專利名稱：一種金屬基復合陶瓷襯板及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種耐磨陶瓷襯板，具體的說是ー種金屬基復合陶瓷襯板及其制備方法。
背景技術：
耐磨陶瓷片因地域和習慣不同所以有很多別名，比如瓷片、襯片、陶瓷馬賽克、氧化鋁襯片、高鋁襯片等，是ー種以氧化鋁為主體的材料，輔加其它稀有金屬氧化物為溶剤，經過高溫1700で燒結成的，廣泛應用于火電、鋼鐵、冶煉、機械、煤炭、礦山、化工、水泥、港口碼頭等企業的輸煤、輸料系統、制粉系統、排灰、除塵系統等一切磨損大的機械設備上?，F有技術中的耐磨陶瓷片主要以三氧化ニ鋁為陶瓷相的金屬陶瓷材料組成，其具備了陶瓷的基本性能，即硬度很高且耐高溫，因此用這種材料制得的耐磨陶瓷片在高溫條件下的硬度和耐磨性均得到了保障，但是由于其韌性較差，使用過程中容易引起開裂而失效，使得其使用壽命縮短，不僅影響生產效率，而且變相提高了生產的成本。與三氧化ニ鋁相比，ニ氧化鋯雖然硬度較低，但是具備較高的韌性。鋯剛玉是由剛玉和氧化鋯在2000°C以上的高溫條件下合成的高強度高韌性材料，其具有與三氧化ニ鋁相近的硬度，且韌性有了很大的提高，在陶瓷材料中添加鋯剛玉，能明顯的抑制陶瓷材料的脆性斷裂，同時顯著提高材料的抗熱震性能。

發明內容
本發明為解決現有耐磨陶瓷塊韌性差，在使用過程中易開裂的問題，提供了ー種金屬基復合陶瓷襯板及其制備方法，該金屬基復合陶瓷襯板是通過在陶瓷增強體中澆注金屬液體，使得金屬相浸潤到陶瓷顆粒的間隙中獎陶瓷顆粒包裹，在保持硬度和耐磨性的前提下，其韌性和抗熱震性能都得到了提高。本發明為解決上述技術問題采用的技術方案為ー種金屬基復合陶瓷襯板，由鋯剛玉、高鉻鐵粉和鉄粉經電熔后注入具有多個貫通澆注孔的金屬基陶瓷增強體形成，電熔時加入各種物料的粒度和重量百分比是
粒度2 — 5 mm的鋯剛玉 15 — 30% ;
粒度150 — 500um的高鉻鐵粉20 — 50% ;
粒度 44 — 150 ii m 的鐵粉 35 — 50 % ;
其中鋯剛玉中的 Al2O3 彡 68. 0 %, ZrO2 20. 0-27. 0 %, TiO2 彡 3. 00 %,SiO2 く I. 50% ；
高鉻鐵粉中的 Cr 彡 62-66%, Si く 2. 5%, C 彡 8. 0%, P く 0. 03%, S 彡 0. 03% ；所述的金屬基陶瓷增強體組成物料的粒度和重量百分比為
粒度2 — 5 mm的鋯剛玉70 — 95% ;
粒度150 — 500um的鉻鐵粉5 — 30% ;
有機結合劑3 — 10% ;所述的有機結合劑為環氧樹脂、聚氯こ烯或酚液體樹脂的ー種或幾種混合。該金屬基復合陶瓷襯板的制備方法為
步驟一、按重量百分比，取粒度2 — 5mm的鋯剛玉15 — 30%、粒度150 — 500um的高鉻鐵粉20 — 50%和粒度44 一 150 ii m的鐵粉35 — 50%，放入容器中，混合均勻，形成金屬基復合陶瓷混合料，其中鋯剛玉中的Al2O3彡68.0%, ZrO2 20. 0-27.0%, TiO2 ^3.00%,SiO2 く I. 50 % ;高鉻鐵粉中的 Cr 彡 62-66 %, Si ^ 2. 5 %, C ^ 8. 0 %, P ^ 0. 03 %,S 彡 0. 03% ；
步驟ニ、將步驟一制得的金屬基復合陶瓷混合料，送入熔煉爐，熔煉溫度1600 —1800°C，熔煉成鋼水，備用；
