陶瓷内衬复合管的自蔓延高温合成技术

介绍了自蔓延高温合成(SHS)的离心技术和重力分离技术,着重阐述了陶瓷内衬复合钢管的合成机理。认为陶瓷内衬的自蔓延高温合成过程需要经历铝热燃烧过程、液相分离过程和陶瓷内衬凝固过程,合理地控制这 3个基本过程,就可以极大地改善复合管的组织结构。同时,还对影响合成陶瓷内衬致密化的因素 (预热温度、燃烧合成温度、稀释剂和化学激活剂)进行了分析、探讨。

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。

SHS陶瓷内衬复合管的耐蚀性研究

采用自蔓延高温合成 (SHS)铝热 -重力分离技术 ,制备了陶瓷内衬复合钢管 ,分析了添加剂对其耐蚀性的影响 ,讨论了陶瓷层组织结构与其耐蚀性的关系 .

金属添加剂对SHS陶瓷内衬复合管微观结构与界面连接的影响

基于重力分离SHS法制备陶瓷内衬复合管,以(CrO3+Al)为燃烧体系,通过添加并调整(TiO2+Al+C)子体系与Ni金属添加剂之间的成分比例,合成出具有钢基体、中间过渡合金层与内衬陶瓷三层结构的复合管。研究金属添加剂Ni对燃烧行为、碳化物颗粒原位合成与分布、陶瓷/金属微连接及复合管力学性能的影响。研究发现,随着Ni添加量增多与(TiO2+Al+C)含量降低,反应体系的绝热燃烧温度与燃烧速率上升,Ni的添加与熔化促进反应中亚化学计量比的富Ti碳化物形成,同时也因液相传质促进该碳化物溶解于金属熔体中,并经结晶形成呈梯度分布于中间过渡合金层上的富Ti碳化物。经对复合管力学性能测试与SEM观察,发现添加适量的Ni粉,可以控制中间过渡合金层中碳化物的体积分数与分布,有利于内衬陶瓷层、中间过渡合金层与钢基体之间的连接,从而使复合管径向压溃强度与抗剪强度提高。

重力分离SHS陶瓷内衬复合弯管工艺参数研究

通过陶瓷内衬复合弯管的制备，研究了ＡｌＦｅ２Ｏ３系重力分离ＳＨＳ技术的合成工艺参数。发现Ｆｅ２Ｏ３粒度较小时能有效促进ＳＨＳ反应转化率，但使反应蔓延速率有所降低；铝热剂的装料密度对燃烧过程具有双重影响；对反应物料进行适当预热处理可极大促进燃烧过程，但预热温度过高，将造成铝热剂中ＣｒＯ３添加剂分解而影响燃烧特性。在Ｆｅ２Ｏ３粒度为－２５０目～＋３５０目、装料密度为１５ｇ／ｃｍ３和预热温度为１５０℃条件下，用重力分离ＳＨＳ法制备的陶瓷内衬复合弯管的各项力学性能均达到较佳值。

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 -Al2 O3 以树枝晶沿径向向心分布 ,(Al2 O3+Ti2 O3 )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为基且富Ti的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瞬间液相连接 (SHS -TLPB) .

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 。

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 2 0碳钢、Cr2 5 Ni2 0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 Ti C新相 ,使其结合方式逐渐向扩散结合过渡 。

低频机械振动对自蔓延陶瓷内衬复合管衬层性能影响研究

采用静态自蔓延法(static self-propagating high-temperature syntheses,简称Static SHS)制备出陶瓷内衬复合管,研究了10Hz机械振动对具有相同外径、不同内径复合管的自蔓延反应过程、陶瓷层组织结构、硬度和物相组成的影响。研究表明,施加机械振动可以使自蔓延过程较快的达到稳定燃烧状态,陶瓷层致密、均匀,与基体钢管的结合性能提高。随着内径的增大,施加10Hz机械振动SHS反应的陶瓷层硬度升高,陶瓷层中依次出现了柱状晶、碎片状的柱状晶、等轴晶。添加剂中的ZrSiO4在机械振动的作用下分解得更为彻底。

重力分离SHS陶瓷内衬复合管陶瓷致密化技术探讨

在Al/Fe2 O3 燃烧体系下 ,通过阐述重力分离SHS技术合成陶瓷内衬复合管所涉及的燃烧合成、液相分离和陶瓷凝固 3个重要的基本过程 ,着重探讨重力分离SHS法制备陶瓷内衬复合管中陶瓷致密化技术 ;试验证明 ,建立合理的复合添加剂体系和优化合成工艺可有效地提高重力分离SHS陶瓷内衬复合管品质。

重力分离自蔓延高温合成法制备陶瓷内衬复合弯管的热力学计算

通过热力学计算 ,发现存在临界料管比 x*;当实际料管比 x大于 x*时 ,弯管容易烧穿 ,小于 x*时 ,正常燃烧反应。然而 ,常用的增加弯管壁厚和添加稀释剂的方法都很难圆满解决大管径陶瓷内衬复合弯管制备时的烧穿问题。本文提出了一种在大管径弯管的芯部安装芯子的新制备方法 ,成功地解决了大管径陶瓷内衬复合弯管的制备问题。

