一种蜂窝型耐磨复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种蜂窝型耐磨复合材料及其制备方法。其成分及制备方法为先将氧化锆陶瓷粉、碳化硅陶瓷粉、碳化硼陶瓷粉、乙烯基三甲氧基硅烷、γ?巯丙基三乙氧基硅烷和异丙醇混合搅拌，静置后过滤，放入烘箱中干燥，将干燥好的陶瓷粉和高碳铬铁、硅酸铝胶、硼酸钠、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙二醇、碳酸氢铵、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱混合搅拌成浆糊状，然后倒入蜂窝型模具中，压实，放入烘箱中烘制2?3小时，取出脱模后继续放入烘箱中烘制3?4小时得陶瓷预制体，最后将高铬铸铁加热成为液体，对陶瓷预制体进行浇注浸渗即得。本发明的蜂窝型耐磨复合材料具有较高的密度，材料间结合紧密，致密度高，无裂痕；同时具有卓越的耐磨性能。
【专利说明】
一种蜂窝型耐磨复合材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及材料领域，具体涉及一种蜂窝型耐磨复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 我国不仅是个地理上的大国，同时也是个人口大国，对各方面的应用和需求都巨 大，同时，资源浪费也相对更为巨大。在各大资源浪费中，材料的磨损就是一种一大浪费，因 为它是机械零件失效的主要原因之一。而在机械零部件的磨损中，电力、冶金、机械等行业 由于对大型耐磨设备的需求而使得磨损消耗更为严重。近年来，随着科技的进步和现代化 发展进程的加快，使得机械设备的速度不断加快，从而使得磨损更快也更多。因此，研究开 发耐磨材料成为了减少资源浪费，延长设备寿命的必要之路。耐磨材料主要分为金属耐磨 材料、非金属耐磨材料和高分子耐磨材料，金属耐磨材料是耐磨材料中的重要组成部分，应 用最为广泛，但是金属材料硬度较低，使用范围有局限性，因此需选择硬度较高的陶瓷材料 来解决这些问题。陶瓷耐磨材料一般具有稳定性高、硬度大和抗腐烛等优点，但也有一定的 局限性，比如韧性不足，因此，复合耐磨材料应运而生，其可综合个材料的优点，获得高强 度、高硬度、良好塑性和高耐磨材料，是未来发展的趋势。
[0003]
【发明内容】
[0004] 要解决的技术问题:本发明的目的是提供一种蜂窝型耐磨复合材料，具有较高的 密度，材料间结合紧密，致密度高，无裂痕;同时具有卓越的耐磨性能。
[0005] 技术方案:一种蜂窝型耐磨复合材料，由以下成分以重量份制备而成:氧化锆陶瓷 粉20-30份、碳化硅陶瓷粉20-35份、碳化硼陶瓷粉20-30份、高碳铬铁6-9份、硅酸铝胶1-2 份、硼酸钠0.5-1份、聚丙烯酰胺1-3份、聚乙烯醇2-5份、聚乙二醇3-5份、碳酸氢铵1-2份、十 二烷基乙氧基磺基甜菜碱0.2-0.5份、乙烯基三甲氧基硅烷2-4份、γ -巯丙基三乙氧基硅烷 1-3份、高铬铸铁10-20份、异丙醇80-100份。
[0006] 进一步优选的，所述的一种蜂窝型耐磨复合材料，由以下成分以重量份制备而成： 氧化锆陶瓷粉23-28份、碳化硅陶瓷粉25-30份、碳化硼陶瓷粉22-27份、高碳铬铁7-8份、硅 酸铝胶1.2-1.8份、硼酸钠0.6-0.9份、聚丙烯酰胺1.5-2.5份、聚乙烯醇3-4份、聚乙二醇 3.5-4.5份、碳酸氢铵1.2-1.7份、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱0.3-0.4份、乙烯基三甲氧基 硅烷2.5-3.5份、γ -巯丙基三乙氧基硅烷1.5-2.5份、高铬铸铁13-18份、异丙醇85-95份。
