【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于復合陶瓷，具體涉及一種冶金行業用mgal2o4-v2alc復合材料陶瓷葉片及其制備方法。
技術介紹
1、隨著冶金行業對高溫工況下材料性能要求的不斷提升，傳統耐熱合金鋼部件由于其在高溫環境下表現出的性能限制，逐漸無法滿足現代工業生產的需求。現有的耐熱合金鋼部件常常面臨高溫蠕變性能差、熱導率高以及使用壽命短等問題，這在實際生產過程中限制了冶金設備的效率和壽命。
2、為了應對這些問題，國內外的研究機構開始探討使用將具有良好物理化學性能、強度高、高溫蠕變性能優異等突出特點的高溫陶瓷制造高溫陶瓷部件，取代現有的耐熱合金鋼部件，有望解決耐熱合金鋼部件帶來的突出問題。目前，國內外科研機構已經研究了氧化硅、碳化硅、氮化硅等材料及其復合材料的陶瓷葉片，部分已經獲得實際應用，能夠改善耐熱鋼墊塊熱導率高、高溫蠕變性能差等問題。
3、以現有技術為例，cn105777132a公開了一種抗彎曲陶瓷基復合材料，通過碳化硅、氮化硅、二氧化硅等多種材料的復配，提升了陶瓷材料的抗彎曲性能。然而，現有技術在制備高性能結構陶瓷時仍然存在一些顯著的缺陷：
4、1.脆性和易損性：現有的高性能結構陶瓷是典型的硬、脆的結構材料，同時溫度變化對其彈塑性及高溫蠕變性能的影響明顯，其材料組成、微結構設計及性能調控一直是其科學研究的難點和熱點，雖然高性能結構陶瓷材料具備較高的強度和耐磨性，但其脆性較大，易在使用過程中發生破裂和損壞，尤其是在復雜的熱力學環境下，其彈塑性和高溫蠕變性能往往不理想。
5、2.尺寸和結構限制：現有
6、3.抗熱震性能不足：雖然陶瓷材料的高溫強度表現優異，但其抗熱震性能相對較差，特別是在溫度急劇變化的環境下，材料容易發生熱震損傷，從而影響其服役壽命。
7、4.材料微結構調控難度大：現有的陶瓷材料在微結構設計和性能調控方面仍存在較大難度。如何提升陶瓷材料的致密度、降低其熱導率、增強抗高溫蠕變性能，依舊是材料領域的難點和研究熱點。
8、因此，為了克服現有陶瓷材料在應用中的這些不足，開發出一種具有更低熱膨脹系數、更高強度、優異耐磨性和抗熱震性能的陶瓷復合材料，成為亟待解決的問題。同時，在保證材料優異性能的基礎上，還需要確保材料的低損傷、少缺陷、高成品率及高精度的加工性能，以滿足冶金行業對高溫工件的更高要求。
技術實現思路
1、本專利技術旨在克服現有技術缺陷，目的在于針對現有冶金行業用耐熱鋼葉片存在的技術缺陷，從而限制行業的技術進步和經濟效益的問題，提供一種具有高致密度、低熱導率、優良高溫強度、優異熱振穩定性和耐磨性、服役壽命長等特點的mgal2o4-v2alc復合材料陶瓷葉片及其制備方法。
2、為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案是：
3、步驟1，原料組成：以75～90wt％的mgal2o4粉體和25～10wt％的v2aic粉體為原料，以2～10wt％的調質劑為外加劑；其中，調質劑為質量比為1：1：5的鎂鉻尖晶石、si和聚乙二醇的混合物，目的是提高復合材料結合性和高溫穩定性；
4、步驟2，原料混合：將步驟（1）中原料和外加劑各自的百分含量比例配置，首先在mgal2o4粉體中加入一半調質劑混合，目的是將調質劑覆蓋在mgal2o4原料表面；混合均勻后再依次加入v2alc粉體和剩余調質劑，充分混合，目的是使v2alc粉體能包裹mgal2o4粉體；
5、步驟3，成型、燒結與加工：將步驟（2）中混合均勻的原料模壓成型，干燥后得到坯體；將坯體材料置入熱等靜壓燒結爐，在500～900℃真空條件下保溫0.5～10h，然后在氬氣氣氛下，將溫度升至1000～1300℃，并在10～200mpa的熱等靜壓條件下保溫2-20小時，得到燒結坯體，再經數控車床機加工后獲得陶瓷葉片；
6、作為優選地方案，mgal2o4粉體純度≥95wt％，粒徑小于3mm；v2alc粉體純度≥95wt％，粒徑小于200μm；鎂鉻尖晶石粉體純度≥92wt％，粒徑小于50μm；si粉體純度≥95wt％，粒徑小于10μm；模壓成型的壓力為50～300mpa，保壓5-30min；氬氣純度≥99％。
7、作為優選地方案，所述陶瓷葉片呈螺旋式扇形結構，所述陶瓷葉片的螺旋升角為15-25°，所述陶瓷葉片間通過焊板固定連接，所述陶瓷葉片間形成螺旋式柱狀結構?。陶瓷葉片采用螺旋式扇形結構，螺旋升角為15-25°，通過焊板固定連接，形成螺旋式柱狀結構，顯著提升了其在高溫、高壓環境下的工作效率和穩定性。螺旋結構使氣體或液體的流動更加平穩，減少了湍流和阻力，進一步優化了傳熱與傳質效果，提高了設備的整體性能。此外，該結構進一步增強了葉片的機械強度和耐久性，進一步降低了葉片在極端工況下的磨損和損壞風險，延長了使用壽命，提升了可靠性與服役效率。
