本發明涉及材料領域，特別涉及到一種液壓鋼管內襯用氮基復合陶瓷材料及其制備方法。
背景技術：
：陶瓷鋼管與傳統的鋼管、耐磨合金鑄鋼管、鑄石管以及鋼塑、鋼橡管等有著本質性區別。陶瓷鋼管外層是鋼管，內層是剛玉。剛玉層維氏硬度高達100—1500（洛氏硬度為90-98），相當于鎢鈷硬金。耐磨性比碳鋼管高20倍以上，它比通常粘接而成的剛玉砂輪性能優越得多。現在剛玉砂輪仍是各種磨床削淬火鋼主要砂輪。陶瓷鋼管中剛玉層可把剛玉砂輪磨損掉。陶瓷鋼管抗磨損主要是靠內層幾毫米厚的剛玉層,其莫氏硬度為9,僅次于金剛石和碳化硅，在所有氧化物中，它的硬度是最高的。同時，陶瓷復合管重量輕，價格適宜。比同內徑的鑄石管重量輕50%；比耐磨合金管重量輕20-30%，且耐磨、耐蝕性好，因為使用壽命長，從而支吊架費用、搬運費、安裝費以及運行費用降低。經有關設計院和施工單位工程預算和工程實際比較，該管工程造價與鑄石相當，與耐磨合金管相比，工程造價下降20%左右。由于該管重量輕，且焊接性能好，因此可采用焊接、法蘭、快速聯結等方式，施工安裝方便，且可減少安裝費用。所以本發明致力于研究液壓鋼管內襯用的復合陶瓷材料，使其在強度、耐磨性、致密性、沖擊性、熱震性等性能上有較大幅度的提高，來滿足市場和行業的需求。技術實現要素：為解決上述技術問題，本發明提供一種液壓鋼管內襯用氮基復合陶瓷材料及其制備方法，通過采用特定原料進行組合，配合相應的生產工藝，得到的液壓鋼管內襯用氮基復合陶瓷材料，其性能穩定、致密性高、耐沖擊、熱震性能好，能夠滿足行業的要求，具有較好的應用前景。本發明的目的可以通過以下技術方案實現：液壓鋼管內襯用氮基復合陶瓷材料，由下列重量份的原料制成：陶瓷粉35-45份、鎳粉2-7份、鋰輝石5-9份、紅柱石粉5-10份、丙烯酸乳液2-6份、納米硼纖維3-6份、二乙胺基丙胺2-4份、三甲氧基硅烷3-7份、殼聚糖4-9份、甜菜堿1-3份、正硅酸乙酯2-6份、聚乙烯醇1-4份、氮化鋁1-4份、氮化硅5-8份、硼化鈦2-6份、氯化鎳2-8份、過硫酸銨2-9份、抗氧化劑1-4份、穩定劑2-5份、偶聯劑1-2份。優選地，所述抗氧化劑為2，2'-甲撐雙(4-甲基—6-叔丁基苯酚)、4-羥基十二烷酸酰替苯胺、4，4'-二叔辛基二苯胺、4-羥基十八烷酸酰替苯胺中的一種或幾種。優選地，所述穩定劑為2-乙基乙酸鉛、蓖麻酸鈣、硬脂酸鋅、丹桂酸鋇中的任意一種。優選地，所述偶聯劑選自三異硬酯酸鈦酸異丙酯、異丙基三（二辛基焦磷酰基)鈦酸酯、二(二辛基焦磷酰基)合氧乙酸酯鈦、異丙基三(正乙氨基—乙氨基)鈦酸酯中的任意一種或幾種。所述的液壓鋼管內襯用氮基復合陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟：（1）按照重量份稱取各原料；（2）將陶瓷粉、鎳粉、鋰輝石、紅柱石粉加入雷蒙磨粉機中進行研磨，磨粉機功率為22KW，混合物粒度為200-300目;（3）將納米硼纖維、二乙胺基丙胺、三甲氧基硅烷、殼聚糖、氮化鋁、氮化硅、硼化鈦、氯化鎳、過硫酸銨、抗氧化劑、步驟（2）的粉末混合物一起加入高溫試驗電爐燒結，將得到的高溫燒結物水淬，冷卻得到陶瓷塊，高溫燒結溫度為560-620℃，高溫燒結時間為15-20分鐘；（4）將步驟（3）的陶瓷塊、丙烯酸乳液、甜菜堿一起加入球磨機，料球比例為1：7，球磨時間為5小時；（5）將步驟（4）的球磨粉碎物過