多孔陶瓷块、金属基复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明提供一种多孔陶瓷块、金属基复合材料及其制备方法，挂满陶瓷浆料的有机泡沫经干燥、蒸发和烧结处理后得到所述多孔陶瓷块，其中：所述有机泡沫为聚苯乙烯泡沫塑料或者聚氨酯泡沫塑料；所述陶瓷浆料由陶瓷粉料、粘结剂和溶剂组成，所述陶瓷粉料为氧化铝或/和三氧化二铬，所述粘结剂为有机粘结剂或者无机粘结剂，所述溶剂为水或者有机溶剂。本发明的多孔陶瓷块的制备方法简单、陶瓷块中的孔分布均匀、孔的大小容易控制，采用本发明的多孔陶瓷块制备金属基复合耐磨材料更加容易，简化了复合耐磨材料的制备步骤，而且更便于控制金属基材中陶瓷的分布。
【专利说明】
多孔陶瓷块、金属基复合材料及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及应用于破碎机的复合材料领域，具体涉及一种多孔陶瓷块、金属基复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]在冶金矿山、建材、筑路、化学和硅酸盐行业中，破碎机是物料破碎的主要设备。随着我国经济的高速发展，这些行业每年需经过破碎机处理的物料呈几何级数增加，影响破碎过程的因素有很多，但都与破碎设备的性能相关联。衬板、锤头、辊子及辊齿等破碎机中易磨损部件，其耐磨性的优劣对破碎机的性能有很大影响。
[0003]目前破碎机发展存在的主要问题有应用新型耐磨材料较少、破碎机的制造工艺水平较差等。破碎机常选用常规的高铬铸铁、超高锰钢等作为耐磨材料，这类传统的耐磨材料由于性能有限，常采用定期更换耐磨件的方法延长破碎机的使用时间，由此造成了劳动强度增大和效率低下等问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种多孔陶瓷块、金属基复合材料及其制备方法，本发明的多孔陶瓷块的制备方法简单、陶瓷块中的孔分布均匀、孔的大小容易控制，采用本发明的多孔陶瓷块制备金属基复合耐磨材料更加容易，简化了复合耐磨材料的制备步骤，而且更便于控制金属基材中陶瓷的分布。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0006]—种多孔陶瓷块的制备方法，挂满陶瓷浆料的有机泡沫经干燥、蒸发和烧结处理后得到所述多孔陶瓷块，其中:
[0007]所述有机泡沫为聚苯乙烯泡沫塑料或者聚氨酯泡沫塑料；
[0008]所述陶瓷浆料由陶瓷粉料、粘结剂和溶剂组成，所述陶瓷粉料为氧化铝或/和三氧化二铬，所述粘结剂为有机粘结剂或者无机粘结剂，所述溶剂为水或者有机溶剂。
[0009]优选地，在上述制备方法中，包括如下步骤:
[0010]步骤I，所述有机泡沫的预处理
[0011]所述有机泡沫依次经水、洗涤剂、酸和碱浸泡处理，得到预处理后的有机泡沫；
[0012]步骤2，所述陶瓷浆料的制备
[0013]将所述陶瓷粉料、所述粘结剂和所述溶剂混合均匀，得到所述陶瓷浆料，其中:所述溶剂的含量为所述陶瓷浆料总重量的10%_40%，优选地，所述陶瓷粉料、所述粘结剂和所述溶剂的重量比例为:陶瓷粉料:粘结剂:溶剂= 13:(2-3):(4-6);
[0014]步骤3，挂浆处理:将所述预处理后的有机泡沫浸入所述陶瓷浆料中，取出后得到挂满陶瓷浆料的有机泡沫；
[0015]步骤4，烧结处理:将所述挂满陶瓷浆料的有机泡沫干燥，再进行蒸发以将有机泡沫蒸发掉，然后对蒸发掉有机泡沫的陶瓷坯料进行烧结处理，从而得到所述多孔陶瓷块，其中，在烧结处理时，所述烧结是将蒸发掉有机泡沫的陶瓷坯料继续升温至700°C-1000°C并保温50-60min;优选地，在所述烧结处理时，所述升温速度为5-1 (TC/min。
[0016]优选地，在上述制备方法中，在所述步骤I中，包括如下步骤:
[0017]步骤1.1，将所述有机泡沫浸泡在水中，水的温度为80-100°C，浸泡时间<两小时，
[0018]步骤1.2，将经过步骤1.1得到的所述有机泡沫用洗涤剂进行洗涤，
