一种耐磨耐高温的复合陶瓷材料的制作方法
【专利摘要】一种耐磨耐高温的复合陶瓷材料，其特征在于所述复合陶瓷材料主要由以下组分按重量比配制而成：Al2O3 85～99份、TiC 1～10份、WO3 1～5份、Y2O3添加剂1～8份、BeO 0.1～0.2份。与现有技术相比，本发明采用特殊的材质替代金属5?Cr25Ni20Si2和Co22作为耐热滑块在加热炉上应用，表现出了耐磨损、耐高温、抗氧化、能抵抗机械载负荷和滑动摩擦和抗热震性能好的优良性能，并且还能够消除“黑印”，提高轧钢成品率，降低了滑块使用成本；在Al2O3复合陶瓷添加了TiC、WO3、Y2O3、BeOY2O3，使Al2O3复合陶瓷材料的性能大幅度提高，使材料具有更好的抗热震稳定性、韧性，特别是耐压强度和高温抗折强度大幅度提升。
【专利说明】
-种耐磨耐高溫的复合陶瓷材料
技术领域
[0001] 本发明属于复合结构陶瓷制备方法及运一技术领域，特别属于一种耐磨耐高溫的 复合陶瓷材料及其制备方法运一技术领域。
【背景技术】
[0002] 由于现代社会的发展，国防、汽车、造船等工业用大型宽厚板的需求增加，社钢加 热炉是钢铁企业社钢生产及产品加工的重要设备，而加热炉滑块作为社钢加热炉的关键部 件，长期处于高溫、高磨损、氧化、腐蚀等恶劣工况，因此对加热炉滑块的材质和结构要求比 较严格。
[0003] 社钢加热炉通常使用高炉、焦炉混合煤气做为燃料，加热炉内设有若干个水冷管 横梁，采用无缝钢管制作，梁上面镶嵌有间隔布置的金属耐热滑块。通常使用的金属耐热 滑块材料为5-化25Ni20Si2和Co22。加热时，因为炉内溫度为1250-1350°c，金属耐热滑块直 接与水冷管连接，环境非常恶劣，导致各种不良问题产生。具体来说，主要表现为： 一、传统的加热炉滑块一般都是金属材质，因为金属耐热滑块的导热系数高，一般为40 ~60W/m.K，高溫钢巧与金属耐热滑块接触部分溫度比其它部分低而形成"黑印"，运种水印 导致钢巧溫度不均匀，局部硬度高，进社制机进行社制时，容易产生尺寸偏差和内部缺陷， 使废品率升高。
[0004] 二、传统的加热炉滑块在1300°C的高溫使用溫度下，金属材料在长期工作后，抗蠕 变强度降低，同时抗氧化和抗侵蚀性能也会降低，使用寿命大大下降。
[0005] Ξ、传统的加热炉滑块，使用使用Ni和Co的合金，一般为进口材料，成本比较高。
[0006] 虽然现有技术已经对传统加热炉滑块进行了改进，如在上下合金滑块之间涂覆耐 高溫绝热涂料，但是此方案"黑印"改善不明显、并且继承了传统加热炉滑块所有缺陷。也有 采用金属复合陶瓷(公开号:CN101063187A)、乃至赛龙复合陶瓷(公开号:CN1951872A)作为 加热炉滑块的，但由于陶瓷原料选择的不合理W及工艺落后，依然存在普通复合陶瓷耐压 强度、热态抗弯强度不高，在长期工作后抗氧化和抗侵蚀性能降低，使用寿命短等问题;此 夕h合金复合陶瓷滑块还存在导热系数高等诸多问题。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决传统的加热炉滑块成本高、导热系数高、抗蠕变强度低，抗氧化和 抗侵蚀性能低等技术问题。本发明所要解决的另一个技术问题是普通复合陶瓷耐压强度、 热态抗弯强度不高，长期工作后抗氧化和抗侵蚀性能降低。
[000引本发明解决技术问题的技术方案是:一种耐磨耐高溫的复合陶瓷材料，其特征在 于所述复合陶瓷材料主要由W下组分按重量比配制而成:A1203 85~99份、TiC 1~10份、 W03 1~5份、Y203添加剂1~8份、BeO 0.1~0.2份。
