專(zhuān)利名稱(chēng)：高爐料罐用功能梯度復(fù)合材料內(nèi)襯及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功能梯度復(fù)合材料內(nèi)襯及其制備方法，特別是涉及一種高爐料罐用功能梯度復(fù)合材料內(nèi)襯及其制備方法。
背景技術(shù)：
煉鋼廠(chǎng)的高爐料罐是煉鋼設(shè)備的重要組成部分。由于裝料過(guò)程中，鐵礦石等原料的沖擊，料罐磨損非常嚴(yán)重。目前普遍采用耐磨鑄鐵作為內(nèi)襯，盡管如此，連續(xù)工作時(shí)間僅半年，增加了煉鋼成本。碳化硅、剛玉等陶瓷耐磨性好，然而脆性大，不能滿(mǎn)足強(qiáng)沖擊條件的需要。迫切需要研制新型低成本、耐磨、耐沖擊的高爐料罐材料。
中國(guó)專(zhuān)利CN98123920.X(
公開(kāi)日為2000年7月12日)公開(kāi)了一種利用激光輔助自蔓延在金屬表面形成陶瓷涂層的方法，該方法特征包括按化學(xué)計(jì)量配比取兩種或兩種以上能進(jìn)行SHS反應(yīng)的反應(yīng)物粉料，加入0～40％的添加物，混合均勻后涂覆于金屬表面；在激光能量密度為1.5×103~5.0×103J/cm2的輔助作用下，產(chǎn)生自蔓延反應(yīng)形成陶瓷涂層，該方法優(yōu)點(diǎn)是直接在金屬表面形成帶有過(guò)渡層的陶瓷涂層，降低原料成本；使用的激光能量密度僅是單一激光法1/5×1/3，節(jié)省能源2~3倍以上；易于控制，燒損和濺射現(xiàn)象小。該方法缺點(diǎn)是制備的陶瓷涂層脆性大，可以承受無(wú)沖擊條件下的磨損，不能承受沖擊條件下磨損。
陶瓷和鋁復(fù)合制備的SiC/Al復(fù)合材料既具有鋁的韌性又具有陶瓷的耐磨性，復(fù)合材料中存在的高殘余應(yīng)力使其具有高的耐磨損性。
中國(guó)專(zhuān)利CN98113687.7(
公開(kāi)日為1999年4月7日)公開(kāi)了一種鋁基復(fù)合材料無(wú)壓滲透鑄造方法，該方法是將高硬度陶瓷顆粒或晶須與氧化鐵混合粘接成多孔填料層，放入耐熱容器，再將成分為硅5-20％、鈣0.1-0.8％、鎂0.1-1％的鋁合金料置入，在加熱爐中升溫，滲透速度10-20mm/小時(shí)，完成后冷凝可得陶瓷相含量40-60％的復(fù)合材料。該方法優(yōu)點(diǎn)是可在滲透完成后再添加適量鋁合金和鍶，通過(guò)機(jī)械攪拌攪散已滲透部分，獲得陶瓷相均勻分布、含量為5-30％的鋁基復(fù)合材料，該方法缺點(diǎn)是陶瓷含量少，耐磨性低。
中國(guó)專(zhuān)利CN01140427.2(
公開(kāi)日為2003年6月11日)公開(kāi)了一種顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料及其制造方法，該方法是將增強(qiáng)體粉術(shù)與微量活性金屬元素加入到球磨筒中進(jìn)行高能球磨后，再加入鋁基合金粉末進(jìn)行變速高能球磨，最后，再加入微量液態(tài)表面活性劑在15～80℃范圍內(nèi)球磨，球磨結(jié)束后制得的復(fù)合粉術(shù)經(jīng)熱壓成形獲得坯錠，坯錠經(jīng)過(guò)擠壓、軋制、模鍛等熱加工后得到產(chǎn)品，該方法優(yōu)點(diǎn)是復(fù)合材料易切削、質(zhì)量穩(wěn)定，該方法缺點(diǎn)是熱壓成形導(dǎo)致成本提高。
中國(guó)專(zhuān)利CN200510011102.4(
公開(kāi)日為2005年7月27日)公開(kāi)了一種制備高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料零件方法，該方法是將SiC粉末與多聚合物組元石蠟基粘結(jié)劑混合成均勻的喂料，喂料經(jīng)制粒后在注射成形機(jī)上注射成形，所得SiC預(yù)成形坯經(jīng)過(guò)溶劑和熱脫脂后在1000～1150℃溫度下預(yù)燒結(jié)，最后通過(guò)無(wú)壓熔滲方法在1100～1200℃溫度下、N2氣氛中將Al合金熔液滲透到SiC骨架中，從而獲得具有高體積分?jǐn)?shù)的SiCp/Al復(fù)合材料零件，該方法優(yōu)點(diǎn)是可直接制備出具有復(fù)雜形狀的SiCp/Al復(fù)合材料零部件，同時(shí)，SiC體積分?jǐn)?shù)高、復(fù)合材料組織均勻、致密度高，可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)SiCp/Al復(fù)合材料零件，生產(chǎn)成本低，該方法的缺點(diǎn)是不能獲得梯度復(fù)合材料。
