本發(fā)明涉及一種旋風(fēng)除塵器設(shè)備的陶瓷內(nèi)襯材料，尤其涉及一種改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷內(nèi)襯材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
陶瓷內(nèi)襯材料的應(yīng)用廣泛，如太陽能收集器的高溫唇部材料，燃燒反應(yīng)器的內(nèi)壁材料，液壓鋼管的材料，高爐渣的內(nèi)壁材料等等。不同的應(yīng)用對陶瓷內(nèi)襯材料的要求各不相同，旋風(fēng)除塵器設(shè)備的陶瓷內(nèi)襯材料對耐磨性能的要求較高。
由于旋風(fēng)除塵器內(nèi)的氣流速度很高，而且氣流中夾帶著大量的粉塵微粒，因此對不銹鋼筒體的磨損也非常明顯。 在正常使用條件下，一般4～6個月便造成筒體的穿爛，特別是在錐體部位的磨損就更加明顯。當(dāng)筒體出現(xiàn)穿爛時，主要是通過燒焊進(jìn)行修補(bǔ)，但由于磨損部位的材料厚薄不均，而在外部又無法觀察磨損情況，修補(bǔ)工作只能夠在已經(jīng)穿爛的位置執(zhí)行，因此，修補(bǔ)不久后其他地方又很快出現(xiàn)穿爛，這時只能停產(chǎn)更換筒體。
陶瓷是由金屬和非金屬元素或單質(zhì)組成的具有共價鍵、離子鍵或混合鍵結(jié)合特性的晶態(tài)或非晶態(tài)無機(jī)非金屬材料，陶瓷內(nèi)襯管把先進(jìn)陶瓷襯在旋風(fēng)除塵器內(nèi)壁。目前市場上主要的陶瓷內(nèi)襯材料為氧化鋁、氧化鐵、和碳化硅。新型改性陶瓷內(nèi)襯材料還有待進(jìn)一步開發(fā)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷內(nèi)襯材料及其制備方法。
為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
一種改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷內(nèi)襯材料，由以下重量份的原料制得：氧化鋯35-45份、氧化錫55-65份、二氧化鈦40-60份、石墨烯4-8份、硅烷偶聯(lián)劑1-3份、分散劑3-7份、氧化銅2-6份、氧化鎂1-5份。
優(yōu)選地，所述硅烷偶聯(lián)劑為γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-2,3-環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、二氯甲基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-巰丙基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一種。
優(yōu)選地，所述分散劑為SP-712水性分散劑或SP-710分散劑。
一種改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷內(nèi)襯材料的制備方法，其特征在于，由以下步驟制得：
S1:按化學(xué)計量比稱取氧化鋯、氧化錫和二氧化鈦，將其放入尼龍罐中，以蒸餾水為介質(zhì)進(jìn)行球磨；
S2：將S1所得物倒入圓皿，放入烘箱在100℃下烘干；
S3：將S2所得物研磨過篩后溶于無水乙醇，磁力攪拌2h，加入硅烷偶聯(lián)劑攪拌30min，加入分散劑、石墨烯氧化銅和氧化鎂，再磁力攪拌3h后烘干，研磨過篩；
S4：將S3所得物造粒，熱壓成型得到改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷內(nèi)襯材料。
優(yōu)選地，所述S1中球磨的料水比為1:2.5，研磨球為ZrO2，大球：中球：小球=1:3:4，轉(zhuǎn)速為400r/min，球磨時間為4~8h。
優(yōu)選地，所述S3中過300目篩。
優(yōu)選地，所述S4中得到的改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷表面包覆一層ZrTiO4或TN-62耐磨材料。
一種改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷內(nèi)襯材料的制備方法，由以下步驟制得：
S1：向NaOH和KOH溶液中加入氧化鋯、氧化錫和二氧化鈦，將反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)器中，在溫度為220℃~280℃、壓力為150Pa~280Pa，處理0.5h~6h；
S2:烘干S1所得物，研磨過200篩后，加入石墨烯、硅烷偶聯(lián)劑、分散劑、氧化銅和氧化鎂
，溶劑NaOH和KOH的濃度為5-11mol/L，將反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)器中，反應(yīng)溫度為150-180℃，保溫時間為5-12小時；
S3：將S2所得物倒入圓皿，放入烘箱在100℃下烘干；
S4：將S3所得物加入PVA造粒，在馬弗爐中高溫?zé)Y(jié)得到改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷內(nèi)襯材料。
優(yōu)選地，所述S4中燒結(jié)制度為：以3℃/min升高到850℃，保溫4h，再以2℃/min升高到1250℃，保溫6h，以4℃/min降溫到1100℃，隨爐冷卻。
