本发明专利技术涉及一种氮化钛-氧化铝复相耐磨耐高温陶瓷材料的制备方法，属于耐磨耐高温材料技术领域。其特征是以工业固体废弃物铝灰、金红石矿粉或金红石型钛白粉为主要原料，以铝灰中的金属铝为还原剂，采用铝热还原氮化工艺制备了氮化钛-氧化铝复合粉体，再利用得到的复相粉体制备氮化钛-氧化铝复相耐磨耐高温陶瓷，实现废铝灰的循环再利用和环境保护。所述氮化钛-氧化铝复相耐磨耐高温陶瓷材料的制备方法具有工艺流程简单，环境污染小，制造成本较低等诸多优势，具有广泛的社会和经济价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及ー种氮化钛-氧化铝复相耐磨耐高温陶瓷材料的制备方法，属于耐磨耐高温材料
技术介绍
冲蚀磨损是材料破坏的主要形式之一，约占エ业生产中磨损破坏总数的8%，它是指流体或固体粒子以松散的小颗粒按着一定的速度和角度对材料表面进行冲击所造成的磨损。在エ业中，高温下的气固两相流冲蚀磨损现象存在尤为普遍，并且危害更大。目前，国内外在这方面主要采用耐热合金钢、氧化铝陶瓷以及氧化锆陶瓷。前者普遍存在耐高温磨蚀性能较差、价格昂贵、高温(超过1000°c )易软化等弱点，从而导致其耐磨性能较差、使用寿命较短等缺陷；后者能够满足耐高温的要求，但是存在着脆性大、耐高温稳定性欠佳和韧性差等缺点，从而导致在高温环境下工作易造成大块剥落、使用寿命短等问题。研究表 明，通过添加第二相颗粒，可提高陶瓷基体材料的韧性和耐高温冲蚀磨损性能，制备出新型的耐高温气固两相流冲蚀磨损防护材料。TiN-Al2O3复相陶瓷材料是ー种性能优异的非氧化物陶瓷材料,在Al2O3基体中引入TiN，利用其各自的优点，不仅能够提高其強度、韧性和耐磨能力，用于制造高温耐磨结构部件。TiN和Al2O3的复合方法很多，包括Al2O3和TiN粉料机械混合、TiO2-Al2O3复合粉体在流动NH3气氛下选择性氮化、以铝粉为还原剂在N2氛围下将TiO2铝热还原氮化等。其中，传统的机械混合方式易造成添加相的团聚或导致局部组分偏离，影响复合材料性能；利用NH3气氛选择性氮化的方法对环境影响较大；利用铝粉进行铝热还原氮化反应则会因铝粉价格较闻会使得制造成本提闻。金红石是提炼钛的ー种重要的矿物原料，它具有耐高温、耐低温、耐腐蚀、高強度等优异性能，广泛应用于航空航天、机械、化工、海水淡化等方面，此外金红石还是生产金红石型钛白粉和高档电焊条的重要原料。利用金红石或相关含ニ氧化钛的原料制备氮化钛常采用埋碳氮化、氨气气氛下原位氮化或铝热氮化等方法。铝灰是电解铝、鋳造铝等过程中产生的熔渣和浮皮经加工后排放的固体废弃物，其主要包含Al、Al203、AlN、Mg0以及SiO2等化学成分，还有ー些氯化物和硫化物等，其化学成分的比例随着各生产厂家的原料及操作条件不同而略有不同。铝灰是ー种产量大、污染严重的エ业废渣，据统计，每生产IOOOt铝，就要产生25t左右铝灰。铝灰通常被作为垃圾遗弃，既污染环境、又需要大量处置场地，且处理费用高昂。随着工业进程的发展，铝灰的生产量越来越多，如何综合利用铝灰是ー个世界范围的重要课题。铝灰既是ー种固体废弃物，同时也是ー种可再生资源，据国内外文献报道，铝灰已经在回收金属铝、盐、氧化铝等成分、电弧炉炼钢用保护渣、冶金炉料、混凝土和路用材料等领域得到了应用，但目前几种利用途径存在エ艺过程复杂、产生二次污染、消耗大量能源、铝灰消耗量小，这对于不断产生的大量铝灰仍然收效甚微。因此，提出将铝灰等エ业固体废渣资源化，并用于生产高需求量材料的思路是解决问题的ー种有效途径，例如将铝灰转化为耐火材料的原材料。采用铝灰生产耐火材料，目前报道主要生产电熔棕刚玉或镁铝尖晶石复合材料等，但因这些生产过程要求铝灰中含Al2O3高且对铝灰成分的利用不完全而存在局限性。因此，本专利技术在氮化钛-氧化铝复相材料的最新研究成果的基础上，借助绿色环保、节约能源、降低成本的技术思想，创新性地以エ业固体废弃物铝灰和金红石矿粉或金红石型钛白粉为原料，通过铝热还原氮化反应、无压烧结法制备得到了氮化钛-氧化铝复相耐磨耐高温陶瓷材料，作为ー种新型的耐高温气固两相流冲蚀磨损防护材料，有广泛的エ业运用价值。
技术实现思路
