阅读说明：本技术 陶瓷合金材料及其制备方法 (Ceramic alloy material and preparation method thereof ) 是由 尹芬芳 于 2019-10-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种陶瓷合金材料及其制备方法。所述纳米陶瓷合金材料由包括纳米物料与胶凝剂的原料制备而成；所述纳米物料包含有质量比为(0.05-0.8)：(0.05-0.1)：(0.1-0.85)的纳米三氧化二铝、复合纤维和纳米硅合金。本发明将纳米三氧化二铝、复合纤维和纳米硅合金以合适比例搭配一起构成特定的纳米物料配方,该纳米物料与胶凝剂构成的纳米陶瓷合金材料具有耐腐蚀、防火性能好、强度高、能在高温或潮湿环境下使用的优势。(The invention relates to a ceramic alloy material and a preparation method thereof. The nano ceramic alloy material is prepared from raw materials including a nano material and a gelling agent; the nano material comprises the following components in percentage by mass (0.05-0.8): (0.05-0.1): (0.1-0.85) nano aluminum oxide, composite fiber and nano silicon alloy. According to the invention, the nano aluminum oxide, the composite fiber and the nano silicon alloy are matched together in a proper proportion to form a specific nano material formula, and the nano ceramic alloy material formed by the nano material and the gelling agent has the advantages of corrosion resistance, good fireproof performance, high strength and capability of being used in a high-temperature or humid environment.)

陶瓷合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及纳米陶瓷合金技术领域，特别是涉及一种纳米陶瓷合金材料及其制备方法。

背景技术

陶瓷合金是一种兼有陶瓷的耐高温、抗腐蚀性能和金属的延性、韧性的新型复合材料。陶瓷合金是由碳化硅丝组成的，碳化硅丝的间隙也充填有硅，从而使这种材料具有一定的韧性和能弯曲的特性，并且能像金属那样在高温下具有延展性。碳化硅的这种复合材料可以浇注成各种部件，这些部件在冷凝过程中几乎不发生收缩，因此可以一次成型，不需要付出一般陶瓷加工的高昂代价。

一些传统的复合陶瓷涂料是通过配方的调整获得的，例如使用时混合的甲成分和乙成分构成；甲成分由硅酸钾溶液和锌粉组成，乙成分由水、AD-310T溶液、酸钾溶液、水解金刚粉、石英粉、碳酸钙粉、碳纤维粉、三氧化二铝粉、氧化锆粉、碳化硅粉等组成。

传统的一些合金材料，例如铝、铁、铜等金属材料的合金的冶炼是将铝、铁、铜等金属材料矿物打碎，磨成200目-300目的粉并进行粉选，然后将粉选后的料转入至高温燃煤燃气炉中或者转入高温电熔炉中进行1000℃-2000℃高温烧熔；或者是对铝铁钢铜等金属材料矿物直接进行1000℃-2000℃高温烧熔然后将烧熔后的料打碎磨成200目-300目的粉再根据矿物料成分及拟成形产品用途进行粉选、适当添加相关元素；然后将以上方式所得的料进行均匀混合并通过自动流水线转入模具中成形。

整体上来讲，传统的陶瓷合金和合金材料均存在易腐蚀、防火性能低、强度不高、不能在高温或潮湿环境下使用等缺陷。

发明内容

基于此，本发明的主要目的是提供一种纳米陶瓷合金材料。本发明将纳米三氧化二铝、复合纤维和纳米硅合金以合适比例搭配一起构成特定的纳米物料配方，该纳米物料与胶凝剂构成的纳米陶瓷合金具有耐腐蚀、防火性能好、强度高、能在高温或潮湿环境下使用的优势。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种陶瓷合金材料，所述陶瓷合金材料由包括纳米物料与胶凝剂的原料制备而成；

所述纳米物料包含有质量比为(0.05-0.8)：(0.05-0.1)：(0.1-0.85)的纳米三氧化二铝、复合纤维和纳米硅合金。

在其中一个实施例中，所述纳米物料包含有质量比为(0.75-0.8)：(0.05-0.1)：(0.1-0.2)的纳米三氧化二铝、复合纤维和纳米硅合金。

在其中一个实施例中，所述复合纤维包含有高硅氧纤维与碳纤维，或/和，所述纳米硅合金选自纳米硅铁合金和纳米硅锰合金中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述纳米物料包含有(0.1-0.15)：(0.05-0.1)：(0.75-0.85)的纳米三氧化二铝、复合纤维和纳米硅合金。

