[发明专利]一种氧化锆基金属陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温预热炉制造技术领域，特别涉及一种用于制造预热炉换热管的氧化锆基金属陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

纳米级二氧化钛的制备方法主要包括物理法和化学法，物理法主要包括溅射法、热蒸发法及激光蒸发法，化学法主要包括液相法和气相法，液相法主要包括均匀沉淀法和溶胶-凝胶法，气相法主要包括TiCl₄气相氧化法，目前一般采用TiCl₄气相氧化法来制备纳米二氧化钛。TiCl₄气相氧化法一般是以氮气作为TiCl₄的载气，以氧气作为氧化剂，在高温管式反应器中进行氧化反应，经气固分离，获得纳米级二氧化钛粉体。在实际生产中，氧气需要预加热到800℃以上才能与气相的TiCl₄混合反应，于是需要用到气相预热炉，而传统的气相预热炉存在诸多缺陷，例如，预热炉所用的换热管采用的是耐高温的氧化铝或氧化硅基金属陶瓷材料，而氧化铝或氧化硅基金属陶瓷材料导热系数较低，需要在加热一定时间后才能进行换热，其换热效率差，而且在急速升温下易产生热裂，由此导致传统的换热管的使用周期较短，需要时常更换。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种用于制造预热炉换热管的氧化锆基金属陶瓷材料及其制备方法，通过复配一种具有良好导热性和伸长率的金属陶瓷材料，以克服传统换热管使用寿命短、换热效率低的问题。

本发明采用的技术方案如下：一种氧化锆基金属陶瓷材料，其特征在于，它主要由氧化锆基陶瓷粉末与铁金属粉末按照质量比为（70-75）：（25-30）复合制成，其中，氧化锆基陶瓷粉末包括坯料和釉料，所述坯料和釉料的质量比为（93-96）：（4-7）。

在本发明的氧化锆基金属陶瓷材料中，金属成分占比达到25-30%，这使得金属陶瓷具有了更多的金属的性质，主要表现为：具有良好的导热性，这一特性的改善使得其制成的换热管的热传导率得到显著增强，并明显优于传统使用的金属陶瓷换热管。在抵抗热胀冷缩方面，由于含有较高的金属成分，金属陶瓷能够较好地缓冲和释放这种应力变形，其表面不易产生热裂，由此有效延长了金属陶瓷制的换热管的使用周期。

在本发明的氧化锆基金属陶瓷材料中，为了使陶瓷粉末能更好地与金属粉末复合形成复合材料，并使制得的金属陶瓷换热管的强度及其他性能能够满足所需，所述坯料的原料中含有以下质量百分比含量的组分：二氧化钛含量为1-1.5%、碱金属的氧化物含量为2-6%、铜的氧化物含量为1.2-1.6%、钒的氧化物含量为0.1-0.3%、镓的氧化物含量为0.05-0.1%和稀土元素的氧化物含量不大于1.3%。

在本发明的氧化锆基金属陶瓷材料中，为了配合坯料形成符合要求的陶瓷粉末，所述釉料的原料中含有以下质量百分比含量的组分：铁的氧化物含量为1-3%、钴的氧化物含量为2-4%，碱金属的氧化物含量为2-6%、铜的氧化物含量为1.2-1.6%、镓的氧化物含量为0.05-0.1%、铟的氧化物含量不大于0.05%和稀土元素的氧化物含量不大于1.3%。

在本发明的氧化锆基金属陶瓷材料中，所述稀土元素选自镧、钕、钇、钐、钪和铈的一种或几种；所述碱金属的氧化物选自氧化钾、氧化钠和氧化锂中的一种或几种。

在本发明的氧化锆基金属陶瓷材料中，所述陶瓷粉末的制备方法包括以下步骤：

步骤1、采用现有工艺制备坯料，然后在坯料的表面均匀涂覆釉料，再在1300℃以下将烧制成烧制体；

步骤2、将烧制而成的预制体同氧化锌一起粉碎研磨成平均粒径小于50μm的粉末，即得到陶瓷粉末，其中，加入的氧化锌的质量不高于烧制体质量分数的3.5%。

在上述的制备方法中，氧化锆基陶瓷粉末制备的关键点在于烧制温度和氧化锌的含量，烧制温度过低，则会“烧生”，导致瓷化不完全，温度过高，则会“烧熔”，因此，要求烧制温度须在1300℃左右，可上下浮动5℃。相应地，氧化锌作为助熔剂，其在本发明的中的使用量不应超过烧制体质量分数的3.5%，以保证烧制体的质量。

在本发明的氧化锆基金属陶瓷材料中，所述氧化锆基金属陶瓷材料的制备方法包括以下步骤：

步骤1、取设计量的金属粉末和陶瓷粉末置于高速球磨机中进行混合研磨2-4h, 高速球磨机转速为400rad/min，然后置于高速混合机中混合均匀，得到初级混料；