【技术实现步骤摘要】
本申请涉及陶瓷辊棒，具体涉及一种纤维增强陶瓷辊棒及其制备方法。
技术介绍
1、氧化铝陶瓷具有高硬度、耐磨损、耐腐蚀等特点，已广泛应用于高温窑炉等工业设备的支撑和传动装置。氧化铝陶瓷的临界热震温差仅有200℃，抗热震性较差，在温度急剧变化时氧化铝陶瓷辊棒易破裂，且在窑炉应用过程中长时间受到承载作用，辊棒易发生蠕变变形，导致传动性能降低，严重影响烧结制品在窑炉的生产效率。因此，提高氧化铝陶瓷辊棒的强度、抗热震性等对延长其使用寿命以确保生产稳定运行至关重要。
2、纤维增强被认为是改善氧化铝陶瓷性能的有效途径。引入纤维可有效分散应力并阻止裂纹扩展，起到增韧的作用，从而提高陶瓷的强度、抗热震性等。用于增韧的纤维分为氧化物纤维和非氧化物纤维。氧化物纤维比非氧化物纤维具有更强的抗氧化性能，应用性更广。氧化物纤维主要包括氧化锆纤维、莫来石纤维、氧化铝纤维等。与其他氧化物纤维相比，莫来石纤维具有较高的弹性模量、高温稳定性以及与氧化铝陶瓷相近的热膨胀系数，已成为纤维增韧氧化铝陶瓷的重要材料。莫来石纤维增韧氧化铝陶瓷过程中，纤维的表面处理和分散性对陶瓷性能的影响最为关键。目前有研究采用外加引入法将莫来石纤维和氧化铝原料进行混合，此工艺简单易制备，但仍存在着莫来石纤维与氧化铝晶粒界面相容性差、界面结合弱以及分散不均匀的问题。通过在氧化铝陶瓷基体中原位生成莫来石晶须或纤维，可实现莫来石与氧化铝基体之间稳定的界面结合，减少界面应力集中和裂纹的产生，形成均匀分布的莫来石纤维网络结构，从而提高氧化铝陶瓷的强度及抗热震性，但是利用该方法原位合成莫来石
技术实现思路
1、基于现有技术存在的缺陷，本申请的目的在于提供一种纤维增强陶瓷辊棒及其制备方法，以有效解决传统氧化铝陶瓷辊棒在高温窑炉等工业设备中长期运行导致的强度低、抗热震性差而不能满足生产要求的难题。
2、为了达到上述目的，第一方面，本申请提供了一种纤维增强陶瓷辊棒的制备方法，包括以下步骤：
3、将二氧化硅纤维、铝溶胶及分散剂混合分散后进行第一次干燥，得到二氧化硅纤维-铝溶胶复合材料；
4、将所得二氧化硅纤维-铝溶胶复合材料与氧化铝微粉、高岭土、刚玉砂、粘结剂和溶剂混合，球磨，喷雾造粒，得到氧化铝陶瓷泥料；
5、将所得氧化铝陶瓷泥料依次经真空挤出成型、干燥、冷等静压成型和烧结，得到纤维增强陶瓷辊棒；
6、其中，所述二氧化硅纤维的平均长径比为50~200，平均长度为49~81μm，并且具有纳米多孔结构。
7、本申请先将具有特定平均长径比及平均长度、以及纳米多孔结构的二氧化硅纤维与铝溶胶复合形成二氧化硅纤维-铝溶胶复合材料，再与氧化铝微粉、高岭土、刚玉砂、粘结剂、溶剂等其他原料混合，使得在烧结过程中，二氧化硅纤维-铝溶胶复合材料中的二氧化硅纤维和铝溶胶优先反应成核，诱导二氧化硅纤维和辊棒中的氧化铝成分快速反应，生成与氧化铝基体结合性良好的莫来石纤维，确保莫来石纤维在基体中分散性良好，提高了莫来石与基体之间的界面稳定性；另外，通过高岭土与氧化铝微粉反应可形成片状莫来石和针状二次莫来石，在陶瓷内部形成相互交错的稳定网络结构，从而增强辊棒的强度及抗热震性。
8、申请人在研究过程中发现，二氧化硅的微观形状、微观结构、平均长径比、平均长度等会显著影响增韧效果，只有选择具有纳米多孔结构的二氧化硅纤维并将其平均长径比和平均长度控制在上述范围内，增韧和改善抗热震性效果才比较好。二氧化硅微观结构呈纤维状，有利于产生纤维状莫来石，纤维状莫来石可在陶瓷基体中起到桥联增韧作用，承载部分外加应力，并通过拔出、脱粘和断裂等方式消耗能量阻止裂纹的扩展，达到提高材料强度和韧性的目的；纳米多孔结构有利于纳米氧化铝的渗入，增加局部铝浓度，促进莫来石纤维的生长；平均长径比和平均长度控制在适宜范围内，能在避免球磨引起纤维损伤的同时，有利于二氧化硅的分散，减少团聚，从而有利于提高增韧效果。
9、所述二氧化硅纤维的平均长径比为50~200，如50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、或以上任意两个数值形成的范围。
10、所述二氧化硅纤维的平均长度为49~81μm，如50μm、52μm、55μm、57μm、60μm、62μm、65μm、67μm、70μm、72μm、75μm、77μm、80μm、或以上任意两个数值形成的范围。
11、优选地，所述二氧化硅纤维的纯度≥3n。通过控制所述二氧化硅纤维的纯度≥3n，如3n或4n，以减少杂质的引入，提高陶瓷辊棒性能。所述二氧化硅纤维的纯度可根据如下方法测得：采用行业标准ys/t 1160-2016进行纯度测试，其中，光管电流38ma，光管电压35kv，发散狭缝0.5°，时间常数10，扫描速度0.25°/min，扫描步进0.03°，综合稳定度0.05%。
12、优选地，所述二氧化硅纤维的平均直径为0.4~1μm。所述二氧化硅纤维的平均直径可选择为0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1μm、或以上任意两个数值形成的范围。