[0019]步骤1.3，将经过步骤1.2得到的所述有机泡沫浸泡在酸溶液中，所述酸溶液的浓度为10wt%-20wt%，浸泡时间为6-10小时，
[0020]步骤1.4，将经过步骤1.3得到的所述有机泡沫浸泡在碱溶液中，所述碱溶液的浓度为10wt%-20wt%，浸泡时间为6-10小时；
[0021 ]在所述步骤2中，所述陶瓷粉料的粒度为10_40μπι;
[0022]在所述步骤3中，所述预处理后的有机泡沫浸入所述陶瓷浆料中的时间为l_3h;
[0023]在所述步骤4中，所述干燥为烘干或者自然晾干，所述烘干的温度为100°C-130°C，待水分烘干后，继续保温20-40分钟；
[0024]所述蒸发是将干燥后的挂满陶瓷浆料的有机泡沫升温至650°C-750°C并保温50-60min;优选地，在所述蒸发过程中，所述升温的速度为0.5-l°C/min;
[0025]所述烧结是将蒸发掉有机泡沫的陶瓷坯料继续升温至700°C-800°C并保温50-60mino
[0026]优选地，在上述制备方法中，所述聚氨酯泡沫塑料的PPI在20?30之间。
[0027]优选地，在上述制备方法中，挂到所述有机泡沫上的陶瓷楽料的厚度为l_3mm。
[0028]优选地，在上述制备方法中，还包括将所述有机泡沫挤压的预处理步骤。
[0029]优选地，在上述制备方法中，在所述步骤3和步骤4之间，还包括去掉多余楽料的步骤，即去掉所述步骤3得到的所述挂满陶瓷浆料的有机泡沫中多余的浆料;优选地，使用手工揉搓法或者机械辊压法去掉所述多余的浆料。
[0030]另一方面，提供了一种采用上述方法制备的多孔陶瓷块，所述多孔陶瓷块的PPI在20?30之间。
[0031]另一方面，提供了一种金属基复合材料，由权利要求8所述的多孔陶瓷块和流入所述多孔陶瓷块的孔中和外周部的金属液凝固后形成的金属基体构成。
[0032]另一方面，提供了一种制备上述的属基复合材料的方法，包括如下步骤:
[0033]步骤I，将所述多孔状陶瓷块置入普通砂型的型腔内，经预热后浇注金属液，所述金属液充满所述多孔陶瓷块的孔中和外周部，浇注温度为15000C-16000C ；
[0034]步骤2，冷却和脱模。
[0035]金属基复合材料是以金属或合金为基体，以高性能的第二相为增强体的复合材料，它既能保留原组成材料的主要特色，并通过符合效应获得原组分所不具备的性能。与传统的金属材料相比，它具有较高的比强度和比刚度;与树脂基复合材料相比，它又具有优良的导热性和耐热性，与陶瓷材料相比，它又具有较高的韧性和较高的抗冲击性能。
[0036]以陶瓷为增强材料，金属为基体材料制成的金属基陶瓷复合材料具有比强度高、比模量高、耐磨损、耐高温等优良性能，将其应用于破碎设备，能够有效提高碎磨设备工作效率，优化碎磨作业。
[0037]本发明的目的是以多孔陶瓷为增强材料，金属为基体材料制成具有比强度高、比模量高、耐磨损等优良性能的金属基陶瓷复合材料，并应用于破碎机设备中。本发明的多孔陶瓷块的制备方法简单、陶瓷块中的孔分布均匀、孔的大小容易控制，采用本发明的多孔陶瓷块制备金属基复合耐磨材料更加容易，简化了复合耐磨材料的制备步骤，而且更便于控制金属基材中陶瓷的分布。
【附图说明】
[0038]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中:
[0039]图1为有机泡沫浸渍工艺成孔原理示意图；
[0040]图1中多孔陶瓷块具有两种孔，一种是泡沫塑料烧穿孔制得的通孔(S卩挂浆时有机泡沫上未填满浆料的孔)，另一种是有机泡沫蒸发后留下的孔洞。
[0041]图2为聚氨酯泡沫塑料经热水浸泡处理的挂浆效果；
[0042]图3为聚氨酯泡沫塑料经热水浸泡、碱溶液浸泡处理的挂浆效果；
[0043]图4为聚氨酯泡沫塑料经热水浸泡、洗涤剂、酸、碱浸泡处理的挂浆效果；
[0044]由图2至图4中可以看出，图4中的挂浆效果明显优于图2和图3中的挂浆效果。
[0045]图5为使用较小数值0.8mm孔径的聚氨酯泡沫塑料的烧结效果；
[0046]图6为使用较大数值5mm孔径的聚氨酯泡沫塑料的烧结效果；
[0047]由图5至图6中可以看出，图6的烧结效果明显优于图5的烧结效果，即聚氨酯泡沫塑料的孔径为5mm时效果理想，如果孔径太小易出现死孔，小孔，孔隙率底，如果孔径太大时，多孔陶瓷强度差，易碎。