在其中一个实施例中，所述复合纤维包含有氧化铝纤维、高硅氧纤维与碳纤维，或/和，所述纳米硅合金为纳米硅铁锌合金。

在其中一个实施例中，所述纳米物料还包含有纳米稀有金属，所述纳米粉料包含有质量比为(0.05-0.1)：(0.05-0.1)：(0.75-0.85)：(0.001-0.05)的纳米三氧化二铝、复合纤维、纳米硅合金和纳米稀有金属。

在其中一个实施例中，所述复合纤维包含氧化铝纤维、高硅氧纤维中的一种以及碳纤维，或/和，所述纳米硅合金为纳米硅铜合金或者纳米硅铁锰合金，或/和，所述纳米稀有金属选自纳米钨、纳米锑、纳米钡、纳米锆、纳米镍中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述复合纤维的长度为5mm-30mm，丝径为6-8个丝。

在其中一个实施例中，所述胶凝剂为碱溶液与水玻璃的混合物。

在其中一个实施例中，按质量比为1：(0.5-1.5)的混合物。

在其中一个实施例中，所述碱溶液为0.5M-1M的氢氧化钾溶液或者0.5M-1M的氢氧化钾溶液；或/和，所述水玻璃为2M-2.5M的硅酸钠溶液。

在其中一个实施例中，所述胶凝剂的质量占所述纳米粉料质量的5％-10％。

本发明的还有一目的是提供一种上述的陶瓷合金材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：获取纳米物料和胶凝剂，混合。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明将纳米三氧化二铝、复合纤维和纳米硅合金以合适比例搭配一起构成特定的纳米物料配方，该纳米物料与胶凝剂构成的纳米陶瓷合金具有耐腐蚀、防火性能好、强度高、能在高温或潮湿环境下使用的优势。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明实施例提供一种陶瓷合金材料，所述陶瓷合金材料由包括纳米物料与胶凝剂的原料制备而成；

所述纳米物料包含有质量比为(0.05-0.8)：(0.05-0.1)：(0.1-0.85)的纳米三氧化二铝、复合纤维和纳米硅合金。

在其中一个实施例中，所述纳米物料包含有质量比为(0.75-0.8)：(0.05-0.1)：(0.1-0.2)的纳米三氧化二铝、复合纤维和纳米硅合金。

在其中一个实施例中，所述复合纤维包含有氧化铝纤维、高硅氧纤维与碳纤维，所述纳米硅合金选自纳米硅铁合金和纳米硅锰合金中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述纳米物料包含有(0.1-0.15)：(0.05-0.1)：(0.75-0.85)的纳米三氧化二铝、复合纤维和纳米硅合金。

在其中一个实施例中，所述复合纤维包含氧化铝纤维、高硅氧纤维与碳纤维，所述纳米硅合金为纳米硅铁锌合金。

在其中一个实施例中，所述纳米物料还包含有纳米稀有金属，所述纳米粉料包含有质量比为(0.05-0.1)：(0.05-0.1)：(0.75-0.85)：(0.001-0.05)的纳米三氧化二铝、复合纤维、纳米硅合金和纳米稀有金属。纳米稀有金属的加入能够进一步解决了传统金属材料易氧化、防火性能差、不能在潮湿或高温低温环境中使用、强度达不到要求、易腐蚀等问题，拓宽了材料的用途。

在其中一个实施例中，所述复合纤维包含氧化铝纤维以及碳纤维，所述纳米硅合金为纳米硅铜合金或者纳米硅铁锰合金，所述纳米稀有金属选自纳米钨、纳米锑、纳米钡、纳米锆、纳米镍中的至少一种。