篩分選，收集過篩混合物；（6）將步驟（5）的過篩混合物、正硅酸乙酯、聚乙烯醇、穩定劑、偶聯劑注入高壓勻質機中攪拌均勻，轉速1000-1500轉/分鐘，壓強為0.5-1MPa，混合攪拌35分鐘；（7）將步驟（6）的攪拌混合物注入模具中壓制成型，所得胚體在4-10℃氮氣保溫箱中固定、脫膠30分鐘；（8）將步驟（7）的胚體放入真空高溫煅燒爐中進行燒結成型，煅燒溫度為820-860℃，真空壓強為0.2-0.5Pa，真空燒結時間為60-90分鐘；（9）將步驟（8）的煅燒模型緩慢降至室溫后，去模、脫蠟、放于60℃氮氣保溫箱中養護2-4小時，即得成品。優選地，所述水淬的條件為：入水溫度為10-15℃，水淬時間為45秒。優選地，所述篩孔徑為200目。本發明與現有技術相比，其有益效果為：（1）本發明的液壓鋼管內襯用氮基復合陶瓷材料，以陶瓷粉、鎳粉、鋰輝石、紅柱石粉、納米硼纖維、二乙胺基丙胺、三甲氧基硅烷、殼聚糖、氮化鋁、氮化硅、硼化鈦、氯化鎳、過硫酸銨為主要成分，通過加入丙烯酸乳液、甜菜堿、正硅酸乙酯、聚乙烯醇、抗氧化劑、穩定劑、偶聯劑，輔以機械粉碎、高溫燒結、水淬處理、球磨分選、加壓勻質、鑄模固定、真空煅燒、去模脫蠟、養護成型等工藝，使得制備而成的液壓鋼管內襯用氮基復合陶瓷材料，其性能穩定、致密性高、耐沖擊、熱震性能好，能夠滿足行業的要求，具有較好的應用前景。（2）本發明的液壓鋼管內襯用氮基復合陶瓷材料原料廉價、工藝簡單，適于大規模工業化運用，實用性強。具體實施方式下面結合具體實施例對發明的技術方案進行詳細說明。實施例1（1）按照重量份稱取陶瓷粉35份、鎳粉2份、鋰輝石5份、紅柱石粉5份、丙烯酸乳液2份、納米硼纖維3份、二乙胺基丙胺2份、三甲氧基硅烷3份、殼聚糖4份、甜菜堿1份、正硅酸乙酯2份、聚乙烯醇1份、氮化鋁1份、氮化硅5份、硼化鈦2份、氯化鎳2份、過硫酸銨2份、2，2'-甲撐雙(4-甲基—6-叔丁基苯酚)1份、2-乙基乙酸鉛2份、三異硬酯酸鈦酸異丙酯1份；（2）將陶瓷粉、鎳粉、鋰輝石、紅柱石粉加入雷蒙磨粉機中進行研磨，磨粉機功率為22KW，混合物粒度為200目;（3）將納米硼纖維、二乙胺基丙胺、三甲氧基硅烷、殼聚糖、氮化鋁、氮化硅、硼化鈦、氯化鎳、過硫酸銨、2，2'-甲撐雙(4-甲基—6-叔丁基苯酚)、步驟（2）的粉末混合物一起加入高溫試驗電爐燒結，將得到的高溫燒結物水淬，冷卻得到陶瓷塊，高溫燒結溫度為560℃，高溫燒結時間為15分鐘，水淬的入水溫度為10℃，水淬時間為45秒；（4）將步驟（3）的陶瓷塊、丙烯酸乳液、甜菜堿一起加入球磨機，料球比例為1：7，球磨時間為5小時；（5）將步驟（4）的球磨粉碎物過篩分選，收集過篩混合物，篩孔徑為200目；（6）將步驟（5）的過篩混合物、正硅酸乙酯、聚乙烯醇、2-乙基乙酸鉛、三異硬酯酸鈦酸異丙酯注入高壓勻質機中攪拌均勻，轉速1000轉/分鐘，壓強為0.5MPa，混合攪拌35分鐘；（7）將步驟（6）的攪拌混合物注入模具中壓制成型，所得胚體在4℃氮氣保溫箱中固定、脫膠30分鐘；（8）將步驟（7）的胚體放入真空高溫煅燒爐中進行燒結成型，煅燒溫度為820℃，真空壓強為0.2Pa，真空燒結時間為60分鐘；（9）將步驟（8）的煅燒模型緩慢降至室溫后，去模、脫蠟、放于60℃氮氣保溫箱中養護2小時，即得成品。制得的液壓鋼管內襯用氮基復合陶瓷材料的性能測試結果如表1所示。