一種高抗熱震碳化硅復合陶瓷換熱器管及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種高抗熱震碳化娃復合陶瓷換熱器管及其制備方法，屬于陶瓷制備
技術領域。
【背景技術】
[0002] 換熱器管是換熱器的核屯、部件，其熱導率的高低決定著換熱器換熱效率的高低， 其耐腐蝕性決定著換熱器耐腐蝕性，其耐高溫性影響著換熱器的耐高溫性，其抗熱震性能 的好壞將直接影響著換熱器的使用壽命。
[0003] 陶瓷W高硬度、高強度、耐高溫、耐腐蝕及良好的化學穩(wěn)定性等優(yōu)點而備受人們青 睞，尤其是在高溫工程領域有著廣泛的應用，如高溫害具、發(fā)動機滿輪片、高溫軸承、燃氣噴 管、高溫過濾器、陶瓷隔熱瓦、陶瓷換熱器等，陶瓷材料主要是由離子鍵、共價鍵，或者他們 的混合鍵組成。陶瓷材料再生產和使用過程中都要受到一定溫度變化的影響，只是溫度驟 變的程度各不相同，材料承受溫度驟變而不致破壞的能力稱之為抗熱震性或抗熱沖擊性。 陶瓷材料最明顯的弱點是脆性大，也即抗熱震性差，而且導熱性能差、彈性模量大，容易導 致材料的失效或破壞。
[0004] 目前，換熱器管的材質為不誘鋼、碳質和陶瓷材料等。不誘鋼材質換熱管使用溫度 低于800°C，耐酸堿腐蝕性差;石墨耐腐蝕性好但熱導率低、強度低、抗氧化性能差，運使得 碳質材料換熱管換熱效率低，易損壞，而且不能在高溫氧化氣氛下使用，一般在低溫環(huán)境獲 保護氣氛下的高溫環(huán)境應用。陶瓷換熱管具有高溫強度高，抗氧化、抗熱震性能好、壽命長 等優(yōu)點，因而廣泛用于冶金、石化、食品、制藥等行業(yè)。目前產用制作陶瓷換熱管的陶瓷材料 主要有堇青石、莫來石、高侶石、焦寶石、碳化娃等，由于堇青石、莫來石、高侶石、焦寶石等 材料制備的換熱器管抗熱震性能差、耐腐蝕性能差的問題。
[0005] 因此，研究一種兼具抗熱震性及耐腐蝕性的換熱器管是目前陶瓷換熱器管需要解 決的一個技術難題。

【發(fā)明內容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種高抗熱震碳化娃復合陶瓷換熱器管，該方 法具有具有制備工藝簡單、生產效率高、成本低，生產的產品具有熱導率高、耐腐蝕、耐高 溫、抗熱震性好、熱膨脹系數(shù)低的特性，可廣泛用于冶金、電力、化工等強腐蝕性液體的換熱 領域。
[0007] 本發(fā)明的技術方案為：
[000引一種高抗熱震碳化娃復合陶瓷換熱器管，采用碳化娃泥料為原料制得，所述的碳 化娃泥料原料組分及其重量百分比組成如下：碳化娃微粉50%~70%、短切碳纖維10%~ 20%、炭黑2%~9%、石墨3%~10%、粘合劑2%~9%，潤滑劑0.5%~2%，去離子水8%~ 20%，各組分重量百分比之和為100%。
[0009]本發(fā)明優(yōu)選的，所述的粘合劑為聚乙締醇、聚乙二醇或甲基纖維素中的一種或兩 種w上的混合物。
[0010] 本發(fā)明優(yōu)選的，所述的潤滑劑為甘油、油酸或植物油中的一種或兩種W上的混合 物。
[0011] 本發(fā)明優(yōu)選的，所述的潤滑劑為甘油和/或油酸。
[0012] 本發(fā)明優(yōu)選的，所述的植物油為花生油?；ㄉ蜑楝F(xiàn)有技術，市售產品。
[0013] 本發(fā)明優(yōu)選的，所述的碳化娃泥料原料組分及其重量百分比組成如下：碳化娃微 粉55 %~65 %、短期碳纖維12%~18%、炭黑3%~8 %、石墨4 %~9 %、粘合劑3 %~8 %，潤 滑劑0.5 %~2%，去離子水8 %~20 %。
[0014] 本發(fā)明優(yōu)選的，所述的短切碳纖維直徑為6~20μπι，平均長度為3~10mm。