[0048]图7为使用粒度为60_150μπι的陶瓷颗粒的烧结效果；
[0049 ]图8为使用粒度为10-40μηι的陶瓷颗粒的烧结效果。
[0050]从图7和8可以看出，图8的多孔陶瓷块明显优于图7，通孔率明显较高，烧结后的多孔陶瓷块的孔的表面较为光洁，无裂纹、断裂现象，具有较好的强度。
【具体实施方式】
[0051]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0052]如图1至图8所示，根据本发明的实施例，提供了一种多孔陶瓷块的制备方法，由有机泡沫和陶瓷浆料制成，其中:
[0053]有机泡沫为聚苯乙烯泡沫塑料或者聚氨酯泡沫塑料；
[0054]陶瓷浆料由陶瓷粉料、粘结剂和溶剂组成，粘结剂为有机粘结剂或者无机粘结剂，溶剂为水或者有机溶剂。陶瓷粉料为市售氧化铝和三氧化二铬的混合物(在其他的实施例中，也可以仅选用氧化铝和三氧化二铬的其中一种作为陶瓷粉料)；无机粘结剂为硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐、氢氧化铝溶胶和硅溶胶中的一种或者几种的混合物，优选地，无机粘结剂为磷酸铝或者硫酸铝与磷酸铝的混合物;溶剂即可用为水也可用为有机溶剂，有机溶剂可用选用如工业酒精等。陶瓷浆料需要具有较高的固相含量，溶剂(水或者有机溶剂)的含量优选为陶瓷浆料总重量的10%-40% (比如15%、20%、25%、30%、35% )。
[0055]由本发明实施例提供的多孔陶瓷块的制备方法制备的多孔陶瓷块无裂纹且通孔均匀，多孔陶瓷块中通孔的孔径优选为4-6mm(该孔径的多孔陶瓷块强度较高)，适合作为金属基复合材料的增强体的复合材料，使得金属基复合材料既能保留金属基的主要特色，并通过复合效应获得原有金属基材料不具备的性能。以多孔陶瓷块为增强材料，金属为基体材料制成的金属基陶瓷复合材料具有比强度高、比模量高、耐磨损、耐高温等优良性能，将其应用于破碎设备，能够有效提高破碎设备的工作效率，优化破碎作业。
[0056]进一步地，多孔陶瓷块的制备方法包括如下步骤:
[0057]步骤I，有机泡沫的预处理
[0058]步骤1.1，将有机泡沫浸泡在水中，水的温度为80-100 °C (比如85 °C、90°C、95°C、98°0，浸泡时间<两小时，
[0059]步骤1.2，将经过步骤1.1得到的有机泡沫用洗涤剂进行洗涤，洗涤剂选择市售洗手液即可，如市售的蓝月亮牌洗手液等，
[0060]步骤1.3，将经过步骤1.2得到的有机泡沫浸泡在酸溶液中，酸溶液的浓度为10wt%-20wt% (比如 13wt% N 15wt%、17wt%、19wt% )，浸泡时间为6-10小时，
[0061]步骤1.4，将经过步骤1.3得到的有机泡沫浸泡在碱溶液中，碱溶液的浓度为10wt%-20wt% (比如 13wt% N 15wt%、17wt%、19wt% )，浸泡时间为6-10小时；
[0062]在涂覆陶瓷浆料之前对有机泡沫分比别进行水浸泡、洗涤、酸溶液浸泡、碱溶液浸泡等处理是为了提高有机泡沫与在下述步骤中得到的陶瓷浆料之间的粘附性。充分洗涤后再依次用酸溶液、碱溶液浸泡处理的有机泡沫具有较好的挂浆效果，挂浆均匀，挂浆量适中。洗涤剂可以洗掉有机泡沫的塑料孔筋表面的杂质，并且在洗涤揉搓的过程中可以把一些孔隙薄膜洗掉，酸碱处理是为了使泡沫表面附着-OH基，使泡沫与浆料更易结合。
[0063]步骤2，陶瓷浆料的制备
[0064]将陶瓷粉料、粘结剂和溶剂混合均匀，陶瓷粉料的粒度为10_40μπι(比如15μπι、20μ111、254111、3(^111、354111)，即陶瓷粉料中的氧化铝和三氧化二铬的粒度为10-4(^111(比如154111、20μπι、25μπι、30μπι、35μπι);优选的加料顺序是将陶瓷粉料、粘结剂、溶剂依次加入，陶瓷粉料、粘结剂和溶剂的重量比例为:陶瓷粉料:粘结剂:溶剂=13: (2-3):(4-6);陶瓷粉料中的氧化铝和三氧化二铬的重量比例优选为:氧化铝:三氧化二铬=10:3，该比例设置的好处是浆料粘稠度适中、挂浆量适中、烧结后强度较好。