實施例2（1）按照重量份稱取陶瓷粉37份、鎳粉3份、鋰輝石6份、紅柱石粉7份、丙烯酸乳液3份、納米硼纖維4份、二乙胺基丙胺3份、三甲氧基硅烷4份、殼聚糖6份、甜菜堿2份、正硅酸乙酯3份、聚乙烯醇2份、氮化鋁2份、氮化硅6份、硼化鈦3份、氯化鎳5份、過硫酸銨4份、4-羥基十二烷酸酰替苯胺2份、蓖麻酸鈣3份、異丙基三（二辛基焦磷酰基)鈦酸酯1份；（2）將陶瓷粉、鎳粉、鋰輝石、紅柱石粉加入雷蒙磨粉機中進行研磨，磨粉機功率為22KW，混合物粒度為250目;（3）將納米硼纖維、二乙胺基丙胺、三甲氧基硅烷、殼聚糖、氮化鋁、氮化硅、硼化鈦、氯化鎳、過硫酸銨、4-羥基十二烷酸酰替苯胺、步驟（2）的粉末混合物一起加入高溫試驗電爐燒結，將得到的高溫燒結物水淬，冷卻得到陶瓷塊，高溫燒結溫度為580℃，高溫燒結時間為17分鐘，水淬的入水溫度為12℃，水淬時間為45秒；（4）將步驟（3）的陶瓷塊、丙烯酸乳液、甜菜堿一起加入球磨機，料球比例為1：7，球磨時間為5小時；（5）將步驟（4）的球磨粉碎物過篩分選，收集過篩混合物，篩孔徑為200目；（6）將步驟（5）的過篩混合物、正硅酸乙酯、聚乙烯醇、蓖麻酸鈣、異丙基三（二辛基焦磷酰基)鈦酸酯注入高壓勻質機中攪拌均勻，轉速1200轉/分鐘，壓強為0.7MPa，混合攪拌35分鐘；（7）將步驟（6）的攪拌混合物注入模具中壓制成型，所得胚體在6℃氮氣保溫箱中固定、脫膠30分鐘；（8）將步驟（7）的胚體放入真空高溫煅燒爐中進行燒結成型，煅燒溫度為830℃，真空壓強為0.3Pa，真空燒結時間為70分鐘；（9）將步驟（8）的煅燒模型緩慢降至室溫后，去模、脫蠟、放于60℃氮氣保溫箱中養護3小時，即得成品。制得的液壓鋼管內襯用氮基復合陶瓷材料的性能測試結果如表1所示。實施例3（1）按照重量份稱取陶瓷粉42份、鎳粉5份、鋰輝石8份、紅柱石粉9份、丙烯酸乳液5份、納米硼纖維5份、二乙胺基丙胺3份、三甲氧基硅烷6份、殼聚糖8份、甜菜堿2份、正硅酸乙酯4份、聚乙烯醇3份、氮化鋁3份、氮化硅7份、硼化鈦5份、氯化鎳7份、過硫酸銨7份、4，4'-二叔辛基二苯胺3份、硬脂酸鋅4份、二(二辛基焦磷酰基)合氧乙酸酯鈦2份；（2）將陶瓷粉、鎳粉、鋰輝石、紅柱石粉加入雷蒙磨粉機中進行研磨，磨粉機功率為22KW，混合物粒度為250目;（3）將納米硼纖維、二乙胺基丙胺、三甲氧基硅烷、殼聚糖、氮化鋁、氮化硅、硼化鈦、氯化鎳、過硫酸銨、4，4'-二叔辛基二苯胺、步驟（2）的粉末混合物一起加入高溫試驗電爐燒結，將得到的高溫燒結物水淬，冷卻得到陶瓷塊，高溫燒結溫度為600℃，高溫燒結時間為19分鐘，水淬的入水溫度為14℃，水淬時間為45秒；（4）將步驟（3）的陶瓷塊、丙烯酸乳液、甜菜堿一起加入球磨機，料球比例為1：7，球磨時間為5小時；（5）將步驟（4）的球磨粉碎物過篩分選，收集過篩混合物，篩孔徑為200目；（6）將步驟（5）的過篩混合物、正硅酸乙酯、聚乙烯醇、硬脂酸鋅、二(二辛基焦磷酰基)合氧乙酸酯鈦注入高壓勻質機中攪拌均勻，轉速1400轉/分鐘，壓強為0.9MPa，混合攪拌35分鐘；（7）將步驟（6）的攪拌混合物注入模具中壓制成型，所得胚體在8℃氮氣保溫箱中固定、脫膠30分鐘；（8）將步驟（7）的胚體放入真空高溫煅燒爐中進行燒結成型，煅燒溫度為850℃，真空壓強為0.4Pa，真空燒結時間為80分鐘；（9）將步驟（8）的煅燒模型緩慢降至室溫后，去模、脫蠟、放于60℃氮氣保溫箱中養護3.5小時，即得成品。