優(yōu)選地，所述S4中得到的改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷表面包覆一層ZrTiO4或TN-62耐磨材料。
本發(fā)明的有益效果：CuO-MgO改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷內(nèi)襯材料具有耐磨、耐腐蝕、防結(jié)蠟的特點，并且使用壽命長，具有良好的耐高低溫等性能，制備工藝過程環(huán)保，對環(huán)境無污染，生產(chǎn)效率高，純度好。CuO和MgO作為燒結(jié)助劑，能夠降低(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷的燒結(jié)溫度。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：
實施例1
改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷內(nèi)襯材料通過下列步驟制備：
S1:按化學(xué)計量比稱取35份氧化鋯、55份氧化錫和40份二氧化鈦，將其放入尼龍罐中，以蒸餾水為介質(zhì)進(jìn)行球磨，其中球磨的料水比為1:2.5，研磨球為ZrO2，大球：中球：小球=1:3:4，轉(zhuǎn)速為400r/min，球磨時間為4h；
S2：將S1所得物倒入直徑200mm的圓皿，放入烘箱在100℃下烘干；
S3：將S2所得物研磨過篩后溶于無水乙醇，磁力攪拌2h，加入1份γ-氨丙基三乙氧基硅烷攪拌30min，加入3份SP-712水性分散劑、4份石墨烯、2份氧化銅和1份氧化鎂，再磁力攪拌3h后烘干，研磨過300目篩；
S4：向S3所得物加入7%PVA造粒，熱壓成型得到CuO-MgO改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷內(nèi)襯材料，熱壓燒結(jié)制度為以2℃/min升高到1250℃，保壓4h，隨爐冷卻，壓力為20MPa/cm2的壓力。
本實施例中的γ-氨丙基三乙氧基硅烷也可以替換為乙烯基三甲氧基硅烷、γ-2,3-環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、二氯甲基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-巰丙基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
本實施例的發(fā)明材料經(jīng)過測試，硬度為1578HV，孔隙率為0.4%，斷裂拉伸強(qiáng)度為6.7 MPa/m2。
實施例2
改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷內(nèi)襯材料通過下列步驟制備：
S1:按化學(xué)計量比稱取45份氧化鋯、65份氧化錫和60份二氧化鈦，將其放入尼龍罐中，以蒸餾水為介質(zhì)進(jìn)行球磨，其中球磨的料水比為1:2.5，研磨球為ZrO2，大球：中球：小球=1:3:4，轉(zhuǎn)速為400r/min，球磨時間為8h；
S2：將S1所得物倒入直徑200mm的圓皿，放入烘箱在100℃下烘干；
S3：將S2所得物研磨過篩后溶于無水乙醇，磁力攪拌2h，加入3份γ-2,3-環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷，攪拌30min，加入7份SP-710分散劑、8份石墨烯、6份氧化銅和5份氧化鎂，再磁力攪拌3h后烘干，研磨過300目篩；
S4：向S3所得物加入7%PVA造粒，熱壓成型得到CuO-MgO改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷內(nèi)襯材料，熱壓燒結(jié)制度為以2℃/min升高到1250℃，保壓4h，隨爐冷卻，壓力為30MPa/cm2的壓力。
本實施例中的γ-2,3-環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷也可以替換為γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、二氯甲基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-巰丙基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
本實施例的發(fā)明材料經(jīng)過測試，硬度為1567HV，孔隙率為0.3%，斷裂拉伸強(qiáng)度為6.5 MPa/m2。
實施例3
改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷內(nèi)襯材料通過下列步驟制備：
S1:按化學(xué)計量比稱取40份氧化鋯、60份氧化錫和50份二氧化鈦，將其放入尼龍罐中，以蒸餾水為介質(zhì)進(jìn)行球磨，其中球磨的料水比為1:2.5，研磨球為ZrO2，大球：中球：小球=1:3:4，轉(zhuǎn)速為400r/min，球磨時間為4~8h；
S2：將S1所得物倒入直徑200mm的圓皿，放入烘箱在100℃下烘干；
S3：將S2所得物研磨過篩后溶于無水乙醇，磁力攪拌2h，加入2份硅烷偶聯(lián)劑，攪拌30min，加入5份SP-712水性分散劑、6份石墨烯、4份氧化銅和3份氧化鎂，再磁力攪拌3h后烘干，研磨過300目篩；