[0007] 上述蜂窝型耐磨复合材料的制备方法包括以下步骤： 步骤1:将氧化锆陶瓷粉、碳化硅陶瓷粉、碳化硼陶瓷粉、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-巯丙 基三乙氧基硅烷和异丙醇混合，用磁力搅拌机在转速40-70r/min下搅拌10-30分钟，静置1-3小时； 步骤2:过滤，放入烘箱中在温度80-100 °C下干燥； 步骤3:将干燥好的陶瓷粉和除高铬铸铁外的剩余组分混合，用高速搅拌机在转速 1000-2000r/min下混合搅拌5-10分钟成浆糊状； 步骤4:倒入蜂窝型模具中，压实； 步骤5:放入烘箱中，在温度60-80 °C下烘制2-3小时，取出脱模； 步骤6:继续放入烘箱中，在温度110-140°C下烘制3-4小时得陶瓷预制体； 步骤7:将高铬铸铁进行加热到1500-1600°C成为液体，对陶瓷预制体进行浇注浸渗即 得。
[0008] 进一步优选的，步骤1中转速为50-60r/min，搅拌时间为15-25分钟，静置时间为 1.5-2.5 小时。
[0009] 进一步优选的，步骤2中温度为85-95°C。
[0010]进一步优选的，步骤3中搅拌速度为1500r/min，搅拌时间为6-9分钟。
[0011]进一步优选的，步骤5中温度为65-75°C，烘制时间为2.5小时。
[0012]进一步优选的，步骤6中温度为120-130°C，烘制时间为3.5小时。
[0013]进一步优选的，步骤7中温度为1550°C。
[0014] 有益效果:本发明的蜂窝型耐磨复合材料的密度较高，最高可达7.9g/cm3,材料间 结合紧密，致密度高，无裂痕；同时具有卓越的耐磨性能，在磨损机上进行40分钟磨损试验 后其重量磨损最低仅为728mg。
[0015]
【具体实施方式】
[0016] 实施例1 一种蜂窝型耐磨复合材料，由以下成分以重量份制备而成:氧化锆陶瓷粉20份、碳化硅 陶瓷粉20份、碳化硼陶瓷粉20份、高碳铬铁6份、硅酸铝胶1份、硼酸钠0.5份、聚丙烯酰胺1 份、聚乙烯醇2份、聚乙二醇3份、碳酸氢铵1份、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱0.2份、乙烯基三 甲氧基硅烷2份、γ-巯丙基三乙氧基硅烷1份、高铬铸铁10份、异丙醇80份。
[0017] 上述蜂窝型耐磨复合材料的制备方法为:先将氧化锆陶瓷粉、碳化硅陶瓷粉、碳化 硼陶瓷粉、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷和异丙醇混合，用磁力搅拌机在 转速40r/min下搅拌10分钟，静置1小时后过滤，放入烘箱中在温度80 °C下干燥，将干燥好的 陶瓷粉和除高铬铸铁外的剩余组分混合，用高速搅拌机在转速l〇〇〇r/min下混合搅拌5分钟 成浆糊状，倒入蜂窝型模具中，压实，然后放入烘箱中，在温度60°C下烘制2小时，取出脱模 后继续放入烘箱中，在温度ll〇°C下烘制3小时得陶瓷预制体，最后将高铬铸铁进行加热到 1500°C成为液体，对陶瓷预制体进行浇注浸渗即得。
[0018] 实施例2 一种蜂窝型耐磨复合材料，由以下成分以重量份制备而成:氧化锆陶瓷粉23份、碳化硅 陶瓷粉25份、碳化硼陶瓷粉22份、高碳铬铁7份、硅酸铝胶1.2份、硼酸钠0.6份、聚丙烯酰胺 1.5份、聚乙烯醇3份、聚乙二醇3.5份、碳酸氢铵1.2份、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱0.3份、 乙烯基三甲氧基硅烷2.5份、γ-巯丙基三乙氧基硅烷1.5份、高铬铸铁13份、异丙醇85份。