步驟三、按重量百分比，取粒度2 — 5mm的鋯剛玉70 — 95%，粒度150 — 500um的鉻鐵粉5 — 30%，放入容器中，混合均勻，制成混合料；
步驟四、在步驟三制成的混合料中，按重量百分比加入3 — 10%的環氧樹脂、聚氯こ烯或酚液體樹脂有機結合剤，混合均勻，得到含有機結合劑的混合料；
步驟五、將含有機結合劑的混合料裝入事先制好的模具中，擠壓成形，脫模，形成具有多個貫通的澆注孔的胎坯，制成金屬基陶瓷增強體坯料；
步驟六、將金屬基陶瓷增強體坯料送入干燥室，自然風干或烘干；
步驟七、將干燥后的金屬基陶瓷增強體坯料，送入燒結窯，燒結，燒結溫度1200 —1250°C，燒結時間5 — 8小時，燒結完成后，?；?，保溫2小時；出窯，制得金屬基陶瓷增強體；
步驟八、將步驟七制得的金屬基陶瓷增強體在溫度為300 — 800°C的條件下預加熱20min ；
步驟九、在事先制好的沙箱模具中依次放入步驟八預加熱后的金屬基陶瓷增強體，使其布滿沙箱模具，放置時將設有通孔的面向上；
步驟十、將步驟ニ熔煉好的鋼水，鑄入沙箱模具中，鑄滿為止，鑄滿后，自然冷卻至常溫止，脫模，制得金屬基復合陶瓷襯板毛坯，備用；
步驟十一、將制得的金屬基復合陶瓷襯板毛坯進行磨面，切邊，制得金屬基復合陶瓷襯板成品。本發明中，所述的金屬基陶瓷增強體坯料上的澆注孔分布在坯料的上下端面上，且與上下端面連接的四壁上均分布有半圓形的凹槽，凹槽的兩端與上下端面平齊，不同的增強體拼接起來后，相鄰兩個增強體邊部的凹槽形成完整的澆注孔，在澆注孔中澆注金屬液體，金屬液體可以通過澆注孔浸潤到增強體的陶瓷顆粒之間，均勻的將陶瓷顆粒包裏，使得陶瓷相和金屬相均勻分布。
氧化鋯與金屬的潤濕性比三氧化ニ鋁與金屬的潤濕性能好，陶瓷相中含有的氧化鋯成分能夠有效的提高陶瓷相與金屬相的潤濕性，從而增加界面結合強度，提高材料的整體性能。因此，鋯剛玉中氧化鋯含量的多少對鋯剛玉的穩定性、硬度、韌性和抗熱震等性能有較大的影響，本發明選用中鋯剛玉，在保證陶瓷材料性能的前提下盡可能的節約成本。本發明中，鉻鐵粉中含有的鉻元素對鋯剛玉中氧化鋯的晶體穩定性有很大的提高作用，井能進ー步改善陶瓷相與金屬相的界面結合狀況。本發明中添加得到有機結合劑的作用是將鉻鉄粉和鋯剛玉粘接起來，容易成型，且燒結時不易破裂。 本發明中，所制得的金屬基陶瓷增強體坯料上的通孔分布在坯料的同一面上，且與該面連接的四壁上均分布有半圓形的凹槽，可根據設備的形狀來澆注金屬基復合陶瓷襯板的形狀，由幾組金屬基復合陶瓷襯板組裝成陶瓷耐磨塊，覆蓋在設備表面，組合完成后，每塊金屬基復合陶瓷襯板邊部的凹槽與相鄰的金屬基復合陶瓷襯板邊部的凹槽合并為完整的通孔，通過在通孔中澆注鋼水，不僅起到增強襯板耐磨性的作用，同時也起到粘連不同金屬基復合陶瓷襯板的作用。有益效果本發明選取硬度與三氧化ニ鋁相近但韌性更好的鋯剛玉作為陶瓷基料，鋯剛玉中的氧化鋯顯著的提高了金屬相和陶瓷相的界面結合強度和整體性能，添加的鉻鐵粉可以進一歩改善陶瓷相與金屬相的界面結合狀況，最終制得的產品硬度與現有的三氧化ニ鋁陶瓷的硬度相當，但韌性和抗熱震性能有了大幅度的提高，大大提高了陶瓷襯板的使用壽命；產品上設有通孔，通過在通孔中澆注鋼水，金屬相可以浸潤到陶瓷顆粒的間隙中，不僅起到將不同襯板粘結為整體的作用，而且增強了強度、韌性、耐磨性和抗熱震性能。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明做進ー步的闡述。實施例I