[0009]作为优选，所述复合陶瓷主要由W下陶瓷粉料按重量比烧结而成:A1203 93~97 份、TiC6~10份、W03 1~2份、亚纳米级Y203添加剂4~7份、BeO 0.1~0.2份、ZrB20.1~ 0.2 份、TiNO.l ~0.2 份。
[0010] 作为优选，所述复合陶瓷材料的生产工艺为:A.精确称量各组分，将各组分依次装 入球磨机，加入陶瓷粉料总重量0.9~1.2倍重量的液态湿混剂，球磨直至粉料直径为2~ 4皿后，将料浆进行真空干燥去除液态湿混剂，得到粉料，将粉料破碎、过筛，保存备用； B.将制好的粉料装入滑块上层的模具中，采用等静压加压成型，其压力为150~ 180MPa，对成型后的陶瓷件进行粗加工，加工后的半成品放入高溫炉中进行烧结，使用中性 的充氮气保护进行烧结，从室溫逐渐升溫1580°C保溫烧成，然后随炉冷却，即得成品。
[0011] 作为优选，所述液态湿混剂为无水乙醇、无水甲醇中的一种。
[0012] 作为优选，所述充氮气保护进行烧结的过程为：从室溫升到1400°C，升溫速度50 °C/分钟，在1400°C保溫2~2.5小时;然后从1400°(：升到1550~1600°(：:升溫速度25°(：/分 钟，在1550~1600°(：保溫2.5-3小时。
[0013] 本发明复合陶瓷材料由Al2〇3等特殊的材料制成，具有强度高、耐热性和硬度、抗氧 化和抗侵蚀性能等优良性质。本发明添加了亚纳米级Υ2〇3,粒度20-200nm，在烧制过程中，亚 纳米级Υ2〇3进入Al2〇3晶格中，有Al2〇庙低溫下被充分烧结，使得制品显气孔率下降明显，从 而提高了常溫、高溫强度，同时对热震性能有所改善。
[0014] 与现有技术相比，本发明采用特殊的陶瓷材质替代金属5-Cr25Ni20Si2和Co22作 为耐热滑块在加热炉上应用，表现出了耐磨损、耐高溫、抗氧化、能抵抗机械载负荷和滑动 摩擦和抗热震性能好等优良性能，并且还能够消除"黑印"，提高社钢成品率，降低了滑块使 用成本。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合【具体实施方式】，对发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0016] 实施例一:该耐磨耐高溫的复合陶瓷材料的制备方法包括W下步骤： A. 将A1203 95份、TiC6份、W03 1份、￥203稀±复合添加剂4份、BeO 0.1份、Z巧20.1 份、TiNO. 2份、Z巧20.1份、TiNO.l份、液态湿混剂(可W采用无水乙醇、无水甲醇)95.5份依 次装入球磨机，球磨72h，直至粉料直径为2~4um后，将料浆进行真空干燥去除无水乙醇，得 到粉料，将粉料破碎、过筛，保存备用； B. 将制好的粉料装入滑块上层的模具中，采用等静压加压成型，其压力为150MPa，对成 型后的陶瓷件进行粗加工，加工后的半成品放入高溫炉中进行烧结，从室溫升到140(TC，升 溫速度50°C/分钟，在1400°C保溫2~2.5小时；然后从1400°C升到1580°C :升溫速度25°C/ 分钟，在1580°C保溫2.5-3小时，使用中性的氮气气氛进行保护，然后随炉冷却； C. 将烧结好的复合陶瓷组件进行后期处理，即得耐磨耐高溫的复合陶瓷材料。在Al2〇3 复合陶瓷添加了 TiC、W03、Y203、Be0、ZrB、TiN，尤其是Y203、Z巧、TiN组合，使Al203复合陶瓷材 料的性能大幅度提高，使材料具有更好的抗热震稳定性、初性，特别是耐压强度和高溫抗折 强度大幅度提升。
