[发明专利]一种弥散强化陶瓷复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料和工程陶瓷材料领域，特别涉及了一种弥散强化陶瓷复合材料及其制备方法。

背景技术

离心泵作为流体输送的关键设备，其材料主要有铸钢、不锈钢、金属衬橡胶和金属衬陶瓷，虽然耐磨双相不锈钢因其材料强度高塑性好，但是在长时间输送具有腐蚀性固液介质时因材料的耐蚀性和耐磨性能差，造成流体输送设备损耗较大，不仅使生产成本提高，而且易产生安全隐患。为解决此问题，常采用衬橡胶或衬陶瓷的方法，但受橡胶和陶瓷材料使用寿命、易脱落和易堵塞喷嘴等缺点影响，亟待开发具有强抗磨损、抗腐蚀和耐高温等性能的金属基复合新材料及其相关制备技术。

随着陶瓷功能材料应用领域的不断扩展，促进了材料制备技术的发展，陶瓷材料的脆性和与金属的附着能也显著改善，使其在某些特殊工业领域凸显出卓越的发展潜力，这为输送具有固体颗粒的腐蚀性流体关键设备的选材带来了契机。鉴于此，本专利开发出一种适合于苛刻介质条件下离心泵用陶瓷复合材料的制备技术，即一种高性能金属表面原位控制弥散强化陶瓷复合材料制备的新方法。采用本专利技术制备的金属基陶瓷泵用复合材料可以处理含氯化物的腐蚀性固液流体，其中氯离子含量≤15％，腐蚀性流体中固相含量≤20％，温度≤260℃；此外，采用本专利技术制备的复合材料具有硬度高、耐磨、耐腐蚀、抗氧化和热稳定性好的特点，可广泛应用于化工、能源和制药等领域，这对于我国金属基陶瓷复合材料制备技术的提高具有重要的现实意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种弥散强化陶瓷复合材料及其制备方法，该复合材料由碳化硅、硫酸钙晶须、金属纤维和复合粘结剂通过真空混合、真空振动浇注成型和低温固化等过程制备而成，是一种高性能金属表面原位控制弥散强化陶瓷复合材料制备及其制备方法。

本发明的弥散强化陶瓷复合材料，由碳化硅、硫酸钙晶须、金属纤维和复合粘合剂复合而成，所述的陶瓷复合材料中，不同形态的碳化硅颗粒、硫酸钙晶须和金属纤维和复合粘合剂相互交织分布；其中：

碳化硅由1～3mm多面体碳化硅颗粒、500～400μm多面体碳化硅颗粒、10～30μm球形碳化硅和90～100nm球形纳米碳化硅组成；硫酸钙晶须，其直径为0.5～1.5μm，长径比为90～110；金属纤维，其直径为7～10μm，长度为0.8～2.4mm；复合粘结剂，由环氧树脂和星型嵌段共聚物组成，环氧树脂的质量百分含量为75～99％，星型嵌段共聚物1～25％；

按质量比，1～3mm多面体碳化硅颗粒∶400～500μm多面体碳化硅颗粒∶10～30μm球形碳化硅∶90～100nm球形纳米碳化硅∶硫酸钙晶须∶金属纤维∶复合粘结剂＝(5～30)∶(5～30)∶(5～20)∶(1～5)∶(1～10)∶(0.5～5)∶(15～30)。

所述的星型嵌段共聚物由亚乙烯基多胺、聚合丙烯酸嵌段和聚丙烯烃嵌段制备而成；制备时，三者的质量百分含量分别为：亚乙烯基多胺为1～5％，聚合丙烯酸嵌段为20～80％，聚丙烯烃嵌段为15～79％；亚乙烯基多胺作为起始剂。

所述的亚乙烯基多胺的分子量为100～300，聚合丙烯酸嵌段的分子量为1000～5000，聚丙烯烃嵌段的分子量为1000～5000，星型嵌段共聚物的分子量为3450～3550。

所述的陶瓷复合材料，金属纤维为钛纤维。

所述的陶瓷复合材料中的气孔体积百分比≤0.01％。

所述的陶瓷复合材料，其热膨胀系数为13.0×10^-6～14.0×10^-6/k^-1，抗折强度可以达到92～100MPa，抗压强度176～188MPa，断裂延伸率为0.1～0.2％。

所述的陶瓷复合材料，其比重≤2.6。

所述的陶瓷复合材料，与其结合的金属材料为不锈钢、铸钢或球墨铸铁；结合后以金属为基体的连续相，不同形态的碳化硅颗粒、硫酸钙晶须和金属纤维为第二相组成的复合材料，碳化硅颗粒、硫酸钙晶须和金属纤维相互交织弥散在金属表面。

所述的陶瓷复合材料，与金属基体结合后的使用温度≤260℃。

本发明的弥散强化陶瓷复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，真空混合：

将碳化硅、硫酸钙晶须、金属纤维和复合粘合剂，在真空条件下，混合均匀，制得浆料；其中：

碳化硅由1～3mm多面体碳化硅颗粒、500～400μm多面体碳化硅颗粒、10～30μm球形碳化硅和90～100nm球形纳米碳化硅组成；