專利名稱：浸入式熱浸鍍復(fù)合陶瓷保護(hù)管及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種浸入式熱浸鍍復(fù)合陶瓷保護(hù)管的結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)：
在熱浸鍍(Zn、Al)行業(yè)，壓鑄(Al，Zn，Mg等)行業(yè)，其熱浸鍍?cè)O(shè)備和壓鑄機(jī)邊熔化保溫爐主要采用外熱式，采用煤、油、氣等作熱源和鋼鐵坩堝熔池。加熱設(shè)備的主要問題為(1)熱效率低，一般僅20～30％，能耗大，環(huán)境污染大。(2)由于高溫金屬液體(Al，Zn，Mg等)與鋼鐵坩堝發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成爐渣與爐灰，不僅坩堝壽命短(數(shù)月)，還大量損失原料金屬(Al，Zn，Mg)。(3)由于控溫難度大，爐渣爐灰多，造成產(chǎn)品質(zhì)量問題。為了克服上述缺點(diǎn)，人們采用陶瓷坩堝，并采用具有陶瓷保護(hù)管的加熱元件來加熱陶瓷坩堝中金屬的浸入式(內(nèi)熱式)方法，其熱效率可達(dá)70～80％以上，陶瓷坩堝壽命可達(dá)10年。其核心技術(shù)為加熱元件的陶瓷保護(hù)管。它要求保護(hù)管材料與金屬液體(Al，Zn，Mg)不浸潤(rùn)、不泄漏、不腐蝕，熱震抗力高，激冷激熱不開裂，熱導(dǎo)性好，強(qiáng)度高，壽命長(zhǎng)。
國(guó)內(nèi)外通過數(shù)十年的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)單一材料金屬或陶瓷制作內(nèi)加熱保護(hù)管。如難熔難蝕金屬、SiC，Si3N4，Sialon，Al2O3，ZrO2等常用先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷，均難以滿足上述綜合性能。


發(fā)明內(nèi)容
為解決采用單一金屬或陶瓷制作內(nèi)加熱保護(hù)管所存在的問題，本發(fā)明提供了一種復(fù)合型陶瓷保護(hù)管及制備方法， 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的 一種浸入式熱浸鍍復(fù)合陶瓷保護(hù)管，包括一端封閉的復(fù)合SiC陶瓷質(zhì)外管，該外管外壁設(shè)有復(fù)合Si3N4涂覆層，該外管內(nèi)設(shè)有SiC或AlN基陶瓷質(zhì)內(nèi)管，所述內(nèi)管一端用于安裝伸入其中的發(fā)熱元件；內(nèi)管的另一端外部形狀剛好與外管封閉一端的內(nèi)部形狀相吻合；所述外管與內(nèi)管間為低熔點(diǎn)陶瓷釉粘結(jié)過渡層。
前述浸入式熱浸鍍復(fù)合陶瓷保護(hù)管的制備方法，包括下述步驟 (1)用復(fù)合SiC陶瓷材料以等靜壓成型法制備一端封閉的外管素坯； (2)在外管素坯上涂敷復(fù)合Si3N4涂覆層，涂覆層隨外管素坯一起在氮?dú)獗Ｗo(hù)下1450～1600℃燒結(jié)得復(fù)合SiC陶瓷質(zhì)外管； (3)用SiC或AlN基陶瓷材料以擠壓或等靜壓成型法制備一端封閉的內(nèi)管素坯，1450～1600℃反應(yīng)燒結(jié)得SiC或AlN基陶瓷質(zhì)內(nèi)管，該陶瓷質(zhì)內(nèi)管一端的外部形狀剛好與陶瓷質(zhì)外管封閉一端的內(nèi)部形狀相吻合； (4)將低熔點(diǎn)陶瓷釉涂敷在步驟(2)所得復(fù)合SiC陶瓷質(zhì)外管內(nèi)或步驟(3)所得內(nèi)管外，將內(nèi)管裝配進(jìn)外管中后，于700℃～800℃熱處理，將內(nèi)管牢固粘接在外管中制得復(fù)合陶瓷保護(hù)管。
上述方法中，所述復(fù)合SiC陶瓷材料按質(zhì)量百分比，包括下述組分SiC40～70％；Al2O35～10％；CaO5～10％；C10～50％。所述復(fù)合Si3N4涂覆層按質(zhì)量百分比，包括下述組分Si3N450～85％；Al2O35～20％；Y2O310～30％。所述SiC陶瓷基材料按質(zhì)量百分比，包括下述組分SiC70～85％；Al2O35～10％；Si 5～10％；C5～10％。所述AlN陶瓷基材料按質(zhì)量百分比，包括下述組分AlN70～85％；Al2O310～20％；Y2O35～10％。所述低熔點(diǎn)陶瓷釉按質(zhì)量百分比，包括下述組分SiO260～70％；Al2O37～10％；B2O35～10％；K2O+Na2O5～8％；CaO 5～10％；ZnO3～7％。