在其中一个实施例中，本发明实施例中的复合纤维是被短切成5-30mm的丝，丝径为6-8个丝。

在其中一个实施例中，所述胶凝剂为碱溶液与水玻璃的混合物。

在其中一个实施例中，按质量比为1：(0.5-1.5)的混合物。

在其中一个实施例中，所述碱溶液为0.5M-1M的氢氧化钾溶液或者0.5M-1M的氢氧化钾溶液；或/和，所述水玻璃为2M-2.5M的硅酸钠溶液。

在其中一个实施例中，所述胶凝剂的质量占所述纳米粉料质量的5％-10％。

本发明实施例中的纳米三氧化二铝、纳米硅合金和纳米稀有金属主要是通过以下方法制备：

各种金属矿物料通过自动转送至高温电弧熔炉(2000℃-4200℃)入料口并自动送入炉内，根据拟生产产品用途与组分设置熔炉工作温度和时间，启动高温电弧熔炉(2000℃-4200℃)，待矿物料完全熔化后然后自动输送至自动筛盘入料口，筛成10个丝以内的颗粒；然后将筛分的颗粒输送至纳米磨粉线进料口，同时设置磨粉参数(粉径10000目-30000目)，启动纳米磨粉线，通过密封循环研磨直至达到磨粉级配要求，再自动输送至磁力高速混合机。

本发明实施例还提供一种上述的纳米陶瓷合金材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：获取纳米物料和胶凝剂，混合。

实施例1

本实施例提供一种纳米陶瓷合金材料及其制备方法。

该纳米陶瓷合金材料包括：

(1)纳米物料

该纳米物料由质量比为0.75:0.05:0.1的纳米三氧化二铝、复合纤维、纳米硅铁合金组成，复合纤维包含氧化铝纤维、高硅氧纤维与碳纤维构成；

(2)胶凝剂

制备浓度为0.5M的氢氧化钠溶液，并将其和浓度为2.2M的水玻璃按质量比为1:0.5混合制备成胶凝剂。

(3)胶凝剂的质量是纳米物料的质量的5％。

该纳米陶瓷合金材料的制备方法包括如下步骤：

1、获取纳米物料、制备胶凝剂

纳米三氧化二铝的制备：将三氧化二铝含量大于50％的铝土矿通过自动转送至高温电弧熔炉(2000℃-4200℃)入料口并自动送入炉内，根据拟生产产品用途与组分设置熔炉工作温度和时间，启动高温电弧熔炉(2000℃-4200℃)，待矿物料完全熔化后然后自动输送至自动筛盘入料口，筛成10个丝以内的颗粒；然后将筛分的颗粒输送至纳米磨粉线进料口，同时设置磨粉参数(粉径10000目-30000目)，启动纳米磨粉线，通过密封循环研磨直至达到磨粉级配要求，再自动输送至磁力高速混合机。

