本发明涉及炉管技术领域，尤其涉及一种陶瓷/金属复合炉管及其制备方法与应用。
背景技术：
市面上的窑炉炉管大多为金属材质，绝大多数为310s不锈钢耐热合金。但金属炉管在烧制具有腐蚀性的物料时，腐蚀性的物料会腐蚀金属炉管管壁；轻则金属炉管内壁杂质脱落掺入物料之中，重则损坏金属炉管甚至和物料反应发生爆炸。
所以，为了满足特殊材料的烧制要求，陶瓷炉管表现出优异的性能。但是，陶瓷炉管碍于其材料特性或烧制方法，使得陶瓷炉管无法做大做长，小型陶瓷炉管只能满足实验炉研究需要，无法满足工业生产的需求。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种陶瓷/金属复合炉管及其制备方法与应用。本发明提供的陶瓷/金属复合炉管具有大尺寸，且能够用于腐蚀性物料的烧结。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种陶瓷/金属复合炉管，包括金属炉管和附着在所述金属炉管外表面的陶瓷层；所述陶瓷层包括以下质量百分含量的制备原料：
氧化硅5～25％，氧化镁5～15％，氧化铝60～85％；
所述陶瓷/金属复合炉管的内径≤1.5m，长度≤12m；
所述金属炉管的材质为不锈钢。
优选地，所述陶瓷层的厚度为0.1～0.35mm。
优选地，所述金属炉管的材质为310s不锈钢、304不锈钢或316l不锈钢。
优选地，所述金属炉管和陶瓷层之间设置氧化铝钇过渡层。
优选地，所述氧化铝钇过渡层的厚度为0.1～0.2mm。
本发明还提供了上述技术方案所述的陶瓷/金属复合炉管的制备方法，包括以下步骤：
将氧化硅、氧化镁和氧化铝混合研磨，得到混合物料；
将所述混合物料进行预烧，得到陶瓷物料；
在金属炉管的外表面喷涂所述陶瓷物料，得到所述陶瓷/金属复合炉管；
所述金属炉管的材质为不锈钢；
所述陶瓷/金属复合炉管的内径≤1.5m，长度≤12m。
优选地，所述预烧的温度为700～800℃，时间为10～16h。
优选地，所述喷涂为等离子热喷涂；所述等离子热喷涂的参数包括：电流为550～600a，电压为60～90v，喷涂距离为30～50mm。
优选地，当所述陶瓷/金属复合炉管中包括氧化铝钇过渡层时，所述陶瓷/金属复合炉管的制备方法包括以下步骤：
将氧化硅、氧化镁和氧化铝混合研磨，得到混合物料；
将所述混合物料进行预烧，得到陶瓷物料；
在金属炉管的外表面依次喷涂氧化铝钇物料和陶瓷物料，得到所述陶瓷/金属复合炉管。
本发明还提供了上述技术方案所述的陶瓷/金属复合炉管或上述技术方案所述的制备方法得到的陶瓷/金属复合炉管在烧结腐蚀性物料中的应用。
本发明提供了一种陶瓷/金属复合炉管，包括金属炉管和附着在所述金属炉管外表面的陶瓷层；所述陶瓷层包括以下质量百分含量的制备原料：氧化硅5～25％，氧化镁5～15％，氧化铝60～85％；所述陶瓷/金属复合炉管的内径≤1.5m，长度≤12m；所述金属炉管的材质为不锈钢。本发明的陶瓷/金属复合炉管依托金属炉管的大尺寸，通过在金属炉管的外表面负载一层陶瓷层，避免了炉管整体为陶瓷材料不能做大做长的弊端，还避免了腐蚀性物料对金属炉管的腐蚀，又保证了金属炉管的大尺寸。另外，本发明设计的陶瓷层的材料组成，使陶瓷层与不锈钢材质的金属炉管具有相同的膨胀系数，避免了因基体与负载层的膨胀系数不同而开裂的情况。
进一步地，本发明在金属炉管和陶瓷层之间设置氧化铝钇过渡层，进一步提高了陶瓷层和金属炉管之间的结合强度。