ー種金屬基復合陶瓷襯板，其制備方法為
步驟一、取粒度2 — 5 mm的鋯剛玉15kg、粒度150 — 500um的高鉻鐵粉50kg和粒度44 - 150 iim的鐵粉35kg，放入容器中，混合均勻，形成金屬基復合陶瓷混合料，其中鋯剛玉中的 Al2O3S 68. 0%, ZrO2 20. 0-27. 0%，TiO2 彡 3. 00%，SiO2 彡 I. 50% ;高鉻鐵粉中的 Cr 彡 62-66%, Si ^ 2. 5%, C ^ 8. 0%, P ^ 0. 03%, S 彡 0. 03% ；
步驟ニ、將步驟一制得的金屬基復合陶瓷混合料，送入熔煉爐，熔煉溫度1600 —1800°C，熔煉成鋼水，備用；
步驟三、取粒度2 — 5 mm的鋯剛玉70kg，粒度150 — 500um的鉻鐵粉30kg，放入容器中，混合均勻，制成混合料；
步驟四、在步驟三制成的混合料中，按重量百分比加入IOkg的環氧樹脂，混合均勻，得到含有機結合劑的混合料；
步驟五、將含有機結合劑的混合料裝入事先制好的模具中，擠壓成形，脫模，形成具有多個貫通的澆注孔的胎坯，制成金屬基陶瓷增強體坯料；
步驟六、將金屬基陶瓷增強體坯料送入干燥室，自然風干或烘干；
步驟七、將干燥后的金屬基陶瓷增強體坯料，送入燒結窯，燒結，燒結溫度1200 —1250°C，燒結時間5 — 8小時，燒結完成后，?；?，保溫2小時；出窯，制得金屬基陶瓷增強體；
步驟八、將步驟七制得的金屬基陶瓷增強體在溫度為300 — 800°C的條件下預加熱20min ；
步驟九、在事先制好的沙箱模具中依次放入步驟八預加熱后的金屬基陶瓷增強體，使其布滿沙箱模具，放置時將設有通孔的面向上；
步驟十、將步驟ニ熔煉好的鋼水，鑄入沙箱模具中，鑄滿為止，鑄滿后，自然冷卻至常溫止，脫模，制得金屬基復合陶瓷襯板毛坯，備用；
步驟十一、將制得的金屬基復合陶瓷襯板毛坯進行磨面，切邊，制得金屬基復合陶瓷襯板成品。實施例2
ー種金屬基復合陶瓷襯板，其制備方法為
步驟一、取粒度2 — 5 mm的鋯剛玉30kg、粒度150 — 500um的高鉻鐵粉20kg和粒度44 - 150 iim的鐵粉50kg，放入容器中， 混合均勻，形成金屬基復合陶瓷混合料，其中鋯剛玉中的 Al2O3S 68. 0%, ZrO2 20. 0-27. 0%，TiO2 彡 3. 00%，SiO2 彡 I. 50% ;高鉻鐵粉中的 Cr 彡 62-66%, Si ^ 2. 5%, C ^ 8. 0%, P ^ 0. 03%, S 彡 0. 03% ；
步驟ニ、將步驟一制得的金屬基復合陶瓷混合料，送入熔煉爐，熔煉溫度1600 —1800°C，熔煉成鋼水，備用；
步驟三、取粒度2 — 5 mm的鋯剛玉95kg，粒度150 — 500um的鉻鐵粉5kg，放入容器中，混合均勻，制成混合料；
步驟四、在步驟三制成的混合料中，按重量百分比加入3kg的聚氯こ烯，混合均勻，得到含有機結合劑的混合料；
步驟五、將含有機結合劑的混合料裝入事先制好的模具中，擠壓成形，脫模，形成具有多個貫通的澆注孔的胎坯，制成金屬基陶瓷增強體坯料；
步驟六、將金屬基陶瓷增強體坯料送入干燥室，自然風干或烘干；
