D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1996.03.010 第18卷第3期 北京科技大学学报 Vol.18 No.3 1996年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.1996 内衬陶瓷钢管陶瓷层中铁铝尖晶石的形成机理 柳牧殷声赖和怡魏延平 北京科技大学材料科学与工程系，北京100083 摘要通过理论分析和试验，研究了内村陶瓷复合钢管陶瓷层中铁铝尖晶石(F0·A1,O,)的含量、分 布和形成机理.结果表明：陶瓷层中铁铝尖晶石含量降低到5.6%.并孤立分布于1，O,晶界，从 而显著提高了陶瓷层的耐蚀性能， 关健词自蔓延高温合成，铁铝尖晶石，钢管，内衬陶瓷 中图分类号TQ147 70年代初，前苏联学者Merzhanov A G将铝热反应和离心铸造结合起来发展了一全新的技 术，即自蔓燃一离心法，它用于制造具有耐磨、耐蚀、耐热性能的内衬陶瓷复合钢管川小田原 修对自蔓燃烧-离心技术进行了系统研究，制造出了55长的内衬陶瓷复合钢管，并用于铝液和 高温腐蚀气体的输送2~.殷声等在这一领域也作了大量的研究工作，.但是，从目前报导的 文献看，陶瓷层中铁铝尖晶石(FO·A1,O,)含量高，并且沿陶瓷层中A1,O,品界连通分布· 由于FO·AO,不耐蚀，这损害了内衬陶瓷复合钢管的耐蚀性能.本文较系统研究了FeO·AlO, 形成机理及降低FeO·A1O的含量、改善FO·A1O,形态和分布的方法，使这项技术能得到进 一步发展· 1实验方法 实验在小型自制离心机上进行，FeO,粉粒度为-200目，铝粉-100+200目，添加剂 SiO,和Si的粒度为-100+200目.将Fe,O,和A1按一定比例配比并混匀后装入内径76mm、 外径84mm、长100mm的钢管中，带有Fe,O,+A1混合物的钢管装卡在离心机上，旋转到 一定转速后，用钨丝点燃，Fe,O,+Al发生放热反应，1 mol Fe,O,放出836kJ的热， 依靠反应放热，反应可自我维持并蔓延，燃烧温度高达30O0K以上，使反应产物A1,O 和Fe瞬时熔化，在离心力作用下，密度较小的Al,O,位于内表面，密度较大的Fe位于钢 管和陶瓷层之间，形成复合钢管· 采用化学分析方法测定陶瓷层中的Fe含量，按Fe全部存在于FcO·Al,O中计，换算 出FcO·Al,O,在陶瓷层中的含量.Fe层中Al和Si的含量、陶瓷层中SiO,含量也采用化学 分析方法测定.将陶瓷样品磨光后在扫描电镜下观察FcO·A1,O,的形态和分布， 2结果分析与讨论 从热力学角度看，按化学计量配比时，如果反应过程是热力学平衡过程，Al和F,O,反 1995-04-01收稿 第一作者男32岁博士后 ·国家863高科技项月第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 百 “ 几 内衬 陶瓷钢管陶瓷层 中铁铝尖晶石 的形成机理 ’ 柳 牧 殷 声 赖和怡 魏延平 北 京科 技 大学 材 料科 学 与工 程 系 ， 北 京 以旧 摘要 通过理论分析和 试验 ， 研究 了内衬陶瓷复合钢管陶瓷层 中铁铝尖晶石 试 · 月 〕 的 含 量 、 分 布和 形成机理 结果 表 明 陶瓷层 中铁铝尖 晶 石 含量 降低到 ， 并孤立 分布于 月 晶界 ， 从 而 显著提高了 陶瓷层 的耐蚀性 能 关健词 自蔓延 高温 合成 ， 铁铝 尖 晶石 ， 钢管 ， 内衬陶瓷 中图分类号 ’ 年代初 ， 前苏联学者 汕 将铝热反应和离心铸造结合起来发展 了一全新的技 术 ， 即 自蔓燃 一 离心法 ， 它用于制造具有耐磨 、 耐蚀 、 耐热性能的内衬陶瓷复合钢管 ’ 小 田原 修对 自蔓燃烧 一 离心技术进行 了系统研究 ， 制造出了 长的内衬陶瓷复合钢管 ， 并用于铝液和 高温腐蚀气体的输送 ，一 殷声等在这一领域也作 了大量 的研究工作 但是 ， 从 目前报 导的 文献看 ， 陶瓷层 中铁铝尖晶石 · 含量 高 ， 并且 沿 陶 瓷 层 中 月 晶 界 连 通 分 布 由于 的 · 必 不耐蚀 ， 这损害了内衬陶瓷复合钢管的耐蚀胜能 本文较系统研究了 · 刃 形成机理 及 降低 创 · 川刃 的含量 、 改善 的 · 必 形态和分布 的方 法 ， 使这项技术能得到进 一 步 发展 实验方 法 实验在 小 型 自制 离 心 机 上 进 行 粉 粒 度 为 一 目 ， 铝 粉 一 目 ， 添 加 剂 和 的粒度 为 一 目 将 和 按 一定 比例 配 比并 混 匀后装 入 内径 、 外 径 、 长 的钢 管 中 ， 带有 户 混 合 物 的 钢 管 装 卡 在 离 心 机 上 ， 旋 转 到 一 定 转速 后 ， 用钨丝 点燃 ， 月 发生放热反 应 ， 户 放 出 的热 依 靠反 应放 热 ， 反 应 可 自我 维持并 蔓延 ， 燃烧 温度 高达 以 上 ， 使反 应产物 户 和 瞬时熔 化 ， 在 离心 力作 用下 ， 密 度 较 小 的 位 于 内表 面 ， 密 度 较 大 的 位 于 钢 管 和 陶瓷层 之 间 ， 形 成 复 合钢 管 采 用化 学分 析方 法 测 定 陶瓷层 中的 含 量 ， 按 全 部 存 在 于 的 · 户 中计 ， 换 算 出 的 · 川户 在 陶瓷层 中的含 量 层 中 川 和 的含量 、 陶瓷 层 中 含 量 也 采 用 化 学 分 析方法 测 定 将 陶瓷样 品磨光后 在 扫描 电镜下观 察 · 的形 态 和分布 结果分析与讨论 从热力 学 角度看 ， 按 化 学计量 配 比时 ， 如果 反 应 过 程是 热力学平 衡过程 ， 和 反 男 一 叭 一 收稿 国 家 高科 技项 目 第 一 作 者 男 岁 博士后 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1996．03．010