[0065]在制备陶瓷浆料中添加粘结剂，不仅有助于提高挂满陶瓷浆料的有机泡沫干燥后的强度，而且能防止挂满陶瓷浆料的有机泡沫在有机泡沫排除过程中塌陷，从而保证了后续烧结步骤得到的多孔陶瓷块具有足够的机械强度。使用磷酸铝作为粘结剂的陶瓷浆料与有机泡沫基体的粘附性明显优于硫酸铝做粘结剂的陶瓷浆料。陶瓷粉料的粒度为大于40μπι时，制备的陶瓷浆料稳定性差，长时间放置后会有部分沉淀物析出，浆料的均匀性随之变差，进而导致其与有机泡沫基体的粘附性较差。粒度为10-40μπι陶瓷粉料制备的陶瓷浆料具有较好的稳定性，陶瓷浆料较长时间放置后，不会发生析出沉淀的现象，浆料依然保持均匀状态，与有机泡沫塑料基体的粘附性较好，挂浆均匀，挂浆量适中，通孔率明显较高，烧结后的多孔陶瓷块的孔的表面较为光洁，无裂纹、断裂现象，具有较好的强度。
[0066]步骤3，将经过步骤I得到的有机泡沫浸入经过步骤2得到的陶瓷浆料中，浸泡时间为1-3h (比如1.5h、1.8h、2h、2.3h、2.8h)，得到挂满陶瓷浆料的有机泡沫，涂覆在有机泡沫上的陶瓷楽料的厚度优选为l-3mm(比如I.5mm、2mm、2.2mm、2.5mm、2.8mm)。挂楽厚度合适，可以很好地保证多孔陶瓷块的强度。
[0067]步骤4，烧结
[0068]步骤4.1，将经过步骤3得到的挂满陶瓷浆料的有机泡沫烘干或者自然晾干，优选使用马弗炉烘干，烘干温度为100 °C -130 °C (比如105 °C、110 °C、115 °C、120 °C、125 °C )，烘干时间两至三小时；烘干之后继续保温20-40111；[11(比如25111；[11、30111；[11、35111；[11)，优选保温30111；[11;陶瓷浆料使用水玻璃为粘结剂时，其烘干时温度不可太高，如果温度较高水玻璃会随水分的蒸发溢出，在有机泡沫的表面形成鼓胀现象，即陶瓷浆料使用水玻璃为粘结剂时优选采用自然晾干后再进行后续步骤。
[0069]步骤4.2，将经过步骤4.1得到的挂满陶瓷浆料的有机泡沫中的有机泡沫蒸发，得到多孔陶瓷坯料，所述蒸发是将干燥后的挂满陶瓷浆料的有机泡沫升温至650°C_750°C (比如6700C、6900C、700°C、720°C、735°C)并保温50_60min(比如52min、55min、58min)；优选地，在所述蒸发过程中，所述升温的速度为0.5-l°C/min。有机泡沫在120°C_750°C (比如200°C、300 °C ,400 °C, 500 °C、600 °C)的范围内均会蒸发，也就是说在整个升温过程中有机泡沫均在蒸发，升温时间最好控制在1000-120011^11(比如10501^11、11001^11、11501^11)，如果此时升温速度过快，有机泡沫的蒸发会非常剧烈，导致烧结骨架出现裂纹或气孔，所以将升温速度控制在0.5-l°C/min范围内。为了保证泡沫塑料基体安全蒸发，在升温至较高温度时还需要保温一段时间，使泡沫塑料完全蒸发，所以将多孔陶瓷坯料在650°C_750°C保温50-60min。
[0070]步骤4.3，将经过步骤4.2得到的多孔陶瓷坯料高温烧结，得到多孔陶瓷块，所述烧结是将蒸发掉有机泡沫的陶瓷坯料从蒸发保温温度继续升温至700°C-1000°C (比如750°C、800°(:、850°(:、900°(:、950°(:)并保温50-601^11(比如521^11、551^11、581^11);优选地，在所述烧结处理时，所述升温速度为3-10 °C/min (比
min、9°C/min)，优选地，将多孔陶瓷坯料从步骤4.2中的蒸发后的保温温度以5-10°(:/1^11的速度升温至700°0800°(:(比如720°(:、730°(:、750°(:、770°(:、790°(:)并保温50-601^11(比如52min、55min、58min);如果升温速度过快，会导致蒸发掉有机泡沫的陶瓷还料出现裂纹。
[0071]进一步地，优选聚氨酯泡沫塑料的PPI在20?30之间，比如PPI为22、25、28等，PPI的数值表达的是每平方英寸上的孔洞数量。如PPI是25时，每平方英寸聚氨酯泡沫塑料上的孔洞数量为25个。
