[发明专利]复合管及其制造方法

说明书

一种复合管及其制造方法属于复合管材或容器及其制造技术领域。陶瓷内衬钢管或容器由于其具有良好的耐蚀、面热、耐磨及隔热性能而有着广阔的应用前景，但用各种传统方法制得的陶瓷衬管质量差、成本高且无法用于长陶瓷衬管的生产。美国专利4117868、4363832提出了一种用离心自蔓延高温合成技术制造致密的Al₂O₃陶瓷内衬钢管的方法，但其陶瓷层是致密的且又是单纯的Al₂O₃，故它的隔热、隔音、韧性和结合强度均有待于进一步提高。

本发明的目的在于提供一种在隔热、隔音、韧性和结合强度诸方面均优于致密Al₂O₃陶瓷衬管的复合管及其制造方法。

本发明所提出的复合管，其特征在于：其金属外管的内层为呈圆柱面状分布的由表、里两层陶瓷材料构成的陶瓷层，内、外层之间有一个以铁为主带有少量铬、镍等元素的过渡层。金属外管的材料主要是普碳钢或铸铁，也可以是不锈钢、铜或钛。陶瓷层的表层为致密层，与过渡层相邻的里层则为Al、Zr、Fe、O诸元素构成多孔层。

本发明提出的多孔陶瓷衬管的制造方法，其特征在于：它是一种离心自蔓延的高温合成方法，其步骤如下：(1)把金属管或内腔为圆柱形的容器的开口处，用环状石墨堵头堵住，再用纸板或类似的易燃材料把石墨堵头内孔封闭；(2)把作为氧化剂的Fe₂O₃或Fe₂O₃再加一定量的CrO₃粉末、作为还原剂的Al粉和Zr粉按照化学方程式的摩尔比配粉，再加入适量(小于或等于氧化和还原剂总量的15％)的作为添加剂的ZrO₂、Al₂O₃、Y₂O₃粉末混合均匀，然后倒入上述管材或容器中并把其另一端开口处也按前法用环形石墨堵头和纸片或类似的易燃物封闭；(3)把上述两头封闭的管材或容器装入卧式离心设备上使之沿轴心旋转；(4)烧去纸片并点燃其内部的粉末反应物使其自蔓延至整个圆柱形内腔表面直至反应结束，待降温、停机后取下试样缓冷至室温，则即可得到本发明所述的复合管。

实验表明：该复合管有较好的隔热、隔音和耐蚀、耐磨性能。

为了在下面结合实施例对本发明作详尽描绘，现把本申请文件所使用的附图名称和编号简介如下：

图1：离心自蔓延高温合成复合管工艺原理示意图；

图2：复合管横断面示意图。

实施例：1.以Fe₂O₃粉作氧化剂，Al粉和Zr粉作还原剂，也可以加添加剂Y₂O₃粉和Al₂O₃或ZrO₂，见图1，1是Fe₂O₃+Al+Zr+添加剂，均为粉状，2是金属管。添加剂可减少Zr粉用量并降低反应温度，添加前者是为了对ZrO₂起稳定作用，用电阻丝方法点火。

它们之间的配方可根据下列化学方程式的摩尔比确定：

其中，Q表示放出热量。Fe₂O₃+Al+Zr系列样品的化学配方见表1，其相应的性能测试结果是表2，反应物的粒度控制范围及实施例使用的粒度值见表3。

陶瓷层厚度主要由装料量决定，陶瓷层的孔隙率主要由Zr粉用量、离心力大小及冷却速度决定。多孔陶瓷衬管的横断面示意图见图2，其中，3是Fe过渡层，4是多孔陶瓷层，5是致密陶瓷层，ω是角速度。

2.以Fe₂O₃+一定量CrO₃作氧化剂，Al粉作还原剂，添加CrO₃能显著提高陶瓷层的致密度。用电阻丝加热法点火。

它们之间的配方可根据下列化学方程式的摩尔比确定：