[0015] 本發(fā)明優(yōu)選的，所述的短切碳纖維按如下處理方法得到，將短切碳纖維于1200~ 1800°C的氣氣氣氛中進行熱處理，W去除表面金屬離子及雜質，然后用丙酬在超聲波中清 洗至表面無膠，清洗完后在烘箱中烘至丙酬完全揮發(fā);然后處理后的短切碳纖維于分散劑 溶液中浸泡10~25小時后，用蒸饋水清洗凈后烘干，即得。
[0016] 本發(fā)明優(yōu)選的，碳化娃微粉的粒徑為1 -10微米，炭黑、石墨的粒徑為1 -100納米。
[0017] 組成本發(fā)明碳化娃泥料的配伍，碳化娃微粉、短切碳纖維、炭黑、石墨、粘合劑、潤 滑劑和去離子水:選取潤滑劑為甘油、油酸或植物油中的一種或兩種W上的混合物，潤滑劑 為甘油、油酸或植物油中的一種或兩種W上的混合物，在此混合物中，碳化娃微粉、炭黑、石 墨均勻分散在短切碳纖維周圍，確保燒成后復合陶瓷材料體積密度、硬度、強度、熱導率等 性能的均勻統(tǒng)一，均勻分散的炭黑石墨為換熱器管反應燒結提供主要碳源，粘合劑起到粘 結粉料和碳纖維的作用，同時在燒結過程中為換熱器管反應燒結提供輔助碳源。去離子水 起到增加混合物流動性能，便于擠出。潤滑劑在混合物擠出過程中起到潤滑的作用，提高擠 出效率，降低模具磨損。經反應燒結后的復合陶瓷由于短切碳纖維的存在，為復合陶瓷基體 引入了一定量的微裂紋和氣孔，運些微裂紋的存在分散和消耗了材料受到熱沖擊時的熱彈 性應變能，而氣孔的存在有利于應力的松弛，大大提高了陶瓷換熱器管的高抗熱震性。
[0018] 上述高抗熱震碳化娃復合陶瓷換熱器管的制備方法，步驟如下：
[0019] (1)短切碳纖維預處理:將短切碳纖維于1200~1800°C的氣氣氣氛中進行熱處理， W去除表面金屬離子及雜質，然后用丙酬在超聲波中清洗至表面無膠，清洗完后在烘箱中 烘至丙酬完全揮發(fā);然后處理后的短切碳纖維于分散劑溶液中浸泡10~25小時后，用蒸饋 水清洗凈后烘干，即得處理后短切碳纖維；
[0020] (2)混料:按配比取原料混合均勻，得混合泥料；
[0021] (3)煉泥：將混合泥料于真空條件下煉制l-4h，煉制溫度為10-60°C，真空度為 0.06-0.1 MPa，得煉制后的泥料；
[0022] (4)陳化:將煉制后的泥料于無氧條件下密封陳化2-7天；
[0023] (5)擠出：將陳化后的泥料裝入擠出機中真空擠出成型，得換熱器管生巧；
[0024] (6)干燥:將換熱器管生巧干燥后置于真空反應燒結爐中進行燒結，下面鋪金屬娃 粒，娃粒的用量為巧體質量的0.5-1.5倍，升溫至1530-1760°(：保溫30-180111111，燒結過程中 通入氣氣作為保護氣體，冷卻至室溫，即得本發(fā)明的高抗熱震碳化娃復合陶瓷換熱器管。
[0025] 本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(2)中，所述的混合分為干混和濕混，碳化娃微粉、處理后短切 碳纖維、炭黑、石墨、粘合劑先干混1-化;然后將潤滑劑、去離子水分批加入混料機中繼續(xù)濕 混6-1化。
[0026] 優(yōu)選的，干混時間為1.5-地，濕混時間6-lOh。
[0027] 本發(fā)明優(yōu)選的，步驟（3 )，煉制時間為1.5-3 .化，煉制溫度為15-55 °C，真空度為 0.08-0.09MPa〇
[0028] 本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(4)，陳化時間為3-6天。
[0029] 本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(5)中，擠出壓力為8-24MPa，真空度為0.06-0.1M化;優(yōu)選的， 擠出壓力為l〇-22MPa，真空度為0.0 S-O. 〇9MPa。
[0030] 本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(6)中，所述的干燥為采用微波干燥，干燥溫度為50-90°C，干 燥時間為2-6小時，微波頻率300-1500MHZ;優(yōu)選的，微波干燥溫度為60-80°C，微波干燥時間 為2.5-化，微波頻率915M監(jiān)。