[0072]聚氨酯泡沫塑料是由异氰酸酯和羟基化合物经聚合发泡制成。PPI的值在20?30之间的是粗孔聚氨酯泡沫塑料。粗孔聚氨酯泡沫塑料具有均匀的孔洞结构，其孔孔相互贯通且呈开放式。粗孔聚氨酯泡沫塑料一般具有极佳的弹性、柔软性、伸长率和压缩强度;化学稳定性好，耐许多溶剂和油类，加热时，在400°C左右粗孔聚氨酯泡沫塑料会大量气化，其氧化分解放热主要发生在220-600°C温度范围内，并产生大量气体。优选使用PPI为20、25和30的粗孔聚氨酯泡沫塑料作为基体。
[0073]选用PPI在20?30之间的聚氨酯泡沫塑料的好处是:
[0074](I)其为开孔网状材料，可以保证陶瓷浆料能够自由渗透、相互粘结，使得烧成后的多孔陶瓷块能形成多孔骨架；
[0075](2)其具有一定的亲水性，能够牢固地吸附陶瓷浆料；
[0076](3)其具有足够的回弹性，可以保证在挤出多余浆料后能迅速地恢复原来的形状；
[0077](4)其在低于陶瓷烧成温度下挥发，且不污染陶瓷。
[0078]当有机泡沫选用聚苯乙烯泡沫塑料时，聚苯乙烯泡沫塑料是以聚苯乙烯树脂为主体，加入发泡剂等添加剂制成的。优选将块状的聚苯乙烯泡沫塑料烧穿孔，即用加热的铁丝在块状聚苯乙烯泡沫塑料的上下、左右、前后各个表面上穿制通孔，制备出蜂窝状的多孔聚苯乙烯泡沫塑料基体，然后继续进行上述步骤I及之后的各项步骤的处理。
[0079]进一步地，在步骤1.1之前，还包括将有机泡沫挤压的步骤，可以排除空气，以利于后续步骤1.1至1.4的处理。
[0080]进一步地，在步骤3和步骤4之间，还包括去掉多余浆料的步骤，去掉步骤3得到的挂满陶瓷浆料的有机泡沫中多余的浆料，使用手工揉搓法或者机械辊压法去掉多余浆料。去掉多余浆料的目的是使有机泡沫的坯体中浆料分布均匀且无死孔。
[0081]本发明还公开了一种由上述方法制备的多孔陶瓷块，多孔陶瓷块的孔径PPI在20?30之间。
[0082]本发明还公开了一种金属基复合材料，由上述多孔陶瓷块和流入该多孔陶瓷块的孔中和外周部的金属液凝固而成，金属液可以为铸钢、铸铁或有色金属的熔体。
[0083]本发明还公开了一种制备金属基复合材料的方法，包括如下步骤:
[0084]步骤I，将多孔状陶瓷块置入普通砂型的型腔内，经预热至11000C-1200°C后浇注金属液，金属液充满多孔陶瓷块的孔和外周部，浇注温度为1500°C-1600°C。
[0085]步骤2，缓慢冷却和脱模;缓慢冷却可以选择炉冷，冷却后进行脱模。
[0086]本发明实施例得到的金属基复合材料具有比强度高、比模量高、耐磨损等优良性能，将其应用于破碎设备，对于提高破碎设备工作效率，优化破碎作业，从而提高相关工业部门的经济效益具有非常重要的现实意义。
[0087]实施例1:
[0088]制备多孔陶瓷块
[0089]选用PPI为20的聚氨酯泡沫塑料作为有机泡沫，
[0090]步骤I，有机泡沫的预处理
[0091 ] 步骤1.1，将有机泡沫浸泡在水中，水的温度为80°C，浸泡时间为两小时，
[0092]步骤1.2，将经过步骤1.1得到的有机泡沫用市售蓝月亮洗手液进行洗涤，
[0093]步骤1.3，将经过步骤1.2得到的有机泡沫浸泡在酸溶液中，酸溶液的浓度为10wt%，浸泡时间为6小时，
[0094]步骤1.4，将经过步骤1.3得到的有机泡沫浸泡在碱溶液中，碱溶液的浓度为10wt%，浸泡时间为6小时；
[0095]步骤2，陶瓷浆料的制备
[0096]将陶瓷粉料、粘结剂和溶剂混合均匀，陶瓷粉料的平均粒度为ΙΟμ??，
[0097]陶瓷粉料、粘结剂和溶剂的重量比例为:将平均粒度为ΙΟμπι陶瓷粉料65g(氧化铝50g+三氧化二铬15g)，磷酸铝10g，水30g按顺序加入；
[0098]步骤3，将经过步骤I得到的有机泡沫浸入经过步骤2得到的陶瓷浆料中，浸泡时间为2小时，得到挂满陶瓷浆料的有机泡沫，陶瓷浆料的涂覆厚度为1.5mm；
[0099]步骤4，烧结
[0100]步骤4.1，将经过步骤3得到的挂满陶瓷浆料的有机泡沫用马弗炉烘干两小时，随后再在120°C保温30min，