本发明还提供了上述技术方案所述的陶瓷/金属复合炉管的制备方法，将氧化硅、氧化镁和氧化铝混合研磨，得到混合物料；将所述混合物料进行预烧，得到陶瓷物料；在金属炉管的外表面喷涂所述陶瓷物料，得到所述陶瓷/金属复合炉管；所述金属炉管的材质为不锈钢；所述陶瓷/金属复合炉管的内径≤1.5m，长度≤12m。本发明将氧化硅、氧化镁和氧化铝混合研磨所得的混合物料经预烧，提高了陶瓷层的结构强度，进一步提高了陶瓷/金属复合炉管的强度。
本发明还提供了上述技术方案所述的陶瓷/金属复合炉管或上述技术方案所述的制备方法得到的陶瓷/金属复合炉管在烧结腐蚀性物料中的应用。在由于本发明提供的陶瓷/金属复合炉管的最外层为陶瓷层，陶瓷层的惰性使陶瓷/金属复合炉管在烧结腐蚀性物料时，不会被腐蚀，扩大了金属炉管的应用范围。
具体实施方式
本发明提供了一种陶瓷/金属复合炉管，包括金属炉管和附着在所述金属炉管外表面的陶瓷层；所述陶瓷层包括以下质量百分含量的制备原料：
氧化硅5～25％，氧化镁5～15％，氧化铝60～85％；
所述陶瓷/金属复合炉管的内径≤1.5m，长度≤12m；
所述金属炉管的材质为不锈钢。
本发明提供的陶瓷/金属复合炉管包括金属炉管，所述金属炉管的材质为不锈钢，优选为310s不锈钢、304不锈钢或316l不锈钢，更优选为310s不锈钢。在本发明中，所述陶瓷/金属复合炉管的内径≤1.5m，长度≤12m。
本发明提供的陶瓷/金属复合炉管包括位于所述金属炉管外表面的陶瓷层，所述陶瓷层的厚度优选为0.1～0.35mm，进一步优选为0.25mm。在本发明中，所述陶瓷层包括以下质量百分含量的制备原料：氧化硅5～25％，氧化镁5～15％，氧化铝60～85％。
在本发明中，所述陶瓷层的制备原料包括质量百分含量为5～25％的氧化硅，优选为10～20％，进一步优选为15％。在本发明中，所述陶瓷层的制备原料包括质量百分含量为5～15％的氧化镁，优选为10％。在本发明中，所述陶瓷层的制备原料包括质量百分含量为60～85％的氧化铝，优选为70～80％，进一步优选为75％。在本发明中，所述氧化硅、氧化镁和氧化铝的粒径独立地优选为1000～1500目。
本发明提供的陶瓷/金属复合炉管优选在所述金属炉管和陶瓷层之间设置氧化铝钇过渡层，所述氧化铝钇过渡层的厚度优选为0.1～0.2mm，进一步优选为0.15mm。本发明采用的氧化铝钇过渡层与金属炉管的膨胀系数相当，保证了陶瓷层与金属炉管结合力提升的基础上，还避免了开裂。
本发明还提供了上述方案所述的陶瓷/金属复合炉管的制备方法，包括以下步骤：
将氧化硅、氧化镁和氧化铝混合研磨，得到混合物料；
将所述混合物料进行预烧，得到陶瓷物料；
在金属炉管的外表面喷涂所述陶瓷物料，得到所述陶瓷/金属复合炉管；
所述金属炉管的材质为不锈钢；
所述陶瓷/金属复合炉管的内径≤1.5m，长度≤12m。
本发明将氧化硅、氧化镁和氧化铝混合研磨，得到混合物料。
在本发明中，所述氧化硅、氧化镁和氧化铝的质量百分含量优选按照上述技术方案进行设置，在此不再赘述。
在本发明中，所述氧化硅、氧化镁和氧化铝的粒径独立地优选为1000～1500目。本发明对所述混合的参数不做具体限定，只要能够使原料混合均匀即可；本发明对所述研磨的参数不做具体限定，只要能够使混合物料的粒径为200～325目即可。本发明中，在混合研磨的过程中，氧化硅、氧化镁和氧化铝一边进行混合，一边还会团聚。因此，导致混合研磨后所得混合物料的粒径大于氧化硅、氧化镁和氧化铝的初始粒径。
得到混合物料后，本发明将所述混合物料进行预烧，得到陶瓷物料。
在本发明中，所述预烧的温度优选为700～800℃，进一步优选为750℃；时间优选为10～16h，进一步优选为13h。在本发明中，所述预烧优选在通入氮气条件下进行。