[0031] 本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(6)中，金屬娃粒的用量為換熱器管生巧質量的0.6-1.2倍。
[0032] 本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(6)中，燒結溫度為1580-1730°C，保溫時間60-120min，升溫速 率2-40°C/min，優(yōu)選的，升溫速率為10-30°C/min。
[0033] 本發(fā)明的有益效果
[0034] 1、本發(fā)明采用碳化娃泥料為制備原料，經干混、濕混、煉泥、擠出、干燥、燒結，制得 的高抗熱震碳化娃復合陶瓷換熱器管生產效率高、成本低，價格低廉，可W連續(xù)化生產。
[0035] 2、本發(fā)明采用碳化娃泥料作為制備原料，選用擠出成型機成型代替注漿誘筑成 型，效率明顯提高，適合連續(xù)生產，制得的換熱器管壁厚均勻，密度、硬度、強度、熱導率等性 能均勻統(tǒng)一。
[0036] 3、本發(fā)明制備出的碳化娃陶瓷換熱器管體積密度在3.00g/cm3W上，抗熱震性 (1100°C，空冷)10次循環(huán)W上，輕質且高致密度，換熱性能好。
【具體實施方式】
[0037] 下面結合實施例對本發(fā)明作進一步限定，但不限于此。
[0038] 實施例中采用的原料碳化娃微粉、短切碳纖維、炭黑、石墨、粘合劑、潤滑劑、去離 子水均為市售原料。
[0039] 實施例中的混料機，購自萊州華天化工設備有限公司，型號NH-500;真空煉泥機、 真空擠出機購自溜博浩威誠機械制造有限公司；微波干燥機購自溜博金蝶陶瓷機械廠;燒 結爐，購自沈陽沈真真空技術有限責任公司，型號為VQS系列高溫真空燒結爐。
[0040] 實施例1
[0041] -種高抗熱震碳化娃復合陶瓷換熱器管，采用碳化娃泥料為原料制得，所述的碳 化娃泥料原料組分及其重量百分比組成如下:碳化娃微粉55%、短切碳纖維15%、炭黑5%、 石墨4%、聚乙締醇3%，甘油0.5%，去離子水17.5%。
[0042] 制備方法步驟如下：
[0043] (1)短切碳纖維預處理:將短切碳纖維于1600°C的氣氣氣氛中進行熱處理，W去除 表面金屬離子及雜質，然后用丙酬在超聲波中清洗至表面無膠，清洗完后在烘箱中烘至丙 酬完全揮發(fā);然后處理后的短切碳纖維于分散劑溶液中浸泡20小時后，用蒸饋水清洗凈后 烘干，即得處理后短切碳纖維；
[0044] (2)混料:將碳化娃微粉、處理后短切碳纖維、炭黑、石墨、粘合劑填入混料機中干 混1.化;將潤滑劑、去離子水分批加入混料機中繼續(xù)混制化；
[0045] (3)煉泥:將混好的泥料轉移至煉泥機中真空條件下煉制1.化，煉制溫度為20°C， 真空度為O.OSMPa;
[0046] (4)陳化:將煉制好的泥料裝入料罐中密封陳化3天；
[0047] (5)擠出：將陳化好的泥料裝入擠出機中真空擠出成型，擠出壓力為lOMPa，真空度 為0.08M化；
[004引（6)干燥:將擠出成型的碳化娃換熱器管轉移至微波干燥機中干燥，溫度為60°C， 干燥時間為2小時；
[0049] (7)燒結:將干燥后的碳化娃換熱器管巧體置于真空反應燒結爐中，下面鋪金屬娃 粒，娃粒的用量為巧體質量的1.2倍，升溫至燒結溫度1580°C保溫120min，燒結過程中通入 氣氣作為保護氣體，所述的升溫速率為l〇°C/min,自然降溫后得本發(fā)明的高抗熱震碳化娃 復合陶瓷換熱器管，體積密度為3.01g/cm3,抗熱震性(llOOr，空冷)20次循環(huán)無開裂。
[00加]實施例2
[0051] -種高抗熱震碳化娃復合陶瓷換熱器管，采用碳化娃泥料為原料制得，所述