本發(fā)明復(fù)合陶瓷保護(hù)管的陶瓷外管采用不浸潤(rùn)、不滲漏、不腐蝕抗急冷急熱不開裂的復(fù)合SiC材料制備并外覆表面涂覆，陶瓷內(nèi)管采用耐高溫，抗氧化、高強(qiáng)、高導(dǎo)熱的AlN或SiC基材料制備，并通過內(nèi)、外管間低熔點(diǎn)陶瓷釉粘結(jié)過渡層，能夠很好封堵外管較高的孔隙率，保證內(nèi)、外管的良好結(jié)合。通過內(nèi)外兩種不同材料陶瓷的復(fù)合可以滿足保護(hù)管與金屬液體不浸潤(rùn)、不泄漏、不腐蝕，熱震抗力高，激冷激熱不開裂，熱導(dǎo)性好等綜合性能的要求，具有強(qiáng)度高，壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。



圖1為本發(fā)明復(fù)合陶瓷保護(hù)管的結(jié)構(gòu)圖。圖中1、外管；2、內(nèi)管；3、粘結(jié)過渡層；4、外管表面涂覆層；5、發(fā)熱元件。

具體實(shí)施例方式 以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
如圖1所示，本發(fā)明浸入式熱浸鍍復(fù)合陶瓷保護(hù)管，包括一端封閉的復(fù)合SiC陶瓷質(zhì)外管1，該外管外設(shè)有復(fù)合Si3N4涂覆層4，該外管內(nèi)粘接有SiC或AlN陶瓷質(zhì)內(nèi)管2，該內(nèi)管一端外部形狀剛好與外管1封閉一端的內(nèi)部形狀相吻合，內(nèi)管2中可安裝發(fā)熱元件5，發(fā)熱元件可采用硅碳棒或硅鉬棒。外管與內(nèi)管間粘結(jié)過渡層3為低熔點(diǎn)陶瓷釉。
陶瓷外管1由于要與高溫金屬(Al，Zn，Mg)液體直接接觸，因此要求材質(zhì)具備耐熔融金屬腐蝕，壽命長(zhǎng)、不浸潤(rùn)、不滲漏、抗熱震、不開裂。
根據(jù)以上要求，本發(fā)明外管1材質(zhì)采用復(fù)合SiC材料，其具體實(shí)施例組成及制備工藝如表1所示。
表1外管陶瓷配方
為提高外管1抗金屬浸潤(rùn)與熔滲，本發(fā)明外管上的復(fù)合Si3N4涂覆層4的具體實(shí)施例如表2所示。涂覆層4是在外管1成型后的素胚上進(jìn)行，涂敷后隨外管1一起燒結(jié)。
表2外管外表面涂覆層配方(質(zhì)量％) 陶瓷內(nèi)管2中要安裝發(fā)熱元件5，所以要求材質(zhì)具備耐高溫、抗氧化、為此，本發(fā)明內(nèi)管1材質(zhì)采用SiC或復(fù)合AlN材料，其具體實(shí)施例組成及制備工藝如表3所示。
為了保證外管1與內(nèi)管2的良好結(jié)合，彌補(bǔ)外管尚存在的較高的孔隙率，內(nèi)管2與外管1的粘結(jié)過渡層3采用能夠封孔的低熔點(diǎn)陶瓷釉材料，其具體配方如表4所示。將表中陶瓷釉涂在內(nèi)管外或外管內(nèi)，將內(nèi)管裝配進(jìn)外管中后，于700℃～800℃熱處理，便可封孔和將內(nèi)管2牢固復(fù)合在外管1中。
表3內(nèi)管陶瓷配方
表4粘結(jié)過渡層配方(質(zhì)量％) 將組成為“外1”的外管(涂覆層為“涂1”)通過粘結(jié)過渡層“釉1”與組成為“內(nèi)1”的內(nèi)管復(fù)合制成復(fù)合管1。
將組成為“外2”的外管(涂覆層為“涂2”)通過粘結(jié)過渡層“釉2”與組成為“內(nèi)2”的內(nèi)管復(fù)合制成復(fù)合管。
將組成為“外3”的外管(涂覆層為“涂3”)通過粘結(jié)過渡層“釉1”與組成為“內(nèi)3”的內(nèi)管復(fù)合制成復(fù)合管3。
以上三種復(fù)合陶瓷保護(hù)管的性能參見表5 表5本發(fā)明復(fù)合陶瓷保護(hù)管性能測(cè)試結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種浸入式熱浸鍍復(fù)合陶瓷保護(hù)管，其特征在于，包括一端封閉的復(fù)合SiC陶瓷質(zhì)外管，該外管外壁設(shè)有復(fù)合Si3N4涂覆層，該外管內(nèi)設(shè)有SiC或AlN基陶瓷質(zhì)內(nèi)管，所述內(nèi)管一端用于安裝伸入其中的發(fā)熱元件；內(nèi)管的另一端外部形狀剛好與外管封閉一端的內(nèi)部形狀相吻合；所述外管與內(nèi)管間為低熔點(diǎn)陶瓷釉粘結(jié)過渡層。
