离心自蔓燃法制取陶瓷衬管所用原料的配方 本发明涉及在钢管的内表面得到致密陶瓷层所用原料的配方。
火力发电厂、冶金、矿山、石油和化工等部门需要大量的内表面耐磨、耐腐蚀的管道。当前，所使用的管道不能很好地满足上述要求。用离心自蔓燃法所制取的陶瓷衬管不但具有耐磨、耐腐蚀的性能，又具有良好的耐热，耐机械冲击的性能所以它是解决管道耐磨、耐腐的有效途径。
1981年日本小田原修等人利用了铝热-离心法制造了内表面为陶瓷内衬管的钢管，随后出现了一系列这方面的专利文献，例如特开昭58-047550，特开昭58-188591，特开昭59-083983，特开昭61-079226，特开昭61-079777，特开昭62-086172，特开昭63-089675，特开昭63-089680等。中国专利文献CN1059376A也报道了这方面的内容。它们的基本原理是用铝、镁等还原元素与氧化铁等氧化物发生放热反应，反应放出大量的热，而得到铁和氧化铝形成的熔体，在离心力的作用下，比重较大的铁分布在钢管和氧化铝陶瓷之间，并将氧化铝陶瓷和钢管内壁结合起来。
但是，虽然上述地反应放出大量的热量，使反应产物处于熔融状态，由于钢管管壁有强烈的冷却作用，使反应产物处于熔融状态的时间很短，里面的大量气泡来不及排除，而得不到致密的氧化铝陶瓷层。为了减少氧化铝陶瓷层中的气孔率，小田原修等人在反应物中加入氧化镁(MgO)、二氧化硅(SiO2)、硅(Si)、镁(Mg)、四氮化三硅(Si3N3)、碳化硅等添加剂。由于在反应物中有这些添加剂的存在，可以形成低熔点的陶瓷相，从而提高了陶瓷层的致密度。但是，尽管加入了上述的添加剂陶瓷层中仍存在着一定量的气孔率，而且成本也高。
中国专利文献CN1059376A采用了长石，滑石，硅灰石等矿物原料作为添加剂，提高了陶瓷层的致密度，又可得到致密的釉层，降低了成本。但是，这层釉层往往与陶瓷基体之间存在着较多的缺陷，例如气孔等。
本发明的目的就在于研究出一种自蔓燃法制取陶瓷衬管时所用反应物新的配方，尤其是找出更有效的添加剂，使得能在钢管内表面形成一层致密而又相当平滑的陶瓷层，克服已有技术文献中所存在的不足之处，不会形成另外的釉层，使得陶瓷衬管具有良好的机械性能，耐机械冲击、耐热冲击，使其压剪强度、显微硬度Hv有较大的提高。
本发明的研究者通过在自蔓燃的反应物中加入适量的二氧化硅，同时再加入一种或几种能起助熔和矿化作用的添加剂，促使形成或直接形成低熔点共熔物，从而能够得到熔体成分较均匀，不至于在离心力的作用下形成另外的釉层，又由于降低了熔体的粘度有利于气泡的排出，而能得到致密的，表面光滑的陶瓷层，解决了制取陶瓷层的关键问题。
本发明的一种离心自蔓燃法制取陶瓷衬管所用原料的配方，原料中含有二氧化硅(SiO2)，占原料总重的0.5～6％(重量百分数，下同)，含有添加剂，所说的添加剂有二种，一种为金属的氟化物占原料总重的0.5～6％，所说的金属氟化物为氟化铝(AlF3)、氟化钙(CaF2)、氟化铵(NH4F)其中的一种或二种，另一种添加剂为硼的化合物，所说的硼的化合物为三氧化二硼、硼酸盐其中的一种或二种，硼的化合物占原料总重的0～6％。其余为金属铝粉和三氧化二铁或四氧化三铁。