[0101]步骤4.2，将经过步骤4.1得到的多孔陶瓷坯料进行塑料机体蒸发，从120°C开始升温，升温时间为1140min，使温度升至700°C并保温60min，升温速度为0.5-0.6°C/min，
[0102]步骤4.3，将经过步骤4.2得到的多孔陶瓷坯料高温烧结，从700°C开始升温烧结，然后继续升温30min至800°C后保温60min，得到强度相对较好，无裂纹无断裂的多孔陶瓷块。
[0103]制备金属基复合材料
[0104]将上述多孔陶瓷块置入普通砂型的型腔内，将其预热至1100°C，然后浇注金属液，至充满该多孔陶瓷块的孔和外周部，浇注所用钢水成分:C含量0.25%、Si含量1.1%、Mn含量0.83 %，浇注温度为1550 °C。本实验造型使用原砂水玻璃混合造型，为了防止在浇注是样品被铁水浮起，将样品固定在型腔底部。
[0105]实施例2:
[0106]制备多孔陶瓷块
[0107]选用PPI为23的聚氨酯泡沫塑料作为有机泡沫，
[0108]步骤I，有机泡沫的预处理
[0109]步骤1.1，将有机泡沫浸泡在水中，水的温度为90°C，浸泡时间为两小时，
[0110]步骤1.2，将经过步骤1.1得到的有机泡沫用市售蓝月亮洗手液进行洗涤，
[0111]步骤1.3，将经过步骤1.2得到的有机泡沫浸泡在酸溶液中，酸溶液的浓度为10%，浸泡时间为8小时，
[0112]步骤1.4，将经过步骤1.3得到的有机泡沫浸泡在碱溶液中，碱溶液的浓度为10%，浸泡时间为8小时；
[0113]步骤2，陶瓷浆料的制备
[0114]将陶瓷粉料、粘结剂和溶剂混合均匀，陶瓷粉料的平均粒度为20μπι，
[0115]陶瓷粉料、粘结剂和溶剂的重量比例为:将平均粒度为20μπι陶瓷粉料65g(氧化铝50g+三氧化二铬15g)，磷酸铝15g，水20g按顺序加入；
[0116]步骤3，将经过步骤I得到的有机泡沫浸入经过步骤2得到的陶瓷浆料中，浸泡时间为2h，得到挂满陶瓷浆料的有机泡沫，陶瓷浆料的涂覆厚度为3mm;
[0117]步骤4，烧结
[0118]步骤4.1，将经过步骤3得到的挂满陶瓷浆料的有机泡沫用马弗炉烘干两小时，并在 120°C 保温 60min，
[0119]步骤4.2，将经过步骤4.1得到的挂满陶瓷浆料的有机泡沫其中的有机泡沫蒸发，得到多孔陶瓷坯料，从120 0C升温至500 0C并保温60min，升温速度为I _1.1°C /min，
[0120]步骤4.3，将经过步骤4.2得到的多孔陶瓷坯料高温烧结，从500 °C升温至1000 °C并保温60min，升温时间60min，，得到强度相对较好，无裂纹无断裂的多孔陶瓷块。
[0121]制备金属基复合材料
[0122]将上述多孔陶瓷块置入普通砂型的型腔内，将其预热至1100°C，然后浇注金属液，至充满该多孔陶瓷块的孔，浇注所用钢水成分:C含量0.20%, Si含量0.5 %、Mn含量0.80%,Ni含量0.30%，Cu含量0.3%，Mo含量0.2%，浇注温度为1550°C。本实验造型使用原砂水玻璃混合造型，为了防止在浇注是样品被铁水浮起，将样品固定在型腔底部。
[0123]实施例3:
[0124]制备多孔陶瓷块
[0125]选用PPI为30的聚氨酯泡沫塑料作为有机泡沫，
[0126]步骤I，有机泡沫的预处理
[0127]步骤1.1，将有机泡沫浸泡在水中，水的温度为100°C，浸泡时间为两小时，
[0128]步骤1.2，将经过步骤1.1得到的有机泡沫用市售蓝月亮洗手液进行洗涤，
[0129]步骤1.3，将经过步骤1.2得到的有机泡沫浸泡在酸溶液中，酸溶液的浓度为20%，浸泡时间为10小时，
[0130]步骤1.4，将经过步骤1.3得到的有机泡沫浸泡在碱溶液中，碱溶液的浓度为20%，浸泡时间为10小时；
[0131]步骤2，陶瓷浆料的制备
[0132]将陶瓷粉料、粘结剂和溶剂混合均匀，陶瓷粉料的平均粒度为40μπι，
[0133]陶瓷粉料、粘结剂和溶剂的重量比例为:将平均粒度为40μπι陶瓷粉料65g(氧化铝50g+三氧化二铬15g)，磷酸铝7.5g，硫酸铝7.5g，水30g按顺序加入；