制得的液壓鋼管內襯用氮基復合陶瓷材料的性能測試結果如表1所示。實施例4（1）按照重量份稱取陶瓷粉45份、鎳粉7份、鋰輝石9份、紅柱石粉10份、丙烯酸乳液6份、納米硼纖維6份、二乙胺基丙胺4份、三甲氧基硅烷7份、殼聚糖9份、甜菜堿3份、正硅酸乙酯6份、聚乙烯醇4份、氮化鋁4份、氮化硅8份、硼化鈦6份、氯化鎳8份、過硫酸銨9份、4-羥基十八烷酸酰替苯胺4份、丹桂酸鋇5份、異丙基三(正乙氨基—乙氨基)鈦酸酯2份；（2）將陶瓷粉、鎳粉、鋰輝石、紅柱石粉加入雷蒙磨粉機中進行研磨，磨粉機功率為22KW，混合物粒度為300目;（3）將納米硼纖維、二乙胺基丙胺、三甲氧基硅烷、殼聚糖、氮化鋁、氮化硅、硼化鈦、氯化鎳、過硫酸銨、4-羥基十八烷酸酰替苯胺、步驟（2）的粉末混合物一起加入高溫試驗電爐燒結，將得到的高溫燒結物水淬，冷卻得到陶瓷塊，高溫燒結溫度為620℃，高溫燒結時間為20分鐘，水淬的入水溫度為15℃，水淬時間為45秒；（4）將步驟（3）的陶瓷塊、丙烯酸乳液、甜菜堿一起加入球磨機，料球比例為1：7，球磨時間為5小時；（5）將步驟（4）的球磨粉碎物過篩分選，收集過篩混合物，篩孔徑為200目；（6）將步驟（5）的過篩混合物、正硅酸乙酯、聚乙烯醇、丹桂酸鋇、異丙基三(正乙氨基—乙氨基)鈦酸酯注入高壓勻質機中攪拌均勻，轉速1500轉/分鐘，壓強為1MPa，混合攪拌35分鐘；（7）將步驟（6）的攪拌混合物注入模具中壓制成型，所得胚體在10℃氮氣保溫箱中固定、脫膠30分鐘；（8）將步驟（7）的胚體放入真空高溫煅燒爐中進行燒結成型，煅燒溫度為860℃，真空壓強為0.5Pa，真空燒結時間為90分鐘；（9）將步驟（8）的煅燒模型緩慢降至室溫后，去模、脫蠟、放于60℃氮氣保溫箱中養護4小時，即得成品。制得的液壓鋼管內襯用氮基復合陶瓷材料的性能測試結果如表1所示。對比例1（1）按照重量份稱取陶瓷粉35份、鎳粉2份、鋰輝石5份、紅柱石粉5份、丙烯酸乳液2份、納米硼纖維3份、二乙胺基丙胺2份、殼聚糖4份、甜菜堿1份、正硅酸乙酯2份、聚乙烯醇1份、氮化鋁1份、氮化硅5份、硼化鈦2份、過硫酸銨2份、2，2'-甲撐雙(4-甲基—6-叔丁基苯酚)1份、2-乙基乙酸鉛2份、三異硬酯酸鈦酸異丙酯1份；（2）將陶瓷粉、鎳粉、鋰輝石、紅柱石粉加入雷蒙磨粉機中進行研磨，磨粉機功率為22KW，混合物粒度為200目;（3）將納米硼纖維、二乙胺基丙胺、殼聚糖、氮化鋁、氮化硅、硼化鈦、過硫酸銨、2，2'-甲撐雙(4-甲基—6-叔丁基苯酚)、步驟（2）的粉末混合物一起加入高溫試驗電爐燒結，將得到的高溫燒結物水淬，冷卻得到陶瓷塊，高溫燒結溫度為560℃，高溫燒結時間為15分鐘，水淬的入水溫度為10℃，水淬時間為45秒；（4）將步驟（3）的陶瓷塊、丙烯酸乳液、甜菜堿一起加入球磨機，料球比例為1：7，球磨時間為5小時；（5）將步驟（4）的球磨粉碎物過篩分選，收集過篩混合物，篩孔徑為200目；（6）將步驟（5）的過篩混合物、正硅酸乙酯、聚乙烯醇、2-乙基乙酸鉛、三異硬酯酸鈦酸異丙酯注入高壓勻質機中攪拌均勻，轉速1000轉/分鐘，壓強為0.5MPa，混合攪拌35分鐘；（7）將步驟（6）的攪拌混合物注入模具中壓制成型，所得胚體在4℃氮氣保溫箱中固定、脫膠30分鐘；（8）將步驟（7）的胚體放入真空高溫煅燒爐中進行燒結成型，煅燒溫度為820℃，真空壓強為0.2Pa，真空燒結時間為60分鐘；（9）將步驟（8）的煅燒模型緩慢降至室溫后，去模、脫蠟、放于60℃氮氣保溫箱中養護2小時，即得成品。