專利名稱：一種用于自蔓延高溫合成制備陶瓷內(nèi)襯鋼管的添加劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于自蔓延技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種用于自蔓延高溫合成制備陶瓷內(nèi)襯鋼管的添加劑。
背景技術(shù)：
自蔓延高溫合成(Self-propagating High-temperature Synthesis，縮寫SHS)，是利用化學反應(yīng)自身放熱制備材料的新技術(shù)。SHS是20世紀60年代由前蘇聯(lián)發(fā)展起來的一種材料合成新方法，其最顯著的特點就是充分利用元素間形成化合物時的高能放熱反應(yīng)，除了引發(fā)合成反應(yīng)所必須的少量外加能量，整個反應(yīng)過程主要依靠物料自身的放熱來維持。前蘇聯(lián)科學院的化學物理研究所在研究離心場對凝聚態(tài)物質(zhì)燃燒過程影響的研究中發(fā)現(xiàn)離心力對鋁熱反應(yīng)的燃燒過程影響巨大，可以通過離心力控制燃燒過程，離心力與SHS過程相結(jié)合產(chǎn)生了SHS-離心法。Merzhanov等在1976年舉出了94個鋁熱反應(yīng)體系與離心力結(jié)合制備材料的實例，并申請專利(MerzhanovA G，Yukhvid V Z et al.Canadian Patent No.1058841，1979)。1981年日本小田原修采用鋁熱離心法制備陶瓷內(nèi)襯鋼管，并制備出大尺寸內(nèi)襯陶瓷復合鋼管。其原理是利用鋁與氧化鐵發(fā)生放熱反應(yīng)，依靠放熱反應(yīng)可以維持反應(yīng)進行，同時反應(yīng)產(chǎn)物鐵和氧化鋁瞬時熔融，在離心力的作用下，比重輕的氧化鋁分布在鋼管內(nèi)表面，比重大的鐵分布在鋼管和陶瓷層中間并將鋼管和陶瓷層結(jié)合起來。(殷聲。燃燒合成。北京冶金工業(yè)出版社，1999。220～221)Al和Fe2O3的反應(yīng)式如下氧化鋁熔點高，燒結(jié)溫度也高，雖然該反應(yīng)絕熱燃燒溫度可達3498K，但是由于持續(xù)時間只有2～5秒，很難在短時間形成致密的氧化鋁陶瓷層，為了減少氧化鋁陶瓷層的氣孔率，小田原修等人研究了MgO，SiO2，Si，Mg，SiC，Si3M4等添加劑，但還是存在百分之幾的空隙(J61078633，J61177376，J62086173)。
目前在SHS-離心法中，主要采用的添加劑為SiO2(重量比5％左右)，有時也會添加少量CaF2，另外，會加入少量CrO3作為反應(yīng)的誘發(fā)劑，主要是CrO3熱分解出氧氣，促進反應(yīng)的進行。但是，添加劑加入過多會吸熱，降低整個體系的溫度，造成一系列不良后果，如不利于陶瓷相和金屬相的分離，產(chǎn)生夾雜；體系溫度下降，不利于反應(yīng)的徹底進行。CrO3的加入雖然能促進反應(yīng)進行，提高反應(yīng)溫度，但是其加入量受限，過多的CrO3會引起反應(yīng)物料的噴濺，不利有成分控制；同時加入CrO3會有較強的危險性，容易引起爆炸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過加入反應(yīng)型添加劑實現(xiàn)陶瓷層的致密化。
本發(fā)明采用反應(yīng)型添加劑，反應(yīng)型添加劑由鈦粉和氧化鐵組成，添加劑能在自蔓延反應(yīng)過程中發(fā)生放熱的副反應(yīng)，，使得反應(yīng)體系能保持較高的絕熱溫度，同時反應(yīng)產(chǎn)物TiO2與陶瓷層中的Al2O3，F(xiàn)eAl2O4結(jié)合生成較低熔點的化合物。能在較低溫度下使陶瓷保持液相，能降低金屬熔體的粘度，有助于陶瓷內(nèi)襯鋼管陶瓷層密度的提高。