[0019] 上述蜂窝型耐磨复合材料的制备方法为:先将氧化锆陶瓷粉、碳化硅陶瓷粉、碳化 硼陶瓷粉、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷和异丙醇混合，用磁力搅拌机在 转速50r/min下搅拌15分钟，静置1.5小时后过滤，放入烘箱中在温度85 °C下干燥，将干燥好 的陶瓷粉和除高铬铸铁外的剩余组分混合，用高速搅拌机在转速1500r/min下混合搅拌6分 钟成浆糊状，倒入蜂窝型模具中，压实，然后放入烘箱中，在温度65°C下烘制2.5小时，取出 脱模后继续放入烘箱中，在温度120°C下烘制3.5小时得陶瓷预制体，最后将高铬铸铁进行 加热到1550Γ成为液体，对陶瓷预制体进行浇注浸渗即得。
[0020] 实施例3 一种蜂窝型耐磨复合材料，由以下成分以重量份制备而成:氧化锆陶瓷粉25份、碳化硅 陶瓷粉28份、碳化硼陶瓷粉25份、高碳铬铁7.5份、硅酸铝胶1.5份、硼酸钠0.75份、聚丙烯酰 胺2份、聚乙烯醇3.5份、聚乙二醇4份、碳酸氢铵1.5份、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱0.35份、 乙烯基三甲氧基硅烷3份、γ -巯丙基三乙氧基硅烷2份、高铬铸铁15份、异丙醇90份。
[0021] 上述蜂窝型耐磨复合材料的制备方法为:先将氧化锆陶瓷粉、碳化硅陶瓷粉、碳化 硼陶瓷粉、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷和异丙醇混合，用磁力搅拌机在 转速55r/min下搅拌20分钟，静置2小时后过滤，放入烘箱中在温度90 °C下干燥，将干燥好的 陶瓷粉和除高铬铸铁外的剩余组分混合，用高速搅拌机在转速1500r/min下混合搅拌7.5分 钟成浆糊状，倒入蜂窝型模具中，压实，然后放入烘箱中，在温度70°C下烘制2.5小时，取出 脱模后继续放入烘箱中，在温度125°C下烘制3.5小时得陶瓷预制体，最后将高铬铸铁进行 加热到1550Γ成为液体，对陶瓷预制体进行浇注浸渗即得。
[0022] 实施例4 一种蜂窝型耐磨复合材料，由以下成分以重量份制备而成:氧化锆陶瓷粉28份、碳化硅 陶瓷粉30份、碳化硼陶瓷粉27份、高碳铬铁8份、硅酸铝胶1.8份、硼酸钠0.9份、聚丙烯酰胺 2.5份、聚乙烯醇4份、聚乙二醇4.5份、碳酸氢铵1.7份、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱0.4份、 乙烯基三甲氧基硅烷3.5份、γ-巯丙基三乙氧基硅烷2.5份、高铬铸铁18份、异丙醇95份。
[0023] 上述蜂窝型耐磨复合材料的制备方法为:先将氧化锆陶瓷粉、碳化硅陶瓷粉、碳化 硼陶瓷粉、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷和异丙醇混合，用磁力搅拌机在 转速60r/min下搅拌25分钟，静置2.5小时后过滤，放入烘箱中在温度95 °C下干燥，将干燥好 的陶瓷粉和除高铬铸铁外的剩余组分混合，用高速搅拌机在转速1500r/min下混合搅拌9分 钟成浆糊状，倒入蜂窝型模具中，压实，然后放入烘箱中，在温度75°C下烘制2.5小时，取出 脱模后继续放入烘箱中，在温度130°C下烘制3.5小时得陶瓷预制体，最后将高铬铸铁进行 加热到1550Γ成为液体，对陶瓷预制体进行浇注浸渗即得。
[0024] 实施例5 一种蜂窝型耐磨复合材料，由以下成分以重量份制备而成:氧化锆陶瓷粉30份、碳化硅 陶瓷粉35份、碳化硼陶瓷粉30份、高碳铬铁9份、硅酸铝胶2份、硼酸钠1份、聚丙烯酰胺3份、 聚乙烯醇5份、聚乙二醇5份、碳酸氢铵2份、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱0.5份、乙烯基三甲 氧基硅烷4份、γ-巯丙基三乙氧基硅烷3份、高铬铸铁20份、异丙醇100份。