[0017] 实施例二:该步进式加热炉的滑块的制备方法包括W下步骤： A.将 A1203 97 份、TiC8 份、W03 1.5 份、￥203稀± 复合添加剂 7 份、BeO 0.15 份、 ZrB20.1份、TiNO. 2份、Z巧20.2份、TiNO. 1份、液态湿混剂(可W采用无水乙醇、无水甲醇） 135份依次装入球磨机，球磨72h，直至粉料直径为2~4皿后，将料浆进行真空干燥去除无水 乙醇，得到粉料，将粉料破碎、过筛，保存备用； B. 将制好的粉料装入滑块上层的模具中，采用等静压加压成型，其压力为ISOMPa，对成 型后的陶瓷件进行粗加工，加工后的半成品放入高溫炉中进行烧结，从室溫升到140(TC，升 溫速度50°C/分钟，在1400°C保溫2~2.5小时；然后从1400°(：升到1600°(：:升溫速度25°(：/ 分钟，在1600°C保溫2.5-3小时，使用中性的氮气气氛进行保护，然后随炉冷却； C. 将烧结好的复合陶瓷组件进行后期处理，即得耐磨耐高溫的复合陶瓷材料。在Al2〇3 复合陶瓷添加了 TiC、W03、Y203、Be0、ZrB、TiN，尤其是Y203、Z巧、TiN组合，使Al203复合陶瓷材 料的性能大幅度提高，使材料具有更好的抗热震稳定性、初性，特别是耐压强度和高溫抗折 强度大幅度提升。
[0018] 实施例Ξ:该用于步进式加热炉的滑块的制备方法包括W下步骤： A. 将A1203 86份、TiC3份、W03 4份、￥203稀±复合添加剂2份、BeO 0.2份、液态湿 混剂（可W采用无水乙醇、无水甲醇）96份依次装入球磨机，球磨72h，直至粉料直径为2~ 4um后，将料浆进行真空干燥去除无水乙醇，得到粉料，将粉料破碎、过筛，保存备用； B. 将制好的粉料装入滑块上层的模具中，采用等静压加压成型，其压力为leOMPa，对成 型后的陶瓷件进行粗加工，加工后的半成品放入高溫炉中进行烧结，从室溫升到140(TC，升 溫速度50°C/分钟，在1400°C保溫2~2.5小时；然后从1400°(：升到1600°(：:升溫速度25°(：/ 分钟，在1550°C保溫2.5-3小时，使用中性的氮气气氛进行保护，然后随炉冷却； C. 将烧结好的复合陶瓷组件进行后期处理，然后制品进行Ξ维定位测量，并对制品进 行精加工，精加工的复合陶瓷组件经过耐热合金螺栓和金属底座装配后即得成品。在Al2〇3 复合陶瓷添加了 TiC、W〇3、Y2化、BeO、Z巧、TiN，使AI2O3复合陶瓷材料的性能得到一定幅度提 高，使材料具有较好的抗热震稳定性、初性，耐压强度和高溫抗折强度得W提升。
[0019] 实施例四：该用于步进式加热炉的滑块的制备方法包括W下步骤： A. 将A1203 90份、TiCl.5份、W03 5份、￥203稀±复合添加剂8份、BeO 0.2份、液态湿 混剂(可W采用无水乙醇、无水甲醇）113份依次装入球磨机，球磨72h，直至粉料直径为2~ 4um后，将料浆进行真空干燥去除无水乙醇，得到粉料，将粉料破碎、过筛，保存备用； B. 将制好的粉料装入滑块上层的模具中，采用等静压加压成型，其压力为170MPa，对成 型后的陶瓷件进行粗加工，加工后的半成品放入高溫炉中进行烧结，从室溫升到140(TC，升 溫速度50°C/分钟，在1400°C保溫2~2.5小时；然后从1400°(：升到1600°(：:升溫速度25°(：/ 分钟，在1590°C保溫2.5-3小时，使用中性的氮气气氛进行保护，然后随炉冷却； C. 将烧结好的复合陶瓷组件进行后期处理，然后制品进行Ξ维定位测量，并对制品进 行精加工，精加工的复合陶瓷组件经过耐热合金螺栓和金属底座装配后即得成品。在Al2〇3 复合陶瓷添加了 TiC、W〇3、Y2化、BeO、Z巧、TiN，使AI2O3复合陶瓷材料的性能得到一定幅度提 高，使材料具有较好的抗热震稳定性、初性，耐压强度和高溫抗折强度得W提升。
