熔喷复合陶瓷粒子及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种新材料及其制备方法。主要是彻底摒弃窑烧设备及工艺，克服陶瓷、搪瓷及热喷涂技术的缺点，提供在熔喷条件下，能在几乎一切材料上直接生成陶瓷的一类特殊粒子（ＲＦＴ粒子）。其主要特征是由活泼元素或相似功能的化合物，和富硼无铅并富含可被熔喷还原的金属氧化物的组分构成。其制备方法是先将除活泼元素外的各组分混合于富氧中熔炼并澄清，其熔块粉末再与活泼元素以团聚法或镀膜法复合。该粒子几乎适用于一切工业领域。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种新材料及其制备方法，具体地说是熔喷复合陶瓷粒子(简称RFT)及其制备方法。陶瓷制品具有优良的耐磨耐高温耐腐蚀等优点，被广泛应用于工业和民用各个方面，但由于其需在高温炉窑内烧制，因而存在一些明显的缺陷，限制了陶瓷制品的使用范围。为此，人们又提出了工业搪瓷，常规热喷涂陶瓷，热喷涂玻璃釉及陶瓷复合钢管等各种陶瓷材料与金属或其它材料制成的复合材料，但它们还是存在一些缺点，如工业搪瓷与现有其它各种陶瓷技术一样，必须整体置于高温炉窑内长时间烧烤。受金属坯胎在900℃左右即软化变形的条件限制，其烧成温度远远低于获得理想化学稳定性及机械强度的陶瓷材料所必须达到的高温(譬如化工陶瓷一般烧成温度都在1300℃以上)，因而其化学稳定性及机械强度远远不够理想，而且在生产、储藏、运输及安装使用中易破损却不易修复。况且，其炉窑不可能随意移动，其制品只能通过长途运输至异地安装使用。而每件工业搪瓷制品整体体积与其所耗搪瓷釉料体积要高出数百及致数千倍以上，这就不仅受炉窑容积的经济及技术限制而不可能制造出任意体积的制品，而且也因在生产及储藏、运输中大量挤占空间而造成很大浪费。常规热喷涂技术无论其是以氧乙炔焰还是电弧或等离子作高温热源，都是在不同的热喷涂设备中固定的狭小区域内一次性地向热喷涂材料提供其熔融或半熔融所需要的热能。其可供热喷涂材料粒子穿越的高温热源“焰芯”一般仅20-30mm左右。而随着现代热喷涂技术愈来愈向高速喷射发展，粒子穿越焰芯空间的时间已愈来愈短促(譬如氧乙炔热喷涂粒子穿越焰芯的速度已达150m/s以上，只是0.0002-0.0001秒极短暂的一瞬间就已穿过了高温热源)，因而该高温热源所能提供给粒子的热能就越来越少。尽管随后高温气流仍伴随着粒子射向基材，但其与周围环境之间数以千度计的巨大温度梯度，及高速运动的剧烈对流热交换，使得粒子不仅不可能继续从高温气流中获取补充热量，相反，还不得不向急剧降温的高温气流释放其显热及液固相变潜热，从而使粒子温度急剧降低。而当已急剧降温的粒子接触到基材时，又由于其与基材之间仍达数百度的温度梯度，以及基材很强的导热能力和粒度很小的粒子热焓十分有限等原因，既使粒子在接触基材时还能勉强保持其熔融或半熔融状态，其在与温度低于粒子数百度以上的基材接触的一瞬间，就势必立即越过凝固点完成液固相变而迅速凝固。因此，常规热喷涂技术将氧化物、碳化物等工程陶瓷粉末以熔融或半熔融方式喷抵基材后，则该粒子在尚未凝固之前就与后来喷上的粒子融合的几率很小，而实际热喷涂生产率所能达到的几率，较实现融合所必须的几率要小2-3个数量级以上。所以，至今热喷涂技术仍无法依靠其自身热喷涂过程获得十分密实及高强度的涂层，而只好借助密封剂或近代激光技术等等作后期处理，从而大幅度提高了生产成本。而密封剂处理的结果至今也并不十分理想。较低廉的重熔手段虽也可获得较理想的密实率，但那是以牺牲基材机械性能(过热损伤)为前提的。至于某种可使金属粒子涂层在感应电流中重熔烫平的技术，对绝缘的陶瓷粒子则根本无效。依靠降低陶瓷熔融温度的所谓热喷涂玻璃釉技术，甚至可以借助工业搪瓷的密着剂技术获得光滑密实且粘着力良好的涂层。但其熔融温度的降低只可能较多地增加碱金属及碱土金属氧化物等网络外物质的份量，从而大幅度地减少了SiO2和AL2O3、ZrO2等主要物质的份量。其结果是在降低熔融温度的同时，大幅度降低了复合层的表面硬度、耐高温强度、抗弯及耐冲击强度等机械性能，特别是急剧地降低了复合层的化学稳定性。