[0134]步骤3，将经过步骤I得到的有机泡沫浸入经过步骤2得到的陶瓷浆料中，浸泡时间为2h，得到挂满陶瓷浆料的有机泡沫，陶瓷浆料的涂覆厚度为Imm;
[0135]步骤4，烧结
[0136]步骤4.1，将经过步骤3得到的挂满陶瓷浆料的有机泡沫用马弗炉烘干两小时，并在 120°C 保温 30min，
[0137]步骤4.2，将经过步骤4.1得到的挂满陶瓷浆料的有机泡沫其中的有机泡沫蒸发，得到多孔陶瓷坯料，蒸发温度从120°(:升温到700°(:，升温时间为11401^11，升温速度为0.5-0.6Γ/π?η，70(Γ(:保温 60min，
[0138]步骤4.3，将经过步骤4.2得到的多孔陶瓷坯料高温烧结，从700 V升温至800 V保温60min，升温时间30min，得到强度相对较好，无裂纹无断裂的多孔陶瓷块。
[0139]制备金属基复合材料
[0140]将上述多孔陶瓷块置入普通砂型的型腔内，将其预热至1100°C，然后浇注金属液，至充满该多孔陶瓷块的孔，浇注所用钢水成分:C含量0.6 %、Si含量0.6 %、Mn含量0.9%,Mo含量0.2%，浇注温度为1550°C。本实验造型使用原砂水玻璃混合造型，为了防止在浇注是样品被铁水浮起，将样品固定在型腔底部。
[0141]实施例4:
[0142]制备多孔陶瓷块
[0143]选用PPI为20的聚氨酯泡沫塑料作为有机泡沫，
[0144]步骤I，有机泡沫的预处理
[0145]步骤1.1，将有机泡沫浸泡在水中，水的温度为90°C，浸泡时间为两小时，
[0146]步骤1.2，将经过步骤1.1得到的有机泡沫用市售蓝月亮洗手液进行洗涤，
[0147]步骤1.3，将经过步骤1.2得到的有机泡沫浸泡在酸溶液中，酸溶液的浓度为20%，浸泡时间为8小时，
[0148]步骤1.4，将经过步骤1.3得到的有机泡沫浸泡在碱溶液中，碱溶液的浓度为20%，浸泡时间为80小时；
[0149]步骤2，陶瓷浆料的制备
[0150]将陶瓷粉料、粘结剂和溶剂混合均匀，陶瓷粉料的平均粒度为30μπι，
[0151]陶瓷粉料、粘结剂和溶剂的重量比例为:将平均粒度为40μπι陶瓷粉料65g(氧化铝50g+三氧化二铬15g)，磷酸铝10g，水30g按顺序加入；
[0152]步骤3，将经过步骤I得到的有机泡沫浸入经过步骤2得到的陶瓷浆料中，浸泡时间为2h，得到挂满陶瓷浆料的有机泡沫，陶瓷浆料的涂覆厚度为2mm;
[0153]步骤4，烧结
[0154]步骤4.1，将经过步骤3得到的挂满陶瓷浆料的有机泡沫用马弗炉烘干两小时，并在 120°C 保温 60min，
[0155]步骤4.2，将经过步骤4.1得到的挂满陶瓷浆料的有机泡沫其中的有机泡沫蒸发，得到多孔陶瓷坯料，从120 0C升温至500 °C并保温60min，升温时间为360min，升温速度为1_
1.l°C/min,
[0156]步骤4.3，将经过步骤4.2得到的多孔陶瓷坯料高温烧结，从500 V升温至1000 V并保温60min，升温时间120min，得到强度相对较好，无裂纹无断裂的多孔陶瓷块。
[0157]制备金属基复合材料
[0158]将上述多孔陶瓷块置入普通砂型的型腔内，将其预热至1100°C，然后浇注金属液，至充满该多孔陶瓷块的孔，浇注所用钢水成分:C含量0.25%, Si含量1.1 %、Mn含量0.83%,浇注温度为1550°C。本实验造型使用原砂水玻璃混合造型，为了防止在浇注是样品被铁水浮起，将样品固定在型腔底部。
[0159]本发明以陶瓷为增强材料，金属为基体材料制成的金属基陶瓷复合材料具有比强度高、比模量高、耐磨损、耐高温等优良性能，将其应用于破碎设备，能够有效提高破碎设备工作效率，优化破碎作业。