[0025] 上述蜂窝型耐磨复合材料的制备方法为:先将氧化锆陶瓷粉、碳化硅陶瓷粉、碳化 硼陶瓷粉、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷和异丙醇混合，用磁力搅拌机在 转速70r/min下搅拌30分钟，静置3小时后过滤，放入烘箱中在温度100°C下干燥，将干燥好 的陶瓷粉和除高铬铸铁外的剩余组分混合，用高速搅拌机在转速2000r/min下混合搅拌10 分钟成浆糊状，倒入蜂窝型模具中，压实，然后放入烘箱中，在温度80°C下烘制3小时，取出 脱模后继续放入烘箱中，在温度140°C下烘制4小时得陶瓷预制体，最后将高铬铸铁进行加 热到1600°C成为液体，对陶瓷预制体进行浇注浸渗即得。
[0026] 对比例1 本实施例与实施例5的区别在于不含有氧化锆陶瓷粉，以碳化硅陶瓷粉代替。具体地说 是： 一种蜂窝型耐磨复合材料，由以下成分以重量份制备而成:碳化硅陶瓷粉65份、碳化硼 陶瓷粉30份、高碳铬铁9份、硅酸铝胶2份、硼酸钠1份、聚丙烯酰胺3份、聚乙烯醇5份、聚乙二 醇5份、碳酸氢铵2份、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱0.5份、乙烯基三甲氧基硅烷4份、γ-巯丙 基三乙氧基硅烷3份、高铬铸铁20份、异丙醇100份。
[0027]上述蜂窝型耐磨复合材料的制备方法为:先将碳化硅陶瓷粉、碳化硼陶瓷粉、乙烯 基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷和异丙醇混合，用磁力搅拌机在转速70r/min下 搅拌30分钟，静置3小时后过滤，放入烘箱中在温度100 °C下干燥，将干燥好的陶瓷粉和除高 铬铸铁外的剩余组分混合，用高速搅拌机在转速2000r/min下混合搅拌10分钟成浆糊状，倒 入蜂窝型模具中，压实，然后放入烘箱中，在温度80°C下烘制3小时，取出脱模后继续放入烘 箱中，在温度140°C下烘制4小时得陶瓷预制体，最后将高铬铸铁进行加热到1600°C成为液 体，对陶瓷预制体进行浇注浸渗即得。
[0028] 对比例2 本实施例与实施例5的区别在于不含有硅酸铝胶和硼酸钠。具体地说是： 一种蜂窝型耐磨复合材料，由以下成分以重量份制备而成:氧化锆陶瓷粉30份、碳化硅 陶瓷粉35份、碳化硼陶瓷粉30份、高碳铬铁9份、聚丙烯酰胺3份、聚乙烯醇5份、聚乙二醇5 份、碳酸氢铵2份、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱0.5份、乙烯基三甲氧基硅烷4份、γ-巯丙基 三乙氧基硅烷3份、高铬铸铁20份、异丙醇100份。
[0029] 上述蜂窝型耐磨复合材料的制备方法为:先将氧化锆陶瓷粉、碳化硅陶瓷粉、碳化 硼陶瓷粉、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷和异丙醇混合，用磁力搅拌机在 转速70r/min下搅拌30分钟，静置3小时后过滤，放入烘箱中在温度100°C下干燥，将干燥好 的陶瓷粉和除高铬铸铁外的剩余组分混合，用高速搅拌机在转速2000r/min下混合搅拌10 分钟成浆糊状，倒入蜂窝型模具中，压实，然后放入烘箱中，在温度80°C下烘制3小时，取出 脱模后继续放入烘箱中，在温度140°C下烘制4小时得陶瓷预制体，最后将高铬铸铁进行加 热到1600°C成为液体，对陶瓷预制体进行浇注浸渗即得。
[0030] 下表为本发明的性能指标，我们可以看到，本发明的密度较高，最高可达7.9g/ cm3,材料间结合紧密，致密度高，无裂痕；同时具有卓越的耐磨性能，在磨损机上进行40分 钟磨损试验后其重量磨损最低仅为728mg。