而陶瓷复合钢管仅仅是将AL粉与Fe2O3粉末混合后通过普通喷涂工具(非热喷涂)或涂刷方式在钢管内壁复合一层陶瓷涂层，由于涂层的热胀系数较钢管的热胀系数小一个数量级，且涂层不能快速附着在管壁上，因此只能限于在一定管径一定管道长度的管道内壁实施，对于管道外壁及已安装的管道、管路接头处和平面、异型面的基材就无能为能力了。上述种种都极大地限制了陶瓷复合技术在广泛领域的应用和发展。本专利技术的目的是提供一种不需炉窑烧制就能与其它基材快速密实结合成为具有陶瓷制品所有优点的。本专利技术的熔喷复合陶瓷粒子由能在熔喷所提供的高温条件下发生氧化释热反应且生成物是最终复合层的主要成份之一的活泼元素或具有相似功能的固态化合物和富硼无铅陶瓷组成。上述组份中还有能承受高温熔炼和澄清或能承受熔喷的瞬间高温且可以增强最终复合层某些理化和机械性能的无机组份。上述活泼元素为AL、Mg、Zn、Ca和Si，所说的固态化合物SnCl2、FrSo4、Ti2O3、NaS2O4和ZnS2O4，所说的富硼无铅陶瓷按下述原则配制在常规化工陶瓷和化工玻璃的基础上将Al2O3降至≤0.1mol，R2O为0-0.2mol，Co2O3或CuO或NiO为0.01-0.07mol，在B2O3∶SiO≤0.5∶1(mol)的前提下使B2O3达到整个富硼无铅陶瓷质量的16％-24％，所说的活泼元素与金属氧化物的质量比为3∶1，金属氧化物达到整个富硼无铅陶瓷熔块质量的28％-340％，其中与基材主要成份相同的金属氧化物达到整个金属氧化物质量的26％-94％，且所说的金属氧化物为Fe2O3、CuO、MoO、MnO、NiO和Cr2O3，所说的无机组份为易与金属氧化物固熔的Si3N4粉末及其它氮化物、碳化物和硼化物，常规热喷涂所采用的金属粉末、废瓷粉、废玻璃粉和合金或纯金属的微细纤维。根据不同场合对熔喷复合陶瓷粒子的最终复合层的性能及经济的不同要求，可按下述原则选择各成份1、活泼元素系指其氧化物将作为最终复合层主要成份之一，同时在熔喷作业时能被高温热源激活而发生强还原作用，与作为氧化剂的金属氧化物发生瞬间激烈化学反应并能释放大量高温热能的一类元素，也可以是其它具有以上相似功能的固态化合物。一般情况下，应选择价廉易得、使用方便、性能较为稳定的Al(纯度＞99％者为佳)作为本专利技术的活泼元素。必要时，可以掺混或仅采用Mg和Ca或其它相似功能的强还原性化合物。本专利技术中的活泼元素可以微粉至超细粉末(325目至600目以上)状态(团聚胶结法)存在，也可以是在研磨成细粉后经烫珠制成的微珠表面以镀膜的形式(镀膜法)存在。2、如对耐碱要求不高，甚至没有耐碱要求时，就可以少用甚至不用ZrO2。当Co2O3足以达到密着要求时，就可以不用或少用NiO、CuO和Bi2O3。而当需要复合层呈现还原铜的金属光泽时，既使Co2O3和Bi2O3足以达到密着要求，也应在上述范围内尽可能提高CuO的用量。除Fe2O3、V2O5、MnO2、Cr2O3和Nb2O5主要是作为熔喷复合过程中的氧化剂而不同于一般陶瓷成份的作用外，其余各成份在最终复合层中的作用同一般陶瓷中的作用一样(其中SrO用于取代一般陶瓷釉料中的PbO)，可以根据最终复合层的使用要求，以上述范围内按常规陶瓷配比规律予以调节。若实际要求对耐腐蚀性能并不十分苛刻，但对最终复合层表面光泽度有较高要求时，则可以使SrO、B2O3、Bi2O3等熔剂达到常规用量的配比上限，将SiO2、ZrO2等尽可能接近常规用量的下限。而当需要最终复合层为纯白时，则必须去掉Co2O3、NiO、MnO2等着色成份。若进一步要求呈透明状态时，则还应去掉SnO2、ZrO2、P2O5等乳浊成份。3、金属氧化物的选择应尽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种熔喷复合陶瓷粒子，其特征是由能在熔喷所提供的高温条件下发生氧化释热反应且生成物是最终复合层的主要成份之一的活泼元素或具有相似功能的固态化合物和富硼无铅陶瓷组成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：辛笑，
申请(专利权)人：辛笑，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]