步驟七、將干燥后的金屬基陶瓷增強體坯料，送入燒結窯，燒結，燒結溫度1200 —1250°C，燒結時間5 — 8小時，燒結完成后，停火，保溫2小時；出窯，制得金屬基陶瓷增強體；
步驟八、將步驟七制得的金屬基陶瓷增強體在溫度為300 — 800°C的條件下預加熱20min ；
步驟九、在事先制好的沙箱模具中依次放入步驟八預加熱后的金屬基陶瓷增強體，使其布滿沙箱模具，放置時將設有通孔的面向上；
步驟十、將步驟ニ熔煉好的鋼水，鑄入沙箱模具中，鑄滿為止，鑄滿后，自然冷卻至常溫止，脫模，制得金屬基復合陶瓷襯板毛坯，備用；
步驟十一、將制得的金屬基復合陶瓷襯板毛坯進行磨面，切邊，制得金屬基復合陶瓷襯板成品。實施例3
ー種金屬基復合陶瓷襯板，其制備方法為
步驟一、取粒度2 — 5 mm的鋯剛玉22kg、粒度150 — 500um的高鉻鐵粉35kg和粒度44 一 150i!m的鉄粉43kg，放入容器中，混合均勻，形成金屬基復合陶瓷混合料，其中鋯剛玉中的 Al2O3S 68. 0%, ZrO2 20. 0-27. 0%，TiO2 彡 3. 00%，SiO2 彡 I. 50% ;高鉻鐵粉中的 Cr 彡 62-66%, Si ^ 2. 5%, C ^ 8. 0%, P ^ 0. 03%, S 彡 0. 03% ；
步驟ニ、將步驟一制得的金屬基復合陶瓷混合料，送入熔煉爐，熔煉溫度1600 —1800°C，熔煉成鋼水，備用；
步驟三、取粒度2 — 5 mm的鋯剛玉83kg，粒度150 — 500um的鉻鐵粉17kg，放入容器中，混合均勻，制成混合料；步驟四、在步驟三 制成的混合料中，按重量百分比加入7kg的酚液體樹脂，混合均勻，得到含有機結合劑的混合料；
步驟五、將含有機結合劑的混合料裝入事先制好的模具中，擠壓成形，脫模，形成具有多個貫通的澆注孔的胎坯，制成金屬基陶瓷增強體坯料；
步驟六、將金屬基陶瓷增強體坯料送入干燥室，自然風干或烘干；
步驟七、將干燥后的金屬基陶瓷增強體坯料，送入燒結窯，燒結，燒結溫度1200 —1250°C，燒結時間5 — 8小時，燒結完成后，?；?，保溫2小時；出窯，制得金屬基陶瓷增強體；
步驟八、將步驟七制得的金屬基陶瓷增強體在溫度為300 — 800°C的條件下預加熱20min ；
步驟九、在事先制好的沙箱模具中依次放入步驟八預加熱后的金屬基陶瓷增強體，使其布滿沙箱模具，放置時將設有通孔的面向上；
步驟十、將步驟ニ熔煉好的鋼水，鑄入沙箱模具中，鑄滿為止，鑄滿后，自然冷卻至常溫止，脫模，制得金屬基復合陶瓷襯板毛坯，備用；
步驟十一、將制得的金屬基復合陶瓷襯板毛坯進行磨面，切邊，制得金屬基復合陶瓷襯板成品。
權利要求
1.一種金屬基復合陶瓷襯板，其特征在于由鋯剛玉、高鉻鐵粉和鐵粉經電熔后注入具有多個貫通澆注孔的金屬基陶瓷增強體形成，電熔時加入各種物料的粒度和重量百分比是: 粒度2 — 5 IM的鋯剛玉 15 — 30% ; 粒度150 - 500um的高鉻鐵粉20 — 50% ; 粒度44 — 150 μ m的鐵粉35 — 50 % ; 其中鋯剛玉中的 Al2O3 彡 68. O %, ZrO2 20. 0-27. O %, TiO2 3. 00 %,SiO2 ( I. 50% ；高鉻鐵粉中的 Cr 彡 62-66%, Si ( 2. 5%, C 彡 8. 0%, P ( O. 03%, S 彡 O. 03% ； 所述的金屬基陶瓷增強體組成物料的粒度和重量百分比為 粒度2 — 5 mm的鋯剛玉70 — 95% ; 粒度150 - 500um的鉻鐵粉5 — 30% ; 有機結合劑3 — 10% ; 所述的有機結合劑為環氧樹脂、聚氯乙烯或酚液體樹脂的一種或幾種混合。