13、所述二氧化硅纤维的平均长度、平均直径和平均长径比可根据如下方法测得：采用image j软件，随机选取二氧化硅纤维的电镜图片上至少100根纤维，对这些纤维的长度、直径或长径比进行统计分析，测定其平均值。
14、优选地，所述二氧化硅纤维为玻璃态。
15、优选地，所述二氧化硅纤维的制备方法包括以下步骤：所述二氧化硅纤维的制备方法包括以下步骤：先在真空度≤10-3pa以及加热条件下将单质硅熔融，之后充入惰性保护气至压强为100~260pa，继续升温使熔融硅形成硅蒸气，再通入氧气并维持压强为100~260pa，保温反应1~10h，反应结束后冷却，即得所述二氧化硅纤维。其中惰性保护气可选择氩气。
16、优选地，所述氧气通入量与单质硅的重量比为1~2:1。
17、优选地，所述单质硅熔融的温度为≥1410℃。示例性地，所述单质硅熔融的温度为1410~1600℃。
18、优选地，所述熔融硅形成硅蒸气的温度≥1700℃。示例性地，所述熔融硅形成硅蒸气的温度为1700℃~1800℃。
19、优选地，所述继续升温的升温速率为3~8℃/min。
20、优选地，所述二氧化硅纤维-铝溶胶复合材料中，氧化铝与二氧化硅纤维的重量比为（1.9~4.1）:1，如2:1、2.2:1、2.4:1、2.6:1、2.8:1、3:1、3.2:1、3.4:1、3.6:1、3.本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种纤维增强陶瓷辊棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的纤维增强陶瓷辊棒的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅纤维的纯度≥3N，如3N~4N。
3.如权利要求1所述的纤维增强陶瓷辊棒的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅纤维还满足以下条件中的至少一条：
4.如权利要求1所述的纤维增强陶瓷辊棒的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅纤维-铝溶胶复合材料中，氧化铝与二氧化硅纤维的重量比为（1.9~4.1）:1；所述分散剂的重量为所述二氧化硅纤维和所述铝溶胶总重量的0.1%~1%。
5.如权利要求1所述的纤维增强陶瓷辊棒的制备方法，其特征在于，所述氧化铝陶瓷泥料的制备原料包括以下重量份组分：氧化铝微粉20~40份，高岭土15~30份，所述二氧化硅纤维-铝溶胶10~20份，粘结剂1~5份，刚玉砂30~50份，溶剂15~25份。
6.如权利要求5所述的纤维增强陶瓷辊棒的制备方法，其特征在于，满足以下条件中的至少一条：
7.如权利要求1所述的纤维增强陶瓷辊棒的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅纤维的
8.如权利要求7所述的纤维增强陶瓷辊棒的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅纤维的制备方法还满足以下条件中的至少一条：
9.如权利要求1所述的纤维增强陶瓷辊棒的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅纤维的制备方法还满足以下条件中的至少一条：
10.如权利要求1~9任一项所述的纤维增强陶瓷辊棒的制备方法制得的纤维增强陶瓷辊棒。
...【技术特征摘要】
1.一种纤维增强陶瓷辊棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的纤维增强陶瓷辊棒的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅纤维的纯度≥3n，如3n~4n。
3.如权利要求1所述的纤维增强陶瓷辊棒的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅纤维还满足以下条件中的至少一条：
4.如权利要求1所述的纤维增强陶瓷辊棒的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅纤维-铝溶胶复合材料中，氧化铝与二氧化硅纤维的重量比为（1.9~4.1）:1；所述分散剂的重量为所述二氧化硅纤维和所述铝溶胶总重量的0.1%~1%。
5.如权利要求1所述的纤维增强陶瓷辊棒的制备方法，其特征在于，所述氧化铝陶瓷泥料的制备原料包括以下重量份组分：氧化铝微粉20~40份，高岭土15~30份，所述二氧化硅纤维-铝溶胶10~20份，粘结剂1~5份，刚玉砂30~50份，溶剂15~25份。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：余有根，何王美，张书轼，马建国，李儒强，刘程，蒲林刚，杨华亮，
申请(专利权)人：广东金刚新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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