[发明专利]金属/陶瓷梯度复合管的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，涉及一种复合材料的制备方法，具体涉及一种金属/陶瓷梯度复合管的制备方法。

背景技术

美国专利《一种利用金属热反应制备陶瓷内衬空心管体的方法》（申请号US-4363832，公开日1982.12.14，公开号：4363832）公开了一种制备陶瓷内衬金属管的自蔓延高温合成法（SHS），采用该方法制得的陶瓷内衬金属管应用于熔融铝液的输送。该方法虽能在金属管的内表面进行陶瓷覆层（包括带有过渡层的覆层），但在覆层的致密度、均匀性和燃烧过程的设计与控制等方面还存在许多有待解决的技术问题，特别是在过渡层层数与厚度方面受到限制。

目前，现有技术也有采用多坯料挤压成型，然后烧结固化的方法制备金属/陶瓷梯度复合管，以满足高温燃烧器等设备的特殊要求，用该方法制备出了二层、三层和四层梯度复合管。但是，采用多坯料挤压法制得的梯度复合管的挤压层数一般都限制在4层以内，而且挤压过程难以控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属/陶瓷梯度复合管的制备方法，能控制复合管直径、管壁厚度和管壁材料的梯度过渡方式，不受复合管中过渡层层数和厚度的限制，制得覆层致密均匀的复合管。

本发明所采用的技术方案是，金属/陶瓷梯度复合管的制备方法，将流延成型法和对辊辊压技术相结合，制得内壁为纯陶瓷层、梯度过渡到外壁为纯金属层的金属/陶瓷复合管素坯，将该复合管素坯烧结固化，制得内壁为纯陶瓷外壁为纯金属的金属/陶瓷梯度复合管，该方法按以下步骤进行：

步骤1：根据所需制备金属/陶瓷梯度复合管的孔径D和壁厚H，采用与该复合管孔径和复合管壁厚相对应的组成复合管管壁的各过渡层的梯度过渡比例，按照该梯度过渡比例，自100vol.%到0vol.%分别取陶瓷粉末，同时，按与该陶瓷粉末梯度过渡比例相同的梯度过渡比例，相应地自0vol.%到100vol.%分别取金属粉末，每次所取陶瓷粉末和金属粉末的总量为100%，

金属/陶瓷复合管的孔径D为 10mm≤D≤50mm，

①金属/陶瓷复合管的管壁厚H为2mm≤H≤20mm时，梯度过渡层的过渡比例Φ为5vol.%≤Φ≤10vol.%，

②金属/陶瓷复合管的管壁厚H为20mm＜H≤50mm时，梯度过渡层的过渡比例Φ为5vol.%≤Φ≤30vol.%；

金属/陶瓷复合管的孔径D为50mm＜D＜100mm， 

①金属/陶瓷复合管的管壁厚H为10mm≤H≤70mm时，梯度过渡层的过渡比例Φ为5vol.%≤Φ≤25vol.%，

②金属/陶瓷复合管的管壁厚H为70mm＜H≤100mm，梯度过渡层的过渡比例Φ为5vol.%≤Φ≤40vol.%；

金属/陶瓷复合管的孔径D为100mm≤D≤200mm，

①金属/陶瓷复合管的管壁厚H为20mm≤H≤100mm时，梯度过渡层的过渡比例Φ为5vol.%≤Φ≤30vol.%，

②金属/陶瓷复合管的管壁厚H为100mm＜H≤200mm时，梯度过渡层的过渡比例Φ为5vol.%≤Φ≤40vol.%；

步骤2：将步骤1每次所取总量为100%的陶瓷粉末和金属粉末进行行星球磨混合，分别得到组分体积百分比含量不同的金属/陶瓷混合粉；

步骤3：分别取步骤2制得的各不同组分体积百分比含量的金属/陶瓷混合粉，分别与粘合剂和溶剂混合均匀，分别制得各过渡成分的浆料，该浆料中，按体积百分比，金属/陶瓷混合粉为30%～70%、粘合剂为10%～50%、溶剂为20%～60%，各组分总量100%，将该浆料分别过筛、真空除气，分别得到组分体积百分比含量不同的流延浆料；

步骤4：根据步骤1中所需制备金属/陶瓷复合管的孔径D和壁厚H，采用与该复合管孔径D、壁厚H和梯度过渡比例相对应的组成复合管管壁各梯度过渡层的厚度S，利用流延成型方法，将步骤3制得的组分体积百分比含量不同的流延浆料分别流延成厚度为S的生坯层，将该生坯层干燥后，分别得到组分体积百分比含量不同的生坯；

当金属/陶瓷复合管的孔径D为 10mm≤D≤50mm、管壁厚H为2mm≤H≤20mm及梯度过渡层过渡比例Φ为5vol.%≤Φ≤10vol.%时，各梯度过渡层的厚度S为0.1mm≤S≤0.5H，

当金属/陶瓷复合管的孔径D为 10mm≤D≤50mm、管壁厚H为20mm＜H≤50mm及梯度过渡层的过渡比例Φ为5vol.%≤Φ≤30vol.%时，各梯度过渡层的厚度S为0.5mm≤S≤0.33H，