所用的金属铝粉与三氧化二铁的比为1∶2.05～3.20(重量比)，金属铝粉与四氧化三铁的比为1∶2.19-3.50(重量比)为好。硼的化合物占原料总重的0.7～6.0％为佳。所说的硼酸盐为焦硼酸钴(CoB2O5)、焦硼酸钡(BaO·2B2O3)、硼镁石(Mg2B2O5·H2O)、偏硼酸钙[Ca(BO2)2]、偏硼酸钾(KBO2)、偏硼酸钠(NaBO2)、硼砂[Na2B4O5(OH)4·8H2O]、硼酸钇(YBO3)等其中的一种或其中的二种。在这些添加剂中尤以氟化铝、氟化钙、焦硼酸钡(BaO·2B2O3)、硼砂[Na2B4O5(OH)4·8H2O]、偏硼酸钙[Ca(BO2)2]、偏硼酸钾(KBO2)为更佳。由于加入了上述的添加剂就能促使其形成或直接形成低熔点共熔物，得到了熔体成分均匀，并降低了熔体粘度，有利于致密、内表面光滑的陶瓷衬管的形成。若所用的添加剂为二种，它们之间的重量比可以是任意的一个比；若以硼酸盐作为添加剂，用上述二种的硼酸盐，它们的重量比也是任意一个比。
可以用中国专利文献CN1059376A所述的内衬钢管的制造方法来形成内衬陶瓷管，唯反应物配方的成分与其不同；亦可以用申请号95117086.4所叙的方法形成内衬陶瓷管。点火方法可以用本领域所属的普通技术人员均知的氧-乙炔焰点燃物料，也可以用申请号95117086.4所叙的离心自蔓延制取陶瓷衬管的点火方法点燃物料，均能得到良好的结果。
本发明的离心自蔓燃法制取陶瓷衬管所用反应物的配方其优点在于：
1.用本发明的反应物配方制造出的陶瓷衬管具有优良的机械性能，耐机械冲击、耐热冲击等性能，其压剪强度为10--20MPa，陶瓷层的显微硬度Hv为1000-1600Kgf/mm2，在30-50J/mm2冲击下不出现裂纹或剥落，加热到500℃后于水中急冷不产生剥落。
2.用本发明的反应物配方制造出的陶瓷衬管内表面致密，相当平滑，不会产生另外的釉层，陶瓷成分均匀。而且本发明的反应物成本低廉，便于推广应用，具有很大的经济效益和社会效益。
图1离心自蔓燃法制取陶瓷衬管的原理图
图中，[1]为钢管，[2]为混合好的反应物，[3]陶瓷衬管的过渡层，[4]为陶瓷衬管的陶瓷层，ω为离心机的转速。
图2检测陶瓷衬管压剪强度的试验示意图
图中，[5]为上冲模，[6]为试样环，[7]为下模，[8]为垫板。
用下述实施例对本发明作进一步的说明，将有助于对本发明及其优点的理解，本发明不受这些实施例的限定，本发明的保护范围由权利要求书来决定。
实施例1
原料中含有142克铝粉(-100目，即过100目)，438克三氧化二铁(-200目，即过200目)，6克二氧化硅SiO2，-200目)占反应物总重的1.0％，4克氟化铝(AlF3，-200目)占原料总重的0.67％，8克焦硼酸钡(BaO·2B2O3，-200目)占原料总重的1.34％。金属铝粉∶三氧化二铁的比为1∶3.08(重量比)。
将上述原料经混合充分后，均匀装入外径为100毫米，壁厚4毫米，长度为200毫米的钢管中。使钢管紧固于离心机上，开启离心机，使钢管转速达到300g(即重力的300倍)，用申请号95117086.4所叙的方法点燃，冷却后即制得陶瓷衬管，其压剪强度为15MPa，显微硬度Hv1448Kgf/mm2，组织成分分布均匀，没有明显的外表层，内表面光滑，在40J/mm2冲击下不出现裂纹或剥落，加热到500℃后于水中急冷不产生剥落。
实施例2
其操作方法与实施例1基本相同，唯不同的是原料中含有142克铝粉(-100目)，438克三氧化二铁(-300目)，9克二氧化硅(SiO2，-200目)占原料总重的1.49％，6克氟化钙(CaF2，-200目)占原料总重的0.995％，8克三氧化二硼(B2O3，-200目)占原料总重的1.33％，铝粉与三氧化二铁的比为1∶3.08(重量比)，冷却后即制得陶瓷衬管，其压剪强度为14MPa，显微硬度1556Kgf/mm2，组织成分分布均匀，没有明显的外表层，内表面光滑，在40J/mm2冲击下不出现裂纹或剥落，加热到500℃后于水中急冷不产生剥落。