一种微波原位合成铁基金属陶瓷的方法以及铁基金属陶瓷技术

本发明专利技术提供一种微波原位合成Fe/Fe

【技术实现步骤摘要】
一种微波原位合成铁基金属陶瓷的方法以及铁基金属陶瓷
本专利技术涉及一种微波原位合成Fe/Fe2SiO4基金属陶瓷的方法以及Fe/Fe2SiO4基金属陶瓷。
技术介绍
金属陶瓷的制备是以金属粉末为基材，加入少量添加剂，由模具压制成型后再进行烧结的工艺，由于其可成型较复杂形状零件，可取代形状难于加工的零件，具有一定的成本优势，其烧结过程中可形成均匀微孔基体，具有很好的储油性以及自润滑性，并具有一定的耐磨性，因此在工业零部件中广泛应用。传统的制备方式包括SHS法、选择还原法、直接氧化法、Sol-gel法和整合物沉淀法等，此些烧结方式需要使用纳米级原料，并需要在一定压力条件或者惰性气体保护下，控制温度为900～1350℃，才能得到所需陶瓷相。采用此些制备方法不仅对原料纯度要求较高、费时长、耗能高而且污染较大，不符合工信部提出的冶金行业绿色转型发展的要求。微波具有“非热效应”，可对物质的进行选择性加热，能够降低指前因子，降低活化能，从而提高反应速度。对固体物料来说,传统的加热方法是使热量由表面传到内部,从而达到热平衡,这种方法极易产生热损失,需较长的加热时间。而微波加热则是在全封闭状态,微波直接渗入物体内部,通过偶极子的极化而被吸收,即转变成热量,形成物料内外部“整体”加热的效果,大大降低了热损失,减少了加热时间,达到快速、节能的作用。虽然目前在金属陶瓷制备方面取得了一定规模的发展，但在Fe/Fe2SiO4基陶瓷材料领域内的研究少之又少，且多采用传统电阻炉烧结。而传统制备及烧结工艺由于存在能耗高、污染大、费时长和原料价格昂贵等各种缺点而无法将制备的Fe/Fe2SiO4基陶瓷材料广泛应用于各个领域，因此该法能够解决如上所述不足并扩展应用到其他材料的制备上。
技术实现思路
针对上述存在的问题，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种新的微波原位合成Fe/Fe2SiO4基金属陶瓷材料的方法，其特征在于，该方法包括：将原料磨细后成型，并微波烧结，制得Fe/Fe2SiO4基金属陶瓷，其中所述原料包括：铁精矿、还原剂以及添加剂。本专利技术还提供一种由本专利技术的方法制备的Fe/Fe2SiO4基金属陶瓷。与现有的合成铁基金属陶瓷的方法只能使用分析纯级别的原料相比，本专利技术可以使用铁精矿原矿粉作为原料，大大降低了制备铁基金属陶瓷的成本。本专利技术的方法具有耗能低、无污染、操作方便，设备简单和成本经济等特点，适合规模化生产。且所合成的Fe/Fe2SiO4基金属陶瓷材料富含α-Fe相及铁橄榄石相，不仅形貌尺寸均匀，而且具有良好的性能，可应用于制动、耐高温及耐腐蚀等领域。本专利技术还可适用于尾矿及其他类型矿粉的金属陶瓷制备，对资源回收再利用，减少污染有重大意义。附图说明图1为本专利技术实施例中所使用的磁选铁精矿的成分示意图；图2为本专利技术实施例1-4生成的金属陶瓷的XRD物相分析结果图；图3为实施例1生成的金属陶瓷使用扫描电镜得到的微观形貌；图4为实施例2生成的金属陶瓷使用扫描电镜得到的微观形貌；图5为实施例3生成的金属陶瓷使用扫描电镜得到的微观形貌；图6为实施例4生成的金属陶瓷使用扫描电镜得到的微观形貌。具体实施方式本专利技术提供一种微波原位合成Fe/Fe2SiO4基金属陶瓷材料的方法，其特征在于，该方法包括：将原料磨细后成型，并微波烧结，制得Fe/Fe2SiO4基金属陶瓷材料，其中所述原料包括：铁精矿、还原剂以及添加剂。以铁精矿和还原剂的总质量计，所述铁精矿占50～90质量％、所述还原剂占10～50质量％，并且所述添加剂占铁精矿和还原剂的总质量的1～30质量％。与现有的合成铁基金属陶瓷的方法只能使用分析纯级别的原料相比，本专利技术可以使用铁精矿原矿粉作为原料，大大降低了制备铁基金属陶瓷的成本。作为本专利技术的原料之一的铁精矿可以为磁选铁精矿、浮选铁精矿、重选铁精矿或赤铁矿等。因为磁选铁精矿中主要成分为四氧化三铁，其具有良好的吸波特性，微波可直接作用于样品上，达到体加热的效果。