SHS陶瓷内衬复合管合成及陶瓷致密化技术

本文通过比较离心SHS技术和重力分离SHS技术的合成工艺，从理论上阐述合成SHS陶瓷内衬复合管所涉及的燃烧合成、液相分离和陶瓷凝固三个重要过程，并着重探讨了SHS陶瓷内衬复合管技术研究领域中陶瓷致密化问题，提出了提高SHS陶瓷内衬复合管质量的有效途径。     

SHS陶瓷内衬复合管合成及陶瓷致密化技术

本文通过比较离心SHS技术和重力分离SHS技术的合成工艺 ,从理论上阐述合成SHS陶瓷内衬复合管所涉及的燃烧合成、液相分离和陶瓷凝固三个重要过程 ,并着重探讨了SHS陶瓷内衬复合管技术研究领域中陶瓷致密化问题 ,提出了提高SHS陶瓷内衬复合管质量的有效途径     

机械振动对SHS陶瓷内衬复合管显微结构和力学性能的影响

通过在重力分离SHS法制备陶瓷内衬复合管过程中施以不同振幅与振频的单自由度上下往复式机械振动 ,研究了机械振动对SHS铝热燃烧、陶瓷凝固及复合管组织性能的影响 .研究发现 ,机械振动并相应提高振频可以提高燃烧温度、燃烧速率和反应转化率 ,促进Al2 O3 Fe液相重力分离和陶瓷致密过程 ,并使陶瓷层的凝固组织发生改变 ;性能测试结果表明机械振动并相应提高振频可以提高复合管的各项力学性能指标和内衬陶瓷层的表面质量 .     

机械振动对SHS 陶瓷内衬复合管显微结构和力学性能的影响

通过在重力分离SHS 法制备陶瓷内衬复合管过程中施以不同振幅与振频的单自由度上下往复式机械振动, 研究了机械振动对SHS 铝热燃烧、陶瓷凝固及复合管组织性能的影响。研究发现, 机械振动并相应提高振频可以提高燃烧温度、燃烧速率和反应转化率, 促进Al₂O₃-Fe 液相重力分离和陶瓷致密过程, 并使陶瓷层的凝固组织发生改变; 性能测试结果表明, 机械振动并相应提高振频可以提高复合管的各项力学性能指标和内衬陶瓷层的表面质量。     

陶瓷内衬复合管金属/陶瓷SHS瞬间液相连接

基于重力分离SHS法制备陶瓷内衬复合管,采用CrO3 TiO2 C Al NiO燃烧体系合成出具有钢基体、中间过渡合金与内衬陶瓷三层结构的复合管,内衬陶瓷中α-Al2O3以树枝晶沿径向向心分布,（Al2O3 Ti2O3）共晶两相形成枝晶晶界且沿径向存在着成分偏析,中间过渡合金是以Fe-Cr-Ni-Al-Ti及基且富T 泊碳化钛颗粒呈梯度分布而构成,与钢基体形成冶金熔合,并与内衬陶瓷通过碳化物的桥接作用及与因重力分离不完全而残留于陶瓷上的Cr-Ni-Ti合金相连接,实现金属／陶瓷间SHS间液相连接（SHS－TLPB）。     

氧化铁粉末化学组成对合成SHS复合弯管内衬陶瓷的影响

基于重力分离SHS法制备陶瓷内衬复合弯管 ,研究了氧化铁粉末化学组成对SHS复合弯管内衬陶瓷的影响 .研究发现在铝热剂相同质量分数条件下 ,存在于工业原料Fe2 O3 粉末的杂质比SiO2 添加剂对燃烧过程的稀释效应更为强烈 .在工业原料Fe2 O3 +Al体系中加入适量的Fe3 O4+Al体系 ,使燃烧温度、蔓延速率及SHS反应转化率均有所升高 ;但加入过量的Fe3 O4+Al体系 ,虽然使蔓延速率进一步增大 ,但却引起燃烧温度和SHS反应转化率有所下降 .实验表明 ,在工业原料Fe2 O3 +Al体系中加入 1 5 %的Fe3 O4+Al体系 ,使复合弯管内衬陶瓷性能达到并超过用分析纯Fe2 O3+Al体系所制备的复合弯管内衬陶瓷性能 .     

重力分离SHS法制备钢管Al2O3内衬耐热耐磨涂层的研究

采用重力分离SHS制备了钢管内衬Al2O3涂层,进行了力学、抗热震、耐蚀等性能测试,研究了管径、装料密度及不同含量SiO2、CrO3添加剂对涂层组织与性能的影响。研究结果表明,涂层主要物相结构为α-Al2O3+FeAl2O4相,添加剂SiO2和CrO3不改变涂层的主要相组成。反应过程中熔融金属Fe在钢管基体和内衬陶瓷层之间形成了一层金属过渡层。当添加2%SiO2+6%CrO3时,涂层孔隙率最小,硬度最大,抗热震性能最好,耐蚀性也较好,具有良好的综合性能。实验条件下,管径25cm、装料密度1.5g/cm3的内衬涂层硬度为1917HV,孔隙率为9.0%。     

纳米SiC对重力分离SHS陶瓷内衬复合管组织及性能的影响

为提高输送管道陶瓷内衬层的致密性及硬度等性能,拓展其应用,采用重力分离自蔓延高温合成(SHS)法,用(Al-Fe2O3-CuO)+SiO2复合铝热体系,制备了陶瓷内衬复合管.分析了添加剂纳米SiC对陶瓷层组织的影响.XRD分析表明,陶瓷层的主要成分为a-Al2O3,还有少量铁铝尖晶石FeAl2O4和硅线石Al2SiO5及SiC存在,SiC不改变陶瓷层的组织结构.纳米SiC的引入有效地抑制了基质晶粒生长和减轻了晶粒的异常长大,使得陶瓷层的硬度和致密性提高.     