8、本專利技術與現有技術相比，取得的有益的技術效果：
9、1.熱膨脹系數降低，增強抗熱震性與使用壽命：本專利技術通過使用低熱膨脹系數的mgal2o4為基體材料，有效降低了陶瓷葉片的熱膨脹系數，從而顯著改善了復合材料的抗熱震性能，延長了其在高溫工況下的使用壽命。這一特點克服了傳統耐熱合金鋼部件在高溫環境下性能有限的不足。
10、2.提高復合材料的結合性與高溫穩定性：通過引入調質劑，特別是由鎂鉻尖晶石、si和聚乙二醇按質量比1:1:5組成的調質劑，復合材料的結合性和高溫穩定性得到了大幅提升。這種調質劑在提高材料結合性能的同時，也增強了材料的高溫抗氧化能力。
11、3.提高復合材料的強度、韌性與抗高溫性能：v2alc作為增強相，憑借其優異的屈服強度、高熔點和抗高溫穩定性，與mgal2o4基體材料形成了高強度、高韌性的結合相網絡。與傳統陶瓷相比，本專利技術中的復合材料表現出更好的抗彎強度、抗斷裂韌性和耐高溫能力。
12、4.優化加工性能與成品率：由于v2alc的自潤滑性和立方各向同性，使得材料在數控車床上的機加工性能顯著提升，復合材料的加工精度更高、損傷更小、缺陷更少，成品率也得以提高。這一特點使得該材料在復雜結構和極限尺寸部件的加工中表現出色，克服了傳統陶瓷在精密加工中的技術難題。
13、5.耐磨性和抗熱沖擊能力顯著增強：本專利技術復合材料通過v2alc和mgal2o4的組合，不僅具有優異的高溫強度和耐磨性，還在頻繁的熱力學波動下保持出色的抗熱沖擊能力。這使得材料特別適合在冶金行業的高溫環境中長期服役，顯著提升了設備的工作效率和經濟效益。
14、綜上所述，本專利技術的mgal2o4-v2alc復合材料陶瓷葉片在熱膨脹系數、材料強度、韌性、耐高溫、耐磨性及加工性能等方面均實現了顯著提升，有效克服了現有技術的不足，尤其是在冶金行業高溫工況下的應用中，具有顯著的優勢。
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1.一種冶金行業用MgAl2O4-V2AlC復合材料陶瓷葉片的制備方法，其特征在于，包括以下制備步驟：
2.根據權利要求1所述冶金行業用MgAl2O4-V2AlC復合材料陶瓷葉片的制備方法，其特征在于，所述MgAl2O4粉體純度≥95wt％，粒徑小于3mm。
3.根據權利要求1所述冶金行業用MgAl2O4-V2AlC復合材料陶瓷葉片的制備方法，其特征在于，所述V2AlC粉體純度≥95wt％，粒徑小于200μm。
4.根據權利要求1所述冶金行業用MgAl2O4-V2AlC復合材料陶瓷葉片的制備方法，其特征在于，所述鎂鉻尖晶石粉體純度≥95wt％，粒徑小于50μm。
5.根據權利要求1所述冶金行業用MgAl2O4-V2AlC復合材料陶瓷葉片的制備方法，其特征在于，所述Si粉體純度≥95wt％，粒徑小于10μm。
6.根據權利要求1所述冶金行業用MgAl2O4-V2AlC復合材料陶瓷葉片的制備方法，其特征在于，模壓成型的壓力為50～300MPa，保壓5-30min。
7.根據權利要求1所述冶金行業用MgAl2O4-
8.一種冶金行業用MgAl2O4-V2AlC復合材料陶瓷葉片，其特征在于，所述陶瓷葉片（1）呈螺旋式扇形結構，所述陶瓷葉片（1）的螺旋升角為15-25°，所述陶瓷葉片（1）間通過焊板（2）固定連接，所述陶瓷葉片（1）間形成螺旋式柱狀結構。
...【技術特征摘要】
1.一種冶金行業用mgal2o4-v2alc復合材料陶瓷葉片的制備方法，其特征在于，包括以下制備步驟：
2.根據權利要求1所述冶金行業用mgal2o4-v2alc復合材料陶瓷葉片的制備方法，其特征在于，所述mgal2o4粉體純度≥95wt％，粒徑小于3mm。
3.根據權利要求1所述冶金行業用mgal2o4-v2alc復合材料陶瓷葉片的制備方法，其特征在于，所述v2alc粉體純度≥95wt％，粒徑小于200μm。
4.根據權利要求1所述冶金行業用mgal2o4-v2alc復合材料陶瓷葉片的制備方法，其特征在于，所述鎂鉻尖晶石粉體純度≥95wt％，粒徑小于50μm。
5.根據權利要求1所述冶金行業用mgal...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉華山，皮壽成，劉娜，
申請(專利權)人：泰州市宏華冶金機械有限公司，
類型：發明
國別省市：
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