添加劑的組成添加劑由鈦粉和氧化鐵組成，其中鈦粉含量在添加劑總重量的31～100％。使用時，添加劑占反應(yīng)物料總重量的5～20％。
本發(fā)明的優(yōu)點是使用本添加劑后陶瓷層致密化程度高，反應(yīng)過程穩(wěn)定安全。


圖1為使用本發(fā)明添加劑(實施例1)后陶瓷層的掃描電鏡照片。
圖2為使用本發(fā)明添加劑(實施例2)后陶瓷層的掃描電鏡照片。
圖3為使用本發(fā)明添加劑(實施例3)后陶瓷層的掃描電鏡照片。
具體實施例方式
實施例1鋼管外徑Φ74mm，壁厚5.5mm，管長200mm。管內(nèi)裝入混合好的反應(yīng)原料鋁粉108g，氧化鐵粉160g，反應(yīng)型添加劑16g(其中鈦粉16g，氧化鐵粉0g)。鋼管夾固在離心機上，轉(zhuǎn)速1110轉(zhuǎn)/分，用鎢絲點燃反應(yīng)物料，給鎢絲通電點燃混合物料，即可引燃。反應(yīng)結(jié)束后，停止旋轉(zhuǎn)，取下鋼管。
這種工藝制備的陶瓷層密度為3.78g/cm3，陶瓷層外觀無裂紋出現(xiàn)圖1為該工藝制備的陶瓷內(nèi)襯圖層的掃描電鏡照片，陶瓷層致密無孔洞。
實施例2鋼管外徑Φ74mm，壁厚5.5mm，管長200mm。管內(nèi)裝入混合好的反應(yīng)原料鋁粉108g，氧化鐵粉160g，反應(yīng)型添加劑52g(其中鈦粉16，氧化鐵粉36g)。鋼管夾固在離心機上，轉(zhuǎn)速1110轉(zhuǎn)/分，用鎢絲點燃反應(yīng)物料，給鎢絲通電點燃混合物料，即可引燃。反應(yīng)結(jié)束后，停止旋轉(zhuǎn)，取下鋼管圖2為該工藝制備的陶瓷內(nèi)襯圖層的掃描電鏡照片，陶瓷層致密無孔洞。
實施例3鋼管外徑Φ74mm，壁厚5.5mm，管長200mm。管內(nèi)裝入混合好的反應(yīng)原料鋁粉108g，氧化鐵粉160g，反應(yīng)型添加劑35g(其中鈦粉18，氧化鐵粉17g)。鋼管夾固在離心機上，轉(zhuǎn)速1110轉(zhuǎn)/分，用鎢絲點燃反應(yīng)物料，給鎢絲通電點燃混合物料，即可引燃。反應(yīng)結(jié)束后，停止旋轉(zhuǎn)，取下鋼管圖3為該工藝制備的陶瓷內(nèi)襯圖層的掃描電鏡照片，陶瓷層致密無孔洞。
權(quán)利要求
1.一種用于自蔓延高溫合成制備陶瓷內(nèi)襯鋼管的添加劑，其特征在于該添加劑由鈦粉和氧化鐵組成，其中，鈦粉為添加劑總重的31～100％；添加劑能在自蔓延反應(yīng)過程中發(fā)生放熱的副反應(yīng)，反應(yīng)式為；使用時，添加劑占反應(yīng)物料總重量的5～20％。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于自蔓延高溫合成制備陶瓷內(nèi)襯鋼管的添加劑，屬于自蔓延技術(shù)領(lǐng)域。該添加劑由鈦粉和氧化鐵組成，其中，鈦粉為添加劑總重的31～100％；添加劑能在自蔓延反應(yīng)過程中發(fā)生放熱的副反應(yīng)，反應(yīng)式為3Ti+2Fe
文檔編號C04B35/46GK1785907SQ20051008682
公開日2006年6月14日 申請日期2005年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月10日
發(fā)明者郭志猛, 高峰, 林濤 申請人:北京科技大學