重力分离SHS陶瓷内衬复合钢管的研究进展

概述了重力分离自蔓延高温合成技术(SHS)和离心SHS技术制备复合钢管的优缺点,从提高陶瓷层结合强度、韧性、致密度、耐蚀性4个方面,综述了重力分离SHS陶瓷内衬复合钢管性能的发展过程,并对其前景进行了展望。     

CuO对重力分离SHS陶瓷内衬复合管组织的影响

采用重力分离自蔓延高温合成法(Self-propagating High-temperature Synthesis,简称SHS)法,以(Al-Fe2O3-CuO) SiO2复合铝热体系为铝热剂,制备了陶瓷内衬复合管.分析了添加剂CuO对陶瓷层组织的影响.XRD分析表明.陶瓷层主晶相为α-Al2O3、FeAl2O4、Al2SiO5,复合管的中间金属层由α相(Cu在α-Fe中的固溶体)和Cu相组成.CuO作为助燃剂,可提高燃烧速度和燃烧温度并减少陶瓷中FeAl2O4的含量.     

重力分离SHS陶瓷内衬复合管界面现象

利用自蔓延高温合成-重力分离法制备了陶瓷内衬20碳钢、Cr25Ni20耐热钢和1Cr18Ni9Ti不锈钢高炉煤粉喷吹复合管。对其界面现象的研究表明,金属/陶瓷间的结合主要表现为机械结合。其中,在不锈钢复合管中除有更强的机械锚固效应外,还兼以由Ti元素扩散而形成的溶解和浸润结合迹象。各复合管经使用后,碳钢、耐热钢复合管界面仍表现为机械结合,而在不锈钢复合管中,钢基中Ti元素和煤粉中C元素在界面区富集,陶瓷/金属间过渡区加宽,且陶瓷一侧组织中出现TiC新相,使其结合方式逐渐向扩散结合过渡,并呈现部分反应结合迹象。      

重力分离自蔓延法制备a-Al_2O_3基复合陶瓷内衬管

采用重力分离自蔓延高温合成(Self-propagating High-temperature Synthesis)制备了a-Al2O3基复合陶瓷内衬复合管,研究了添加CuO、纳米SiC对陶瓷层制备及其组织的影响。XRD分析表明,陶瓷层的主要成分为a-Al2O3,还有少量铁铝尖晶石FeAl2O4和硅线石Al2SiO5及SiC存在,CuO、SiC有利于改善组织结构,促进晶粒细化。CuO作为助燃剂,可提高燃烧速度和燃烧温度并减少陶瓷中FeAl2O4的含量。纳米SiC的引人有效地抑制了基质晶粒生长和减轻了晶粒的异常长大,使得陶瓷层的硬度和致密性提高。     

TiB_2基陶瓷-42CrMo合金钢层状复合材料界面结构与力学性能

采用自蔓延高温合成离心熔铸工艺可以快速制备出TiB_2基陶瓷-42CrMo合金钢层状复合材料,并在层间界面上形成TiB_2基陶瓷/Fe-Ni合金相三维网络跨尺度连续梯度复合结构,使层状复合材料分为陶瓷基体、中间过渡区与合金钢基底3层结构。通过材料力学性能测试并结合FESEM、HRTEM观察,得出正是由于层间界面上原位生成TiB_2基陶瓷/Fe-Ni合金的三维网络跨尺度连续梯度复合结构,使复合材料不仅具有高的弯曲强度与断裂韧性,而且又使之在三点弯曲测试时呈现出明显的"假塑性"力学行为特征。同时,陶瓷基体附近界面上TiB_2基陶瓷/Fe-Ni基合金复合结构裂纹互锁效应与中间过渡区上TiB_2微纳米/纳米晶沉淀强化机制的协同作用又使TiB_2基陶瓷-42CrMo合金钢层状复合材料具有高的层间界面剪切强度。     

添加剂对离心SHS陶瓷复合钢管组织性能的影响

针对Al-Fe₂O₃铝热体系, 采用SiO₂和Na₂B₄O₇作为添加剂, 利用离心自蔓延高温合成(SHS)技术制备了陶瓷复合钢管, 研究了添加质量分数7%SiO₂和2%、 4%、 6% Na₂B₄O₇对复合管陶瓷层组织结构和力学性能的影响。XRD分析结果表明陶瓷层的主要成分有α-Al₂O₃、 FeAl₂O₄、 Al₂SiO₅、 B₂O₃等; SEM观察发现陶瓷层表面晶粒排布致密, 结合能谱分析陶瓷层中含有Fe单质; 金相显微镜观察结果表明陶瓷层和Fe过渡层结合良好, 没有间隙存在; 复合钢管的抗剪强度和压溃强度测试结果表明: 添加质量分数为7% SiO₂和4% Na₂B₄O₇的陶瓷复合钢管的抗剪强度和压溃强度分别达到22 MPa和430 MPa, 比未添加添加剂的样品分别提高了240%和22.8%。      

CrO3对Fe2O3+Al铝热反应系统反应过程的影响

用铝热-重力分离法制备了不含铁铝尖晶石（FeAl2O4）的陶瓷内衬复合钢管，并通过热力学计算分析了有关反应的优先顺序，结果表明，在Fe2O3-Al系统中强氧化剂CrO3与Al的反应并不是一步完成而是分步反应，FeAl2O4优先于Cr2O3与Al反应，因而加入CrO3添加剂可有效地去除陶瓷层中的尖晶石相，从而提高复合钢管的耐蚀性能。