[发明专利]一种高致密陶瓷内衬钢管的制备方法

说明书

本发明涉及一种高致密陶瓷内衬钢管的制备方法，属于自蔓延陶瓷内衬钢管技术领域，该方法是将轴向研磨棒置于钢管内，固定于侧向，将铝热剂按一定比例混合填充于钢管内，使钢管在离心力的作用下高速旋转，点火使铝热剂发生SHS反应，反应产生大量的热，生成熔融状态的Al₂O₃和Fe，形成陶瓷层内衬。当产物处于熔融状态时，由于钢管仍继续高速旋转，钢管内的研磨棒不断将产物中的气泡压出，使生成的涂层材料致密性增强，同时使陶瓷表面平整，冷却后得到光滑致密的陶瓷内衬钢管。本发明制备的陶瓷内衬钢管，方法简单，原料成本低，制备出的钢管具有高精度，高致密度和高强度的特点，耐磨性和耐腐蚀性强。

技术领域

本发明属于自蔓延陶瓷内衬钢管技术领域，特别是提供一种高致密陶瓷内衬钢管的制备方法。

背景技术

现代工业，如电力、化工、冶金等行业中，耐磨、防腐蚀型管道有着广泛的应用。自蔓延高温合成(SHS)技术是一种利用外部能量诱发局部化学反应，利用化学反应自身放热，使反应持续进行，迅速制备材料的新技术。该理论由前苏联科学家Merzhanov于1967年提出，并开展了离心力场对凝聚态物质燃烧过程影响的研究。随后美国和日本等国学者又详细研究了该工艺。小田原修在1981年通过SHS离心技术，制备出长5 500mm、直径330mm的陶瓷内衬钢管。

该陶瓷内衬钢管制备方法所涉及的技术原理是，将装填反应原料铝热剂的钢管夹在高速离心机上，离心机产生的离心力，使反应原料紧贴于钢管内壁，在钢管一端引燃反应原料，反应原料依化学反应方程式：Fe₂O₃+2Al＝Al₂O₃+2Fe，高温烧结，发生SHS反应。反应时放出大量的热使产物融化，由于产物熔体的密度不同，在离心力的作用下，密度大的Fe与基体结合，密度小的Al₂O₃沿钢管内壁均匀分布，形成陶瓷层。

但是实施上述制备方法时，由于钢管管壁有强烈的冷却作用，使反应产物处于熔融状态的时间很短，里面产生的大量气泡来不及排除，而得不到致密的氧化铝陶瓷层。

为了增加陶瓷层的致密性，殷声等人(中国专利90107244.3)在反应物中加入各种添加剂，如SiO₂或碱金属氧化物或碱土金属氧化物。由于添加剂的存在，可以使陶瓷层的熔点降低，从而延长其在熔融状态停留时间，从而提高陶瓷层的致密度。但是这种方法制备的陶瓷层中仍会残留一定量的气孔，使得成品裂纹率提高，而且成本也高。

发明内容

本发明的目的在于，为克服已有技术不足之处，提出一种高致密陶瓷内衬钢管的制备方法，本方法提高钢管内壁陶瓷层的致密度，使得陶瓷内衬管具有良好的机械性能，耐腐蚀，耐热冲击，显微硬度有较大的提高。

为达到上述目的，本发明提出一种高致密陶瓷内衬钢管的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)将研磨棒沿轴向安装于钢管内，其轴线与钢管轴线平行，研磨棒的两端固定于钢管的支撑物上，研磨棒的侧面与钢管内侧面留有一缝隙，该缝隙宽度与形成的陶瓷层厚度相适应(其安装位置可随陶瓷层的厚度要求变动)；

2)将铝热剂按一定比例混合填充于钢管内，使钢管在离心力的作用下高速旋转，点火使铝热剂发生SHS反应，反应产生大量的热，生成熔融状态的Al₂O₃和Fe的产物，形成陶瓷涂层内衬，同时钢管内的研磨棒不断将产物中的气泡压出，使生成的涂层材料致密性增强，并使陶瓷表面平整；

3)钢管冷却后取出研磨棒，得到光滑致密的陶瓷内衬钢管。

所述铝热剂为Fe₂O₃+Al，所述SHS反应为Fe₂O₃+2Al＝Al₂O₃+2Fe。