S4：向S3所得物加入7%PVA造粒，熱壓成型得到CuO-MgO改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷內(nèi)襯材料，熱壓燒結(jié)制度為以2℃/min升高到1250℃，保壓4h，隨爐冷卻，壓力為25MPa/cm2的壓力。
本實施例中的硅烷偶聯(lián)劑可以為γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-2,3-環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、二氯甲基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-巰丙基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的任意一種。
本實施例的發(fā)明材料經(jīng)過測試，硬度為1572HV，孔隙率為0.3%，斷裂拉伸強(qiáng)度為6.9 MPa/m2。
實施例4
改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷內(nèi)襯材料通過下列步驟制備：
S1:按化學(xué)計量比稱取37份氧化鋯、58份氧化錫和49份二氧化鈦，將其放入尼龍罐中，以蒸餾水為介質(zhì)進(jìn)行球磨，其中球磨的料水比為1:2.5，研磨球為ZrO2，大球：中球：小球=1:3:4，轉(zhuǎn)速為400r/min，球磨時間為4~8h；
S2：將S1所得物倒入直徑200mm的圓皿，放入烘箱在100℃下烘干；γ-2,3-環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷，攪拌30min，加入4份SP-712水性分散劑、5份石墨烯、3份氧化銅和2份氧化鎂，再磁力攪拌3h后烘干，研磨過300目篩；
S4：向S3所得物加入7%PVA造粒，熱壓成型得到CuO-MgO改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷內(nèi)襯材料，熱壓燒結(jié)制度為以2℃/min升高到1250℃，保壓4h，隨爐冷卻，壓力為23MPa/cm2的壓力；
S5：向S4所得陶瓷表面包覆一層ZrTiO4或TN-62耐磨材料。
本實施例中的γ-2,3-環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷也可以替換為γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、二氯甲基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-巰丙基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
本實施例的發(fā)明材料經(jīng)過測試，硬度為1592HV，孔隙率為0.2%，斷裂拉伸強(qiáng)度為7.8 MPa/m2。
實施例5
改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷內(nèi)襯材料通過下列步驟制備：
S1：向濃度為5mol/L的NaOH和KOH溶液中加入35份氧化鋯、55份氧化錫和40份二氧化鈦，將反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)器中，在溫度為220℃、壓力為150PaPa，處理0.5h；
S2:烘干S1所得物，研磨過200篩后，加入4份石墨烯、1份乙烯基三甲氧基硅烷、2份氧化銅和1份氧化鎂，溶劑NaOH和KOH的濃度為5mol/L，將反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)器中，反應(yīng)溫度為150℃，保溫時間為5小時；
S3：將S2所得物倒入圓皿，放入烘箱在100℃下烘干；
S4：將S3所得物加入6%PVA造粒，在馬弗爐中高溫?zé)Y(jié)得到CuO-MgO改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷內(nèi)襯材料，其燒結(jié)制度為：以3℃/min升高到850℃，保溫4h，再以2℃/min升高到1250℃，保溫6h，以4℃/min降溫到1100℃，隨爐冷卻。
本實施例中的乙烯基三甲氧基硅烷也可以替換為γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-2,3-環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、二氯甲基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-巰丙基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
本實施例的發(fā)明材料經(jīng)過測試，硬度為1566HV，孔隙率為0.4%，斷裂拉伸強(qiáng)度為6.3MPa/m2。
實施例6
改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷內(nèi)襯材料通過下列步驟制備：
S1：向濃度為11mol/L的NaOH和KOH溶液中加入45份氧化鋯、65份氧化錫和60份二氧化鈦，將反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)器中，在溫度為280℃、壓力為280Pa，處理6h；