研究表明，把SiC/Al復(fù)合材料板中陶瓷顆粒的體積含量沿其厚度變化，制備成功能梯度復(fù)合材料，使復(fù)合材料板的正面具有類(lèi)似于陶瓷的性質(zhì)，發(fā)揮其耐磨損特性，復(fù)合材料板的背面，具有鋁合金的性質(zhì)，提高韌性，就可以很大程度地降低由于陶瓷與鋁合金材料波阻抗失配和彈性模量失配所造成的應(yīng)力集中等問(wèn)題，并可能使復(fù)合材料經(jīng)受長(zhǎng)期沖擊。復(fù)合材料板的正面陶瓷含量高，耐溫性好，能夠經(jīng)受料罐中熱的鐵礦石沖擊。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種耐磨性好、抗沖擊力強(qiáng)、成本低的高爐料罐用功能梯度復(fù)合材料內(nèi)襯，該內(nèi)襯由SiC和Al復(fù)合而成，承受鐵礦石沖擊的正面碳化硅含量高達(dá)70％-85％.背面為鋁合金，內(nèi)襯中間碳化硅含量梯度變化。
本發(fā)明要解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種上述高爐料罐用功能梯度復(fù)合材料內(nèi)襯的制備方法，該方法特征在于先通過(guò)模壓制備具有不同氣孔率的碳化硅預(yù)制體，再通過(guò)高溫處理對(duì)碳化硅表面改性，然后將不同氣孔率的碳化硅預(yù)制體依據(jù)氣孔率大小順序依次放置于無(wú)壓滲透模具中，再通過(guò)無(wú)壓滲透的方法滲入鋁合金即可得到復(fù)合材料內(nèi)襯。
一種高爐料罐用功能梯度復(fù)合材料內(nèi)襯的制備方法，其特征在于包括下述順序的步驟1.采用模壓法制備尺寸相同、氣孔率不同的碳化硅預(yù)制板，氣孔率范圍50～85％，厚度范圍5～20mm，碳化硅粉料粒度小于100μm；
2.碳化硅板在大氣氣氛中高溫處理，溫度范圍1000～1500℃，處理時(shí)間2～5小時(shí)；3.高溫處理完后，預(yù)制體被加工成截面尺寸一致的矩形預(yù)制體；4.碳化硅板按照氣孔率大小疊層放置于氮化硅模具中，同時(shí)將鋁合金放置于模具中。裝好后放入氣氛爐中，通入氮?dú)?，加熱?000～1200℃，保溫1～4小時(shí)，然后降溫至室溫，脫模后即得到內(nèi)襯毛坯；5.毛坯表面打磨即得到高爐料罐用功能梯度復(fù)合材料內(nèi)襯。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)具有優(yōu)良的耐磨損性能；(2)具有優(yōu)良的抗沖擊性能；(3)背板為鋁合金，能減緩鐵礦石的沖擊，避免鐵礦石和焦炭粉碎；(4)成型簡(jiǎn)單成本低；(5)可以調(diào)整碳化硅預(yù)制體的層數(shù)以獲得其他性能滿(mǎn)足不同高爐料罐的需要；(6)由于該復(fù)合材料具有優(yōu)良的抗沖擊性能，因此該復(fù)合材料還可被用于坦克裝甲等其他抗沖擊領(lǐng)域。
四

圖1為無(wú)壓滲透法制備高爐料罐壁懸掛內(nèi)襯用氮化硅模具示意圖。
圖2為高爐料罐壁懸掛內(nèi)襯形狀示意圖。
圖3為無(wú)壓滲透法制備高爐料罐漏斗處內(nèi)襯用氮化硅模具示意圖。
圖4為高爐料罐漏斗處內(nèi)襯形狀示意圖。
五具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例1高爐料罐壁懸掛內(nèi)襯及其制備選用粒度為74μm碳化硅粉料100g，50μm碳化硅粉料60g，20μm碳化硅粉料30g，混勻造粒后裝入100mm模具模壓，施加100MPa壓力，脫模后進(jìn)行高溫處理，處理溫度1500℃，保溫時(shí)間2小時(shí)。高溫處理完后，預(yù)制塊厚度約為18mm，將預(yù)制板進(jìn)行切割，得到表面尺寸為60mm×70mm的矩形預(yù)制塊。再將預(yù)制塊平放入截面尺寸為65mm×75mm的圖1所示的模具中。將鋁合金放在預(yù)制體上，然后放入氣氛爐中，通入氮?dú)?，加熱?150℃，保溫2小時(shí)，然后降溫至室溫，脫模后即得到內(nèi)襯毛坯。通過(guò)機(jī)械加工，將毛坯正面表面的鋁層磨掉，再將邊沿的鋁層磨掉，保持預(yù)制體的初始長(zhǎng)度和寬度，即得到高爐料罐壁懸掛內(nèi)襯。