[0160]以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种多孔陶瓷块的制备方法，其特征在于，挂满陶瓷浆料的有机泡沫经干燥、蒸发和烧结处理后得到所述多孔陶瓷块，其中: 所述有机泡沫为聚苯乙烯泡沫塑料或者聚氨酯泡沫塑料； 所述陶瓷浆料由陶瓷粉料、粘结剂和溶剂组成，所述陶瓷粉料为氧化铝或/和三氧化二铬，所述粘结剂为有机粘结剂或者无机粘结剂，所述溶剂为水或者有机溶剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤I，所述有机泡沫的预处理 所述有机泡沫依次经水、洗涤剂、酸和碱浸泡处理，得到预处理后的有机泡沫； 步骤2，所述陶瓷浆料的制备 将所述陶瓷粉料、所述粘结剂和所述溶剂混合均匀，得到所述陶瓷浆料，其中:所述溶剂的含量为所述陶瓷浆料总重量的10%_40%，优选地，所述陶瓷粉料、所述粘结剂和所述溶剂的重量比例为:陶瓷粉料:粘结剂:溶剂= 13:(2-3):(4-6); 步骤3，挂浆处理:将所述预处理后的有机泡沫浸入所述陶瓷浆料中，取出后得到挂满陶瓷浆料的有机泡沫； 步骤4，烧结处理:将所述挂满陶瓷浆料的有机泡沫干燥，再进行蒸发以将有机泡沫蒸发掉，然后对蒸发掉有机泡沫的陶瓷坯料进行烧结处理，从而得到所述多孔陶瓷块，其中，在烧结处理时，所述烧结是将蒸发掉有机泡沫的陶瓷坯料继续升温至700°C-1000°C并保温50-60min;优选地，在所述烧结处理时，所述升温速度为5-10°C/min。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于， 在所述步骤I中，包括如下步骤: 步骤1.1，将所述有机泡沫浸泡在水中，水的温度为80-100°C，浸泡时间 < 两小时， 步骤1.2，将经过步骤1.1得到的所述有机泡沫用洗涤剂进行洗涤， 步骤1.3，将经过步骤1.2得到的所述有机泡沫浸泡在酸溶液中，所述酸溶液的浓度为1wt % -20wt %，浸泡时间为6-10小时， 步骤1.4，将经过步骤1.3得到的所述有机泡沫浸泡在碱溶液中，所述碱溶液的浓度为1wt % -20wt %，浸泡时间为6-10小时； 在所述步骤2中，所述陶瓷粉料的粒度为10-40μπι; 在所述步骤3中，所述预处理后的有机泡沫浸入所述陶瓷浆料中的时间为l_3h; 在所述步骤4中，所述干燥为烘干或者自然晾干，所述烘干的温度为100°C-13(TC，待水分烘干后，继续保温20-40分钟； 所述蒸发是将干燥后的挂满陶瓷浆料的有机泡沫升温至650°C-750°C并保温50-60min;优选地，在所述蒸发过程中，所述升温的速度为0.5-l°C/min; 所述烧结是将蒸发掉有机泡沫的陶瓷坯料继续升温至700 0C-800 °C并保温50-60min。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚氨酯泡沫塑料的PPI在20?30之间。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤3中，挂到所述有机泡沫上的陶瓷浆料的厚度为l_3mm。6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤1.1之前，还包括将所述有机泡沫挤压的预处理步骤。7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤3和步骤4之间，还包括去掉多余浆料的步骤，即去掉所述步骤3得到的所述挂满陶瓷浆料的有机泡沫中多余的浆料;优选地，使用手工揉搓法或者机械辊压法去掉所述多余的浆料。8.采用权利要求1-7任一所述方法制备的多孔陶瓷块，所述多孔陶瓷块的PPI在20?30之间。9.一种金属基复合材料，其特征在于，由权利要求8所述的多孔陶瓷块和流入所述多孔陶瓷块的孔中和外周部的金属液凝固后形成的金属基体构成。10.制备权利要求9所述的金属基复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤I，将所述多孔状陶瓷块置入普通砂型的型腔内，经预热后浇注金属液，所述金属液充满所述多孔陶瓷块的孔中和外周部，浇注温度为1500°C-1600°C; 步骤2，冷却和脱模。
【文档编号】C04B35/10GK106083186SQ201610447394
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月20日
【发明人】米国发, 许磊, 霍晓阳, 王有超, 邵春娟, 刘晨, 历长云, 王狂飞
【申请人】河南理工大学