用夹具式SHS离心机制备陶瓷内衬复合钢管

介绍了一种改进型夹具式SHS离心机的工作原理、组成结构及主要特点 ,并讨论了目前用自蔓延高温合成 (SHS)技术制备陶瓷内衬复合钢管存在的一些问题。实践证明 ,提出的改进型夹具式SHS离心机可方便快速地制备外径 4 5～ 10 0 0mm、长度 10 0～ 5 0 0 0mm的陶瓷内衬复合钢管 ,产品性能稳定且适于大规模工业化生产。

预涂覆工艺对SHS陶瓷内衬复合管界面的影响

由弱反应体系TiO_2+C+Al和Ni按不同比例配合,组成预涂覆剂,对钢管内表面进行预涂覆处理,然后采用主燃烧体系CrO3+TiO2+C+Al+NiO制备SHS陶瓷内衬复合钢管,研究预涂覆工艺对复合管合成和陶瓷/钢界面的影响。试验发现,不同的涂覆剂对燃烧特性、陶瓷层组织结构以及陶瓷孔隙度和硬度影响不大,但对陶瓷/钢界面影响显著。当预涂覆剂配比为TiO2+C+90%(质量分数)Ni时,燃烧合成的复合管陶瓷/钢界面结合良好,形成了以含富钛碳化物的CrNi合金过渡层,过渡层中富钛碳化物呈梯度分布。与未采用预涂覆工艺制备的复合管相比,梯度分布更明显,复合管内应力分布趋于合理,提高了金属/陶瓷结合的牢固程度,表征界面结合强度的抗剪强度值达到46.2MPa。

合金化自蔓延法制备陶瓷内衬复合钢管

在制备陶瓷内衬复合钢管时 ,在铝热剂中加入活性碳粉、合金粉末 ,使原来纯铁过渡层成为钢过渡层 ,硬度大幅度提高 ,从而使钢管抗压强度明显提高。

陶瓷内衬复合钢管径向压溃强度分析

将“钢筋砼梁”的分析原理应用于陶瓷内衬复合钢管的分析，得到的复合钢管径向压溃强度的计算公式不仅体现了材料几何尺寸的效应，而且反映出材料性能的影响：进一步分析表明，陶瓷衬层的弹性模量越高，复合钢管径向压溃强度就越高，这为材料结构设计提供了有价值的参考．

重力SHS制备陶瓷内衬复合管中稀释剂使用原则的探讨

采用重力分离-自蔓延高温合成法制备了Al2O3／Fe陶瓷内衬复合管。研究了两种稀释剂SiO2、CaF2对陶瓷层质量的影响。试验结果表明，SiO2对陶瓷层的影响远大于CaF2，SiO2加入量过多可引起复合管底端陶瓷层孔隙度的明显增大。单独添加SiO2适宜的加入量不超过2％，CaF2的添加量为2％～8％。混合添加可以取得更好的效果，但SiO2的加入量不应超过CaF2的加入量，当添加4%SiO2和4％CaF2时，陶瓷层的密度可以达到3．910g·cm^-3。

镍对重力分离SHS陶瓷内衬复合管的影响

采用SHS重力分离技术制备陶瓷内衬复合管,通过改变主燃烧配系组元Ni的含量,研究分析了金属Ni对陶瓷内衬复合管制备的燃烧特性及机械性能的影响.研究发现,适量的Ni粉能促进SHS燃烧进行,提高燃烧体系的绝热燃烧温度和陶瓷层的致密度,并且有助于形成金属/陶瓷界面过渡层,这极大提高了复合管的显微硬度和抗压剪强度.当Ni粉含量为19wt%时,陶瓷层的显微硬度和抗压剪强度分别最高达1764N/mm2和36.1MPa.

陶瓷内衬复合铜管的自蔓延高温合成

开发了离心自蔓延高温合成陶瓷内衬复合铜管制造工艺 ,研究了离心力和添加剂对复合铜管性能的影响。随着离心力增大 ,陶瓷层的孔隙度降低、压溃强度和压剪强度明显提高 ,离心力超过200G后 ,压剪强度反而降低。铝热剂中加入SiO2 也可降低孔隙度 ,提高压剪强度。提高铝热剂预热温度 ,可加快铝热反应速度 ,改善复合铜管质量。

重力分离SHS陶瓷内衬复合管后期处理组织研究

研究了重力分离SHS法制备的陶瓷内衬复合管,在还原气氛下进行高温处理过程前后,复合管中陶瓷与钢管间的过渡层组织形态、组织分布的变化和过渡层中的裂纹的变化情况.指出:随着加热温度的升高、保温时间的延长,原子扩散能力加强,在过渡层界面上,以及陶瓷和钢管中出现新的化合相,能增强复合管的结合强度和力学性能,降低陶瓷的脆性.后期高温处理中,加热温度过高、保温时间过长,会造成组织粗化等缺陷,导致复合管性能变差.

SHS制备陶瓷内衬复合管中多孔层抑制措施

研究了在重力自蔓延法制备陶瓷内衬复合钢管过程中在复合热管底部出现的多孔层现象,以及各类添加剂对其的影响,分析了多孔层出现的原因,探讨了抑制措施。试验结果表明,SiO2的存在是产生多孔层的主要原因,并且多孔层部分随着SiO2含量的增加而增加,助燃剂也能导致多孔层的出现。当SiO2的质量分数小于2%时,适量加入氟化物,可以有效减少多孔层的体积。