2.一種權(quán)利要求1所述浸入式熱浸鍍復(fù)合陶瓷保護(hù)管的制備方法，其特征在于，包括下述步驟
(1)用復(fù)合SiC陶瓷材料以等靜壓成型法制備一端封閉的外管素坯；
(2)在外管素坯上涂敷復(fù)合Si3N4涂覆層，涂覆層隨外管素坯一起在氮?dú)獗Ｗo(hù)下1450～1600℃燒結(jié)得復(fù)合SiC陶瓷質(zhì)外管；
(3)用SiC或AlN基陶瓷材料以擠壓或等靜壓成型法制備一端封閉的內(nèi)管素坯，1450～1600℃反應(yīng)燒結(jié)得SiC或AlN基陶瓷質(zhì)內(nèi)管，該陶瓷質(zhì)內(nèi)管一端的外部形狀剛好與陶瓷質(zhì)外管封閉一端的內(nèi)部形狀相吻合；
(4)將低熔點(diǎn)陶瓷釉涂敷在步驟(2)所得外管內(nèi)或步驟(3)所得內(nèi)管外，將內(nèi)管裝配進(jìn)外管中后，于700℃～800℃熱處理，將內(nèi)管牢固粘接在外管中制得復(fù)合陶瓷保護(hù)管。
3.如權(quán)利要求2所述浸入式熱浸鍍復(fù)合陶瓷保護(hù)管的制備方法，其特征在于，所述復(fù)合SiC陶瓷材料按質(zhì)量百分比，包括下述組分SiC40～70％；Al2O35～10％；CaO5～10％；C10～50％。
4.如權(quán)利要求3所述浸入式熱浸鍍復(fù)合陶瓷保護(hù)管的制備方法，其特征在于，所述復(fù)合Si3N4涂覆層按質(zhì)量百分比，包括下述組分Si3N450～85％；Al2O35～20％；Y2O310～30％。
5.如權(quán)利要求2所述浸入式熱浸鍍復(fù)合陶瓷保護(hù)管的制備方法，其特征在于，所述SiC陶瓷基材料按質(zhì)量百分比，包括下述組分SiC70～85％；Al2O35～10；Si 5～10％；C5～10％。
6.如權(quán)利要求2所述浸入式熱浸鍍復(fù)合陶瓷保護(hù)管的制備方法，其特征在于，所述AlN陶瓷基材料按質(zhì)量百分比，包括下述組分AlN70～85％；Al2O310～20％；Y2O35～10％。
7.如權(quán)利要求2～6之一所述浸入式熱浸鍍復(fù)合陶瓷保護(hù)管的制備方法，其特征在于，所述低熔點(diǎn)陶瓷釉按質(zhì)量百分比，包括下述組分SiO2 60～70％；Al2O3 7～10％；B2O3 5～10％；K2O+Na2O 5～8％；CaO 5～10％；ZnO 3～7％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種浸入式熱浸鍍復(fù)合陶瓷保護(hù)管及其制備方法，用復(fù)合SiC陶瓷材料先制備一端封閉的外管素坯；在外管素坯上涂敷復(fù)合Si3N4涂覆層，涂覆層隨外管素坯一起在氮?dú)獗Ｗo(hù)下燒結(jié)得復(fù)合SiC陶瓷質(zhì)外管；接著用SiC或AlN基陶瓷材料制備一端封閉的內(nèi)管素坯，反應(yīng)燒結(jié)得SiC或AlN基陶瓷質(zhì)內(nèi)管；將低熔點(diǎn)陶瓷釉涂敷在外管內(nèi)或內(nèi)管外，將內(nèi)管裝配進(jìn)外管中進(jìn)行熱處理，將內(nèi)管牢固粘接在外管中制得復(fù)合陶瓷保護(hù)管。本發(fā)明通過內(nèi)外兩種不同材料陶瓷的復(fù)合可以滿足保護(hù)管與金屬液體不浸潤(rùn)、不泄漏、不腐蝕，熱震抗力高，激冷激熱不開裂，熱導(dǎo)性好等綜合性能的要求，具有強(qiáng)度高，壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C04B41/85GK101765255SQ201010104190
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2010年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月2日
發(fā)明者金志浩, 楊萬利, 李紅偉, 喬冠軍, 金海云 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)