[0031] 表1蜂窝型耐磨复合材料的性能指标
注:试样尺寸为:40mmx30mmx30mm，磨损试验中磨料为100-250μηι石英砂，主轴转速50r/ min，单轴实验力为3Kg，预磨时间为40分钟。
【主权项】
1. 一种蜂窝型耐磨复合材料，其特征在于：由以下成分以重量份制备而成:氧化锆陶 瓷粉20-30份、碳化硅陶瓷粉20-35份、碳化硼陶瓷粉20-30份、高碳铬铁6-9份、硅酸铝胶1-2 份、硼酸钠0.5-1份、聚丙烯酰胺1-3份、聚乙烯醇2-5份、聚乙二醇3-5份、碳酸氢铵1-2份、十 二烷基乙氧基磺基甜菜碱0.2-0.5份、乙烯基三甲氧基硅烷2-4份、γ -巯丙基三乙氧基硅烷 1-3份、高铬铸铁10-20份、异丙醇80-100份。2. 根据权利要求1所述的一种蜂窝型耐磨复合材料，其特征在于：由以下成分以重量 份制备而成:氧化锆陶瓷粉23-28份、碳化硅陶瓷粉25-30份、碳化硼陶瓷粉22-27份、高碳铬 铁7-8份、硅酸铝胶1.2-1.8份、硼酸钠0.6-0.9份、聚丙烯酰胺1.5-2.5份、聚乙烯醇3-4份、 聚乙二醇3.5-4.5份、碳酸氢铵1.2-1.7份、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱0.3-0.4份、乙烯基 三甲氧基硅烷2.5-3.5份、γ -巯丙基三乙氧基硅烷1.5-2.5份、高铬铸铁13-18份、异丙醇 85-95份。3. 权利要求1至2任一项所述的一种蜂窝型耐磨复合材料的制备方法，其特征在于:包 括以下步骤： 步骤1:将氧化锆陶瓷粉、碳化硅陶瓷粉、碳化硼陶瓷粉、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-巯丙 基三乙氧基硅烷和异丙醇混合，用磁力搅拌机在转速40-70r/min下搅拌10-30分钟，静置1-3小时； 步骤2:过滤，放入烘箱中在温度80-100 °C下干燥； 步骤3:将干燥好的陶瓷粉和除高铬铸铁外的剩余组分混合，用高速搅拌机在转速 1000-2000r/min下混合搅拌5-10分钟成浆糊状； 步骤4:倒入蜂窝型模具中，压实； 步骤5:放入烘箱中，在温度60-80 °C下烘制2-3小时，取出脱模； 步骤6:继续放入烘箱中，在温度110-140°C下烘制3-4小时得陶瓷预制体； 步骤7:将高铬铸铁进行加热到1500-1600°C成为液体，对陶瓷预制体进行浇注浸渗即 得。4. 根据权利要求3所述的一种蜂窝型耐磨复合材料的制备方法，其特征在于:所述步骤 1中转速为50_60r/min，搅拌时间为15-25分钟，静置时间为1.5-2.5小时。5. 根据权利要求3所述的一种蜂窝型耐磨复合材料的制备方法，其特征在于:所述步骤 2中温度为85-95 °C。6. 根据权利要求3所述的一种蜂窝型耐磨复合材料的制备方法，其特征在于:所述步骤 3中搅拌速度为1500r/min，搅拌时间为6-9分钟。7. 根据权利要求3所述的一种蜂窝型耐磨复合材料的制备方法，其特征在于:所述步骤 5中温度为65-75°C，烘制时间为2.5小时。8. 根据权利要求3所述的一种蜂窝型耐磨复合材料的制备方法，其特征在于:所述步骤 6中温度为120-130°C，烘制时间为3.5小时。9. 根据权利要求3所述的一种蜂窝型耐磨复合材料的制备方法，其特征在于:所述步骤 7中温度为1550 °C。
【文档编号】C04B35/565GK105948786SQ201610295257
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月6日
【发明人】陈昌
【申请人】陈昌