實(shí)施例2高爐料罐漏斗處內(nèi)襯選用粒度為74μm碳化硅粉料360g，造粒后分成三等份分別裝入150mm模具模壓，第一份施加100MPa壓力，脫模后再施加250MPa進(jìn)行冷等靜壓，得到第一塊預(yù)制板，第二份施加100MPa壓力脫模后得到第二塊預(yù)制板，第三份施加50MPa壓力，脫模后得到第三塊預(yù)制板。將三塊預(yù)制板同時(shí)進(jìn)行高溫處理，處理溫度1300℃，保溫時(shí)間4小時(shí)。高溫處理完后，將三塊預(yù)制板進(jìn)行切割，得到三塊表面尺寸為100mm×l00mm的方形預(yù)制塊。先將第三塊預(yù)制塊放入截面尺寸為105mm×l05mm的圖3所示的模具中，然后放入第二塊，最后放入第一塊。將鋁合金放在預(yù)制體上，然后放入氣氛爐中，通入氮?dú)?，加熱?100℃，保溫4小時(shí)，然后降溫至室溫，脫模后即得到內(nèi)襯毛坯。通過(guò)機(jī)械加工，將毛坯正面表面的鋁層磨掉，再將邊沿的鋁層磨掉，保持預(yù)制體的初始長(zhǎng)度和寬度，即得到高爐料罐漏斗處內(nèi)襯。
權(quán)利要求
1.一種高爐料罐用功能梯度復(fù)合材料內(nèi)襯，其特征在于，由正面為碳化硅和背面為鋁合金復(fù)合而成的其碳化硅的含量從正面的表層至里層呈梯度變化的，且承受鐵礦石沖擊的正面碳化硅含量高迖70％-85％的內(nèi)襯。
2.一種高爐料罐用功能梯度復(fù)合材料內(nèi)襯的制備方法，其特征在于，先通過(guò)模壓制備具有不同氣孔率的碳化硅預(yù)制體，再通過(guò)高溫處理對(duì)碳化硅表面改性，然后將不同氣孔率的碳化硅預(yù)制體依據(jù)氣孔率大小順序依次放置于無(wú)壓滲透模具中，再通過(guò)無(wú)壓滲透的方法滲入鋁合金即可得到復(fù)合材料內(nèi)襯。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高爐料罐用功能梯度復(fù)合材料內(nèi)襯的制備方法，其特征在于，包括下述順序的步驟(1)采用模壓法制備尺寸相同、氣孔率不同的碳化硅預(yù)制板，氣孔率范圍50～85％，厚度范圍5～20mm，碳化硅粉料粒度小于100μm；(2)碳化硅板在大氣氣氛中高溫處理，溫度范圍1000～1500℃，處理時(shí)間2～5小時(shí)；(3)高溫處理完后，預(yù)制體被加工成截面尺寸一致的矩形預(yù)制體；(4)碳化硅板按照氣孔率大小疊層放置于氮化硅模具中，同時(shí)將鋁合金放置于模具中。裝好后放入氣氛爐中，通入氮?dú)?，加熱?000～1200℃，保溫1～4小時(shí)，然后降溫至室溫，脫模后即得到內(nèi)襯毛坯。
全文摘要
一種高爐料罐用功能梯度復(fù)合材料內(nèi)襯及其制備方法。屬功能梯度復(fù)合材料內(nèi)襯及其制備方法，該內(nèi)襯由SiC和Al復(fù)合而成，承受鐵礦石沖擊的正面碳化硅含量高達(dá)70％以上，背面為鋁合金，內(nèi)襯中間碳化硅含量梯度變化。內(nèi)襯的制備方法是先通過(guò)模壓制備具有不同氣孔率的碳化硅預(yù)制體，再通過(guò)高溫處理對(duì)碳化硅表面改性，然后將不同氣孔率的碳化硅預(yù)制體依據(jù)氣孔率大小順序依次放置于無(wú)壓滲透模具中，再通過(guò)無(wú)壓滲透的方法滲入鋁合金即可得到耐磨性好、韌性好、抗沖擊力強(qiáng)的復(fù)合材料內(nèi)襯。該復(fù)合材料還可被用于坦克裝甲等其他抗沖擊領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C22C45/00GK1789434SQ200510022650
公開(kāi)日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2005年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月27日
發(fā)明者陳照峰, 邵小歐 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)