较于其他矿物，如赤铁矿(主要成分为吸波性能较差的氧化铁)等而言，可降低微波功耗，达到节约能源的目的。因此本专利技术中使用的铁精矿优选磁选铁精矿。所述还原剂可以为本领域常见的还原剂，例如可以为碳粉，优选为活性炭和/或石墨。传统炼钢采用焦炭作为还原剂，但焦炭中含有硫等有害元素，因此在冶炼工艺上多了除硫等杂质的步骤。活性炭分为木质活性炭、矿物质原料活性炭及其他原料活性炭，本专利技术采用的还原剂更优选为木质活性炭，其是最为常见的活性炭类型(多为椰壳活性炭和杏壳活性炭等)。广泛应用于家庭、医疗及工业等领域，价格低廉，获取方便。其他种类的活性炭中可能会含有大量杂质，成本比木质活性炭高，并且会增加不必要的除杂的工艺流程。所述添加剂可以为本领域常见的添加剂，只要能有助于生成金属陶瓷相即可，例如可以为高岭土。本专利技术中，将原料磨细至适合烧制Fe/Fe2SiO4基金属陶瓷即可，优选将原料磨细至平均粒径为80-200um。将原料磨细的方法没有特别的限定，只要将原料磨细至上述平均粒径即可，例如可以采用下述三步研磨法进行：(1)球磨，将称量好的原料混合装入球磨罐内，采用无水乙醇等同类有机化合物作为助磨剂，置于行星球磨机上进行球磨。(2)砂磨，将步骤(1)中球磨完的浆料加入分散剂后，使用砂磨机进行砂磨。(3)将步骤(2)中砂磨后的浆料置于烘箱中烘干，并将烘干后的粉末进行研磨。在步骤(1)球磨中，助磨可以采用三种直径为2mm、3mm和5mm氧化锆珠中的一种或多种，例如可以同时采用这三种粒径的氧化锆珠，其质量比为3:4:3，原料粉末与氧化锆珠的质量之比为1:(3-5)，原料粉末与无水乙醇(分析纯>99％)质量之比为1:(2-4)。行星球磨机转速为240-480r/min，球磨时间为12～48小时。在步骤(2)砂磨中，助磨采用0.1～0.8mm氧化锆珠，分散剂采用甲基戊醇(分散剂为步骤(1)中球磨完的一次浆料的3～4质量‰)，并加入去离子水(浆料与去离子水的质量比例为1:1～1:2)。砂磨采用砂磨机，转速为1300～2700r/min，砂磨时间为2～6h。在步骤(3)中，烘箱温度为70～90℃，烘干时长为12～24h。烘干后的物料使用玛瑙研钵进行研磨，研磨至原料平均粒径为80-130um。在所述成型中，采用模具进行压片，并进行等静压操作；所述模具直径为18～30mm，压片压力为6-8MPa，保压时间为40～90s；所述等静压操作包括：将压制后的片状样品置于等静压机中，压力为180～250MPa，保压时间为1～2min。本专利技术中，对微波烧结没有特别的限定，只要能将原料烧结成Fe/Fe2SiO4基陶瓷即可。为实现该目的，优选微波工作频率为915MHz或2450MHz，输出功率为2～8KW，烧结温度为800～1000℃，保温时间0～3h。另外，优选所述微波烧结包括：将成型后的样品置于坩埚中，将坩埚放于微波炉中微波烧结。刚玉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微波原位合成Fe/Fe

【技术特征摘要】
1.一种微波原位合成Fe/Fe2SiO4基金属陶瓷的方法，其特征在于，该方法包括：将原料磨细后成型，并微波烧结，制得Fe/Fe2SiO4基金属陶瓷，其中所述原料包括：铁精矿、还原剂以及添加剂。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，以铁精矿和还原剂的总质量计，所述铁精矿占50～90质量％、所述还原剂占10～50质量％，并且所述添加剂占铁精矿和还原剂的总质量的1～30质量％。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述铁精矿为磁选铁精矿，所述还原剂为碳粉，所述添加剂为高岭土。


4.根据根据权利要求3所述的方法，其中，所述碳粉为活性炭和/或石墨粉。


5.根据权利要求1所述的方法，其中，将原料磨细至平均粒径为80-130um。


6.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：高陈波，徐鹏飞，阮飞，李红霞，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15