本专利技术专利申请是在エ业固体废弃物铝灰和金红石型钛白粉或金红石矿粉铝热还原氮化反应、无压烧结法制备氮化钛-氧化铝复相耐磨耐高温陶瓷材料的エ艺过程中，通过控制铝灰配入量和铝热还原氮化反应温度以控制反应进程，通过控制无压烧结的温度 和保温时间，实现氮化钛-氧化铝复相耐磨耐高温材料的制备。本专利技术具有エ艺流程简单、成本较低、变废为宝、环境污染小、产品附加值高等诸多优势，对降低氮化钛-氧化铝复相陶瓷的生产成本、提升铝灰等固体废弃物的循环利用率以及降低环境污染等具有十分重要的现实意义和社会价值。本专利技术提出的，其特征在于以总配料质量计0.1%—99.0%铝灰，以及0.1%—99.0%金红石矿粉或金红石型钛白粉为原料，经配料、球磨、成型等エ艺过程制备试样生坯，采用铝热还原氮化法在1100°C 1500°C、保温O. I小吋 100小时，制备获得氮化钛-氧化铝复合粉体材料。然后将得到的粉体材料经干压成型、冷等静压处理得到陶瓷坯体，在氮气气氛下采用无压烧结法在1400°C 1800°C、保温O. I小吋 100小吋，自然冷却后获得氮化钛-氧化铝复相耐磨耐高温陶瓷材料。其中干压成型压强为O. I 60MPa，压强作用时间为10 60s ;冷等静压处理的压强为150 300MPa，压强作用时间为60 120s。本专利技术提出的，所述的エ艺流程具体为I)将铝灰、金红石矿粉或金红石型钛白粉等原料经粉碎、研磨及过筛等处理，使其粒径分别小于200 μ m和100 μ m。然后按既定比例配料并将其充分混合均匀，再将混合后的原料装入球磨罐中，采用干法球磨在行星式球磨机中球磨O. I 50小时至各原料分散均勻；然后将球磨混合均勻的原料在O. I 60MPa的条件干压成型处理10 60s,制成圆柱状的试样生坯。2)将上述制备好的生坯放入可耐1800°C以上温度的耐高温容器(如石墨坩埚)中，将其放入氮气气氛的气氛炉、电弧炉或感应炉中，升温速度为I 10°c /min，在1100°C 1500°C下保温0.1小时ー 100小时后，自然冷却至室温后取出，经粉碎、研磨、过筛等处理即可获得粒径较为均匀的氮化钛-氧化铝复合粉体材料。3)采用干压成型法将上述粉体材料在O. I 60MPa的条件下作用10 60s，得到具有一定其致密度的坯体，然后在150 300MPa下进行冷等静压处理60 120s，得到氮化钛-氧化铝陶瓷生坯。随后，将生坯放入可耐1800°C以上温度的耐高温容器(如石墨坩埚)中，将其放入氮气气氛保护的气氛炉、电弧炉或感应炉中，升温速度为I 10°C /min,在1400°C 1800°C下保温0.1小时ー 100小时后自然冷却至室温后即可获得氮化钛-氧化铝复相耐磨耐高温陶瓷材料。本专利技术通过有效控制铝热还原氮化反应的温度和反应进程，在较简单的エ艺流程下实现了氮化钛-氧化铝复相耐磨耐高温陶瓷材料的制备目的。本生产过程具有环境污染小、成本较低、产品附加值高等诸多优势，对降低氮化钛-氧化铝复相陶瓷的生产成本、提升铝灰等固体废弃物的循环利用率以及降低环境污染等方面具有十分重要的现实意义和社会价值。具体实施例方式下面结合实例对本专利技术的技术方案做进ー步说明，但并非仅仅局限于下述实施例实施例I エ业固体废弃物铝灰原料的主要成分和粒度要求为A1含量为26. 5wt. Al2O3含量为 6. 23wt. %、AlN 含量为 16. 69wt. %、MgAl2O4 含量为 22. 17wt. %、SiO2 含量为5. 16wt. %、NaCl 含量为 4. 32wt. %、CaO 含量为 2. 36wt. %、TiO2 含量为 5. 75wt本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种氮化钛？氧化铝复相耐磨耐高温陶瓷材料的制备方法，其特征在于：以总配料质量计铝灰，以及金红石矿粉或金红石型钛白粉为原料，经配料、球磨、干压成型等工艺过程制备试样坯体，成型后的坯体在氮气气氛下于反应炉中升温至1100℃～1500℃、保温0.1小时～100小时，制备获得氮化钛？氧化铝复合粉体材料；然后将得到的粉体材料经干压成型、冷等静压等处理得到复相陶瓷坯体，将所得坯体在氮气气氛下于反应炉中升温至1400℃～1800℃、保温0.1小时～100小时，自然冷却后获得氮化钛？氧化铝复相耐磨耐高温陶瓷。FSA00000771989500011.tif,FSA00000771989500012.tif
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘海涛，黄朝晖，闵鑫，姬海鹏，徐友果，房明浩，刘艳改，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：
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