S4所得改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷表面包覆一层ZrTiO4或TN-62耐磨材料。
本实施例的发明材料经过测试，硬度为1583HV，孔隙率为0.1%，断裂拉伸强度为8.4MPa/m2。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。