[发明专利]一种Y2O3与ZrO2复合陶瓷管及其制备该陶瓷管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于金属合金熔炼用的陶瓷管。更特别地说，是指一种采用注浆成型工艺先制得ZrO₂外层管，然后在ZrO₂外层管的内壁上注浆成型制Y₂O₃内层，从而得到具有双层材料体系的Y₂O₃与ZrO₂复合陶瓷管。

背景技术

定向凝固技术是通过建立特定方向的温度梯度，使熔融合金沿着与热流相反的方向凝固的一种铸造工艺，合金铸锭通常具有特定的结晶取向。定向凝固技术最突出的成就是在航空工业中的应用。自1965年美国普拉特·惠特尼航空公司采用高温合金定向凝固技术以来，这项技术已经在许多国家得到应用。采用定向凝固技术可以生产具有优良的抗热冲击性能、较长的疲劳寿命、较好的蠕变抗力的航空用部件。

研究定向凝固合金的凝固特性、工艺特点及组织性能时，通常使用陶瓷管制备各种规格的定向凝固棒材，即在陶瓷管中进行金属合金晶粒定向生长从而获得具有特定晶体取向的合金材料。ZrO₂陶瓷管最高使用温度可达2000℃，可满足一般金属及合金的定向凝固使用；但在对Ti合金、Nb合金、稀土合金及含Ti、Al、Nb、Hf、稀土元素(如Tb、Dy)等高活性金属的合金进行定向凝固时，由于ZrO₂陶瓷管的化学稳定性较低，容易在和金属液接触的界面处产生一个污染层，特别是定向凝固工艺要求在高的过热度下长时间保温，更加剧了熔体与陶瓷管之间的化学反应，甚至于使熔体中融入大量的氧化物夹杂。

氧化钇(Y₂O₃)是一种难熔氧化物，其熔点高达2400℃以上，1500℃下的分解压为1.62×10^-2MPa。Y₂O₃陶瓷不仅具有优良的耐热性和高温稳定性，而且具有较好的化学稳定性，在高温下不易与Ti、Al等活泼金属发生反应，因此是制作Ti合金、Nb合金、稀土合金及含Ti、Al、Nb、Hf、稀土元素(如Tb、Dy)等高活性金属的合金定向凝固成型用陶瓷管的首选材料。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种具有双层结构的Y₂O₃与ZrO₂复合陶瓷管，该陶瓷管的外层管采用氧化钇稳定的ZrO₂粉料，内层采用Y₂O₃多级粉粉料。该陶瓷管由ZrO₂外层管和制备在ZrO₂外层管内壁的Y₂O₃内层构成，ZrO₂外层管的厚度记为D，Y₂O₃内层的厚度记为d，则d＝0.005D～0.5D。

本发明的目的之二是提出一种采用注浆成型工艺制作具有双层结构的Y₂O₃与ZrO₂复合陶瓷管的制备方法。在制ZrO₂外层管时，是向石膏模具的模腔中注入ZrO₂外层管浆料；制Y₂O₃内层时，是向ZrO₂外层管的中心通孔内注入Y₂O₃内层浆料。本发明注浆成型制陶瓷管的过程为选石膏模→注ZrO₂浆成型→素烧ZrO₂陶瓷管→注Y₂O₃浆成型→烧成双层结构陶瓷管。

本发明的一种采用注浆成型工艺制作Y₂O₃与ZrO₂复合陶瓷管的方法，其有下列步骤：

第一步：ZrO₂外层管浆料的配制

ZrO₂外层管浆料由氧化钇稳定的ZrO₂粉、分散剂、粘结剂和去离子水组成，其中，100ml的去离子水中加入261.43g～406.67g的氧化钇稳定的ZrO₂粉、2.55g～4.20g的分散剂和2.10g～3.25g的粘结剂；将氧化钇稳定的ZrO₂粉与分散剂、粘结剂和去离子水混合后，用锆球在球磨机上球磨24～36h，得到最大粒径为3μm的ZrO₂外层管浆料；

所述分散剂为聚丙烯酸铵或者阿拉伯树胶；