[0020] 用实施例一和实施例二分别制成的2块滑块使用1年后，检验结果如下： 1、 陶瓷耐热滑块上表面没有观察到磨损情况，陶瓷耐热滑块没有发现裂纹和剥落的情 况； 2、 陶瓷耐热滑块在炉内经受住了频繁的溫度波动(900°C-130(rC); 3、 巧在炉内连续步进，陶瓷耐热滑块经受住了连续高频次的机械负荷压力，钢巧重达2 ~3吨； 4、由于陶瓷材料的导热系数远远低于合金材料的导热系数，加热炉内钢巧与A1203复 合陶瓷耐热滑块接触的部分不会产生"黑印"。
[0021 ]用实施例Ξ和实施例四分别制成的2块滑块使用半年后，检验结果如下： 1、 陶瓷耐热滑块上表面没有观察到磨损情况，陶瓷耐热滑块没有发现裂纹和剥落的情 况； 2、 陶瓷耐热滑块在炉内经受住了频繁的溫度波动(900°C-130(rC); 3、 巧在炉内连续步进，陶瓷耐热滑块经受住了连续高频次的机械负荷压力，钢巧重达2 ~3吨； 4、 由于陶瓷材料的导热系数远远低于合金材料的导热系数，加热炉内钢巧与A1203复 合陶瓷耐热滑块接触的部分不会产生"黑印"。
[0022]本发明的实施例一、二与购得常规陶瓷加热炉滑块作对比，其结果如下：
【主权项】
1. 一种耐磨耐高温的复合陶瓷材料，其特征在于所述复合陶瓷材料主要由以下组分按 重量比配制而成:A1203 85~99份、TiC 1~10份、W03 1~5份、Y203添加剂1~8份、BeO 0.1 ~0.2份。2. 根据权利要求1所述的一种耐磨耐高温的复合陶瓷材料，其特征在于所述复合陶瓷 主要由以下陶瓷粉料按重量比烧结而成:A1203 93~97份、TiC6~10份、W03 1~2份、亚纳 米级Y203添加剂4~7份、BeO 0.1~0.2份、ZrB20.1~0.2份、TiMhl~0.2份。3. 根据权利要求1所述的一种耐磨耐高温的复合陶瓷材料，其特征在于所述复合陶瓷 材料的生产工艺为:A.精确称量各组分，将各组分依次装入球磨机，加入陶瓷粉料总重量 0.9~1.2倍重量的液态湿混剂，球磨直至粉料直径为2~4um后，将料浆进行真空干燥去除 液态湿混剂，得到粉料，将粉料破碎、过筛，保存备用； B.将制好的粉料装入滑块上层的模具中，采用等静压加压成型，其压力为150~ 180MPa，对成型后的陶瓷件进行粗加工，加工后的半成品放入高温炉中进行烧结，使用中性 的充氮气保护进行烧结，从室温逐渐升温1580Γ保温烧成，然后随炉冷却，即得成品。4. 根据权利要求3所述的一种耐磨耐高温的复合陶瓷材料，其特征在于所述液态湿混 剂为无水乙醇、无水甲醇中的一种。5. 根据权利要求3所述的一种耐磨耐高温的复合陶瓷材料，其特征在于所述的充氮气 保护进行烧结的过程为:从室温升到1400°(：，升温速度50°(：/分钟，在1400°(：保温2~2.5小 时；然后从1400°(：升到1550~1600°(： :升温速度25°(：/分钟，在1550~1600°(：保温2.5-3小 时。
【文档编号】C04B35/103GK105906353SQ201610248769
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月20日
【发明人】吴道君, 周守洪, 李军营, 杨晓波, 皮镜
【申请人】湖北神雾热能技术有限公司