2.根據權利要求I所述的一種金屬基復合陶瓷襯板的制備方法，步驟如下 步驟一、按重量百分比，取粒度2 — 5mm的鋯剛玉15 - 30%、粒度150 — 500um的高鉻鐵粉20 - 50 %和粒度44 一 150 μ m的鐵粉35 — 50 %，放入容器中，混合均勻，形成金屬基復合陶瓷混合料，其中鋯剛玉中的Al2O3彡68.0%, ZrO2 20. 0-27.0%, TiO2 ^3.00%,SiO2 ( I. 50 % ;高鉻鐵粉中的 Cr 彡 62-66 %, Si ^ 2. 5 %, C ^ 8. O %, P ^ O. 03 %,S 彡 O. 03% ； 步驟二、將步驟一制得的金屬基復合陶瓷混合料，送入熔煉爐，熔煉溫度1600 -1800°C，熔煉成鋼水，備用； 步驟三、按重量百分比，取粒度2 — 5mm的鋯剛玉70 - 95%，粒度150 — 500um的鉻鐵粉5 — 30 %，放入容器中，混合均勻，制成混合料； 步驟四、在步驟三制成的混合料中，按重量百分比加入3 — 10%的環氧樹脂、聚氯乙烯或酚液體樹脂有機結合劑，混合均勻，得到含有機結合劑的混合料； 步驟五、將含有機結合劑的混合料裝入事先制好的模具中，擠壓成形，脫模，形成具有多個貫通的澆注孔的胎坯，制成金屬基陶瓷增強體坯料； 步驟六、將金屬基陶瓷增強體坯料送入干燥室，自然風干或烘干； 步驟七、將干燥后的金屬基陶瓷增強體坯料，送入燒結窯，燒結，燒結溫度1200 -1250°C，燒結時間5 - 8小時，燒結完成后，停火，保溫2小時；出窯，制得金屬基陶瓷增強體； 步驟八、將步驟七制得的金屬基陶瓷增強體在溫度為300 - 800°C的條件下預加熱20min ； 步驟九、在事先制好的沙箱模具中依次放入步驟八預加熱后的金屬基陶瓷增強體，使其布滿沙箱模具，放置時將設有通孔的面向上； 步驟十、將步驟二熔煉好的鋼水，鑄入沙箱模具中，鑄滿為止，鑄滿后，自然冷卻至常溫止，脫模，制得金屬基復合陶瓷襯板毛坯，備用； 步驟十一、將制得的金屬基復合陶瓷襯板毛坯進行磨面，切邊，制得金屬基復合陶瓷襯板成品。
3.根據權利要求2所述的一種金屬基復合陶瓷襯板的制備方法，其特征為所述的金屬基陶瓷增強體坯料上的澆注孔分布在坯料的上下端面上，且與上下端面連接的四壁上均分布有半圓形的凹槽，凹槽的兩端與上下端面平齊。
全文摘要
一種金屬基復合陶瓷襯板，由鋯剛玉、高鉻鐵粉和鐵粉經電熔后注入具有多個貫通澆注孔的金屬基陶瓷增強體形成，金屬基陶瓷增強體的上下端面設有貫通的澆注孔，且四個側面上設有貫通的凹槽，不同的增強體拼接起來后，相鄰兩個增強體邊部的凹槽形成完整的澆注孔，在澆注孔中澆注金屬液體，金屬液體可以通過澆注孔浸潤到增強體的陶瓷顆粒之間，均勻的將陶瓷顆粒包裹，使得陶瓷相和金屬相均勻分布，不僅增強了制成品陶瓷的韌性和耐磨性，同時，其抗熱震性能也得到了提高。
文檔編號C22C32/00GK102618772SQ20121006848
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月15日 優先權日2012年3月15日
發明者楊建森, 王書正, 賈劍光, 賈玉川 申請人:洛陽鵬飛耐火耐磨材料有限公司