制得的液壓鋼管內襯用氮基復合陶瓷材料的性能測試結果如表1所示。對比例2（1）按照重量份稱取陶瓷粉45份、鎳粉7份、鋰輝石9份、紅柱石粉10份、丙烯酸乳液6份、三甲氧基硅烷7份、殼聚糖9份、正硅酸乙酯6份、聚乙烯醇4份、氮化鋁4份、氮化硅8份、硼化鈦6份、氯化鎳8份、過硫酸銨9份、4-羥基十八烷酸酰替苯胺4份、丹桂酸鋇5份、異丙基三(正乙氨基—乙氨基)鈦酸酯2份；（2）將陶瓷粉、鎳粉、鋰輝石、紅柱石粉加入雷蒙磨粉機中進行研磨，磨粉機功率為22KW，混合物粒度為300目;（3）將三甲氧基硅烷、殼聚糖、氮化鋁、氮化硅、硼化鈦、氯化鎳、過硫酸銨、4-羥基十八烷酸酰替苯胺、步驟（2）的粉末混合物一起加入高溫試驗電爐燒結，將得到的高溫燒結物水淬，冷卻得到陶瓷塊，高溫燒結溫度為620℃，高溫燒結時間為20分鐘，水淬的入水溫度為15℃，水淬時間為45秒；（4）將步驟（3）的陶瓷塊、丙烯酸乳液一起加入球磨機，料球比例為1：7，球磨時間為5小時；（5）將步驟（4）的球磨粉碎物過篩分選，收集過篩混合物，篩孔徑為200目；（6）將步驟（5）的過篩混合物、正硅酸乙酯、聚乙烯醇、丹桂酸鋇、異丙基三(正乙氨基—乙氨基)鈦酸酯注入高壓勻質機中攪拌均勻，轉速1500轉/分鐘，壓強為1MPa，混合攪拌35分鐘；（7）將步驟（6）的攪拌混合物注入模具中壓制成型，所得胚體在10℃氮氣保溫箱中固定、脫膠30分鐘；（8）將步驟（7）的胚體放入真空高溫煅燒爐中進行燒結成型，煅燒溫度為860℃，真空壓強為0.5Pa，真空燒結時間為90分鐘；（9）將步驟（8）的煅燒模型緩慢降至室溫后，去模、脫蠟、放于60℃氮氣保溫箱中養護4小時，即得成品。制得的液壓鋼管內襯用氮基復合陶瓷材料的性能測試結果如表1所示。將實施例1-4和對比例1-2的制得的液壓鋼管內襯用氮基復合陶瓷材料進行沖擊韌性、彈性模量、硬度、抗壓強度這幾項性能測試。表1沖擊韌性（KJ.M2）彈性模量Gpa硬度，HV抗壓強度（MPa）實施例13.83852459665實施例24.23902505659實施例34.13802496657實施例43.93852487662對比例11.21851650328對比例21.42051903416本發明的液壓鋼管內襯用氮基復合陶瓷材料，以陶瓷粉、鎳粉、鋰輝石、紅柱石粉、納米硼纖維、二乙胺基丙胺、三甲氧基硅烷、殼聚糖、氮化鋁、氮化硅、硼化鈦、氯化鎳、過硫酸銨為主要成分，通過加入丙烯酸乳液、甜菜堿、正硅酸乙酯、聚乙烯醇、抗氧化劑、穩定劑、偶聯劑，輔以機械粉碎、高溫燒結、水淬處理、球磨分選、加壓勻質、鑄模固定、真空煅燒、去模脫蠟、養護成型等工藝，使得制備而成的液壓鋼管內襯用氮基復合陶瓷材料，其性能穩定、致密性高、耐沖擊、熱震性能好，能夠滿足行業的要求，具有較好的應用前景。本發明的液壓鋼管內襯用氮基復合陶瓷材料原料廉價、工藝簡單，適于大規模工業化運用，實用性強。以上所述僅為本發明的實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的
技術領域：
，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。當前第1頁1 2 3