纳米硅铁合金的制备：参照上述“纳米三氧化二铝的制备”。

复合纤维：为被短切成5-30mm的丝，丝径为6-8个丝。

2、混合

将以上配制的硅铝高强胶凝剂输送至磁力高速混合机，与纳米物料充分混合5-10分钟，即制得纳米陶瓷合金材料。

实施例2

本实施例提供一种纳米陶瓷合金材料及其制备方法。该纳米陶瓷合金材料包括：

(1)纳米物料

该纳米物料由质量比为0.8:0.1:0.2的纳米三氧化二铝、复合纤维、纳米硅锰合金组成，复合纤维由氧化铝纤维、高硅氧纤维、碳纤维组成；

(2)胶凝剂

制备浓度为1M的氢氧化钠溶液，并将其和浓度为2.2M的水玻璃按质量比为1:1.5混合制备成胶凝剂。

(3)胶凝剂的质量是纳米物料的质量的10％。

制备方法参照实施1。

实施例3

本实施例提供一种纳米陶瓷合金材料及其制备方法。该纳米陶瓷合金材料包括：

(1)纳米物料

该纳米物料由质量比为0.1:0.1:0.85的纳米三氧化二铝、复合纤维、纳米硅铁锌合金组成，复合纤维由氧化铝纤维、高硅氧纤维、碳纤维组成；

(2)胶凝剂

制备浓度为1M的氢氧化钠溶液，并将其和浓度为2.2M的水玻璃按质量比为1:1混合制备成胶凝剂。

(3)胶凝剂的质量是纳米物料的质量的10％。

制备方法参照实施1。

实施例4

本实施例提供一种纳米陶瓷合金材料及其制备方法。该纳米陶瓷合金材料包括：

(1)纳米物料

该纳米物料由质量比为0.15:0.05:0.75的纳米三氧化二铝、复合纤维、纳米硅铁锌合金组成，复合纤维由氧化铝纤维、高硅氧纤维、碳纤维组成；

(2)胶凝剂

制备浓度为1M的氢氧化钠溶液，并将其和浓度为2.2M的水玻璃按质量比为1:1混合制备成胶凝剂。

(3)胶凝剂的质量是纳米物料的质量的10％。

制备方法参照实施1。

实施例5

本实施例提供一种纳米陶瓷合金材料及其制备方法。该纳米陶瓷合金材料包括：

(1)纳米物料

该纳米物料由质量比为0.05:0.1:0.85：0.01的纳米三氧化二铝、复合纤维、纳米硅铁锰合金和纳米钨组成，复合纤维由氧化铝纤维、高硅氧纤维、碳纤维组成；

(2)胶凝剂

制备浓度为1M的氢氧化钠溶液，并将其和浓度为2.2M的水玻璃按质量比为1:1混合制备成胶凝剂。

(3)胶凝剂的质量是纳米物料的质量的10％。

制备方法参照实施1。

实施例6

本实施例提供一种纳米陶瓷合金材料及其制备方法。该纳米陶瓷合金材料包括：

(1)纳米物料

该纳米物料由质量比为0.1:0.05:0.75：0.05的纳米三氧化二铝、复合纤维、纳米硅铁铜合金和纳米锑组成，复合纤维由氧化铝纤维与碳纤维组成；

(2)胶凝剂

制备浓度为1M的氢氧化钠溶液，并将其和浓度为2.2M的水玻璃按质量比为1:1混合制备成胶凝剂。

(3)胶凝剂的质量是纳米物料的质量的10％。

制备方法参照实施1。

对比例1

本对比例提供一种纳米陶瓷合金材料及其制备方法。

该纳米陶瓷合金材料包括：

(1)纳米物料

该纳米物料由质量比为0.75:0.15:0.05的纳米三氧化二铝、复合纤维、纳米硅铁合金组成，复合纤维同实施例1；

(2)胶凝剂

制备浓度为0.5M的氢氧化钠溶液，并将其和浓度为2.2M的水玻璃按质量比为1:0.5混合制备成胶凝剂。

(3)胶凝剂的质量是纳米物料的质量的5％。

制备方法同实施例1。

对比例2

本对比例提供一种纳米陶瓷合金材料及其制备方法。

该纳米陶瓷合金材料包括：

(1)纳米物料

该纳米物料由质量比为0.75:0.05:0.1的三氧化二铝、复合纤维、硅铁合金组成，复合纤维同实施例1；本对比例的三氧化二铝、硅铁合金是200目-300目的粉。

(2)胶凝剂

制备浓度为0.5M的氢氧化钠溶液，并将其和浓度为2.2M的水玻璃按质量比为1:0.5混合制备成胶凝剂。

(3)胶凝剂的质量是纳米物料的质量的5％。

制备方法参照实施例1。

对比例3

本对比例提供一种纳米陶瓷合金材料及其制备方法。

该纳米陶瓷合金材料包括：

(1)纳米物料

该纳米物料由质量比为0.75:0.05:0.1的纳米三氧化二铝、纤维、纳米硅铁合金组成，本对比例的纤维为单一组分纤维，单一组分纤维为碳纤维。

(2)胶凝剂

制备浓度为0.5M的氢氧化钠溶液，并将其和浓度为2.2M的水玻璃按质量比为1:0.5混合制备成胶凝剂。

(3)胶凝剂的质量是纳米物料的质量的5％。

制备方法参照实施例1。

性能测试

对上述实施例1至实施例6、对比例1至对比例3提供的纳米陶瓷合金材料的性能进行测试：

(1)耐腐蚀：置于酸碱溶液中浸泡72小时后拿出观察损坏程度；

(2)防火性能：置于火炉或点火烧10分钟以上是否有燃烧痕迹或毁坏；

(3)机械强度：采用液压设备试压等，测其最大抗压强度、抗弯强度等力学指标及耐磨度；

(4)高温或潮湿环境耐性：置于电弧熔炉(工作温度范围4500℃内)中不少于10分钟然后观察其形状、力学性能变化情况、是否熔融等；或置于水中浸泡48小时以上，计量其是否吸水或表面是否物化反应痕迹等。

检测结果如下表1：

表1

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。