S2:烘干S1所得物，研磨過200篩后，加入8份石墨烯、3份γ-巰丙基三乙氧基硅烷、7份SP-710分散劑、6份氧化銅和5份氧化鎂，溶劑NaOH和KOH的濃度為11mol/L，將反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)器中，反應(yīng)溫度為180℃，保溫時間為12小時；
S3：將S2所得物倒入圓皿，放入烘箱在100℃下烘干；
S4：將S3所得物加入6%PVA造粒，在馬弗爐中高溫?zé)Y(jié)得到CuO-MgO改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷內(nèi)襯材料，其燒結(jié)制度為：以3℃/min升高到850℃，保溫4h，再以2℃/min升高到1250℃，保溫6h，以4℃/min降溫到1100℃，隨爐冷卻。
本實施例中的γ-巰丙基三乙氧基硅烷也可以替換為乙烯基三甲氧基硅烷、γ-2,3-環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、二氯甲基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-巰丙基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
本實施例的發(fā)明材料經(jīng)過測試，硬度為1559HV，孔隙率為0.2%，斷裂拉伸強(qiáng)度為6.9MPa/m2。
實施例7
改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷內(nèi)襯材料通過下列步驟制備：
S1：向濃度為8mol/L的NaOH和KOH溶液中加入40份氧化鋯、60份氧化錫和50份二氧化鈦，將反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)器中，在溫度為250℃、壓力為230Pa，處理3.5h；
S2:烘干S1所得物，研磨過200篩后，加入6份石墨烯、2份硅烷偶聯(lián)劑、5份SP-710分散劑、4份氧化銅和3份氧化鎂，溶劑NaOH和KOH的濃度為8mol/L，將反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)器中，反應(yīng)溫度為150-180℃，保溫時間為9小時；
S3：將S2所得物倒入圓皿，放入烘箱在100℃下烘干；
S4：將S3所得物加入6%PVA造粒，在馬弗爐中高溫?zé)Y(jié)得到CuO-MgO改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷內(nèi)襯材料，其燒結(jié)制度為：以3℃/min升高到850℃，保溫4h，再以2℃/min升高到1250℃，保溫6h，以4℃/min降溫到1100℃，隨爐冷卻。
其中，上述硅烷偶聯(lián)劑為γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-2,3-環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、二氯甲基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-巰丙基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的任意一種。
本實施例的發(fā)明材料經(jīng)過測試，硬度為1563HV，孔隙率為0.3%，斷裂拉伸強(qiáng)度為6.8MPa/m2。
實施例8
改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷內(nèi)襯材料通過下列步驟制備：
S1：向濃度為9mol/L的NaOH和KOH溶液中加入42份氧化鋯、62份氧化錫和57份二氧化鈦，將反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)器中，在溫度為260℃、壓力為260Pa，處理5h；
S2:烘干S1所得物，研磨過200篩后，加入7份石墨烯、3份硅N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、5份氧化銅和4份氧化鎂，溶劑NaOH和KOH的濃度為10mol/L，將反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)器中，反應(yīng)溫度為170℃，保溫時間為10小時；
S3：將S2所得物倒入圓皿，放入烘箱在100℃下烘干；
S4：將S3所得物加入6%PVA造粒，在馬弗爐中高溫?zé)Y(jié)得到CuO-MgO改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷內(nèi)襯材料，其燒結(jié)制度為：以3℃/min升高到850℃，保溫4h，再以2℃/min升高到1250℃，保溫6h，以4℃/min降溫到1100℃，隨爐冷卻；
S5：向S4所得改性(Zr0.4Sn0.6)TiO4陶瓷表面包覆一層ZrTiO4或TN-62耐磨材料。
本實施例的發(fā)明材料經(jīng)過測試，硬度為1583HV，孔隙率為0.1%，斷裂拉伸強(qiáng)度為8.4MPa/m2。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。