在本发明中，所述预烧能够提高陶瓷层的结构强度，进一步提高了陶瓷/金属复合炉管的强度。
得到陶瓷物料后，本发明在金属炉管的外表面喷涂所述陶瓷物料，得到所述陶瓷/金属复合管。
在本发明中，所述金属炉管的材质和尺寸与上述技术方案一致，在此不再赘述。
在本发明中，所述金属炉管在进行喷涂前优选进行前处理，所述前处理的步骤优选包括：先进行表面钝化处理，再进行表面净化处理。本发明对所述表面钝化处理和表面净化处理的操作不做具体限定，采用本领域技术人员熟知的表面钝化处理和表面净化处理即可。
在本发明中，所述喷涂优选为等离子热喷涂；所述等离子热喷涂的参数优选包括：电流为550～600a，具体优选为600a；电压为60～90v，进一步优选为70～80v，具体优选为90v；喷涂距离为30～50mm，进一步优选为35～45mm，更优选为40mm。
在本发明中，当所述陶瓷/金属复合炉管中包括氧化铝钇过渡层时，所述陶瓷/金属复合炉管的制备方法包括以下步骤：
将氧化硅、氧化镁和氧化铝混合研磨，得到混合物料；
将所述混合物料进行预烧，得到陶瓷物料；
在金属炉管的外表面依次喷涂氧化铝钇物料和陶瓷物料，得到所述陶瓷/金属复合炉管。
在本发明中，所述“将氧化硅、氧化镁和氧化铝混合研磨，得到混合物料”、“将所述混合物料进行预烧，得到陶瓷物料”和“喷涂陶瓷物料”的方法与上述技术方案一致，在此不再赘述。
在本发明中，所述喷涂氧化铝钇物料的方法优选为等离子热喷涂；所述等离子热喷涂优选包括以下参数：电流为550～600a，具体优选为550a；电压为60～90v，进一步优选为70～80v，具体优选为60v；喷涂距离为30～50mm，进一步优选为35～45mm，具体优选为35mm。
本发明还提供了上述技术方案所述的陶瓷/金属复合炉管或上述技术方案所述的制备方法得到的陶瓷/金属复合炉管在烧结腐蚀性物料中的应用。
在本发明中，由于本发明提供的陶瓷/金属复合炉管的最外层为陶瓷层，陶瓷层的惰性使陶瓷/金属复合炉管在烧结腐蚀性物料时，不会被腐蚀，扩大了金属炉管的应用范围。
下面结合实施例对本发明提供的陶瓷/金属复合炉管及其制备方法与应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
陶瓷层包括以下质量百分含量的制备原料：
氧化硅15％，氧化镁10％，氧化铝75％；
将氧化硅、氧化镁和氧化铝混合，进行混合研磨，得到混合物料(粒径为275目)；
将所述混合物料在氮气气氛、750℃下预烧13h，得到陶瓷物料；
将材质为310s不锈钢的金属炉管(内径为300mm，壁厚为4mm，长度为800mm)进行钝化处理和表面清洁处理，在金属炉管外表面上依次等离子热喷涂氧化铝钇和陶瓷物料，进而形成过渡层和陶瓷层，氧化铝钇的等离子热参数包括：电流为550a，电压为60v，喷涂距离为35mm，陶瓷物料的等离子热参数包括：电流为600a，电压为90v，喷涂距离为40mm；得到陶瓷/金属复合炉管，其中陶瓷层的厚度为0.25mm，氧化铝钇过渡层的厚度为0.15mm。
以相对硬度较高的碳酸锂为摩擦介质，将所得陶瓷/金属复合炉管放入旋转的管中以2r/min的速度进行工作，72h后取出样品进行含量检测。
用以上步骤进行30次的循环操作，取出样品进行含量检测和厚度检测；结果为：陶瓷层的组分含量和厚度均未发生变化。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。