摘 要

管道运输是矿山物料运输的重要方式，目前主要以复合陶瓷钢管为主。陶瓷管具有运输成本低、对环境污染较少等优点，开发前景广阔。但目前陶瓷管道的成型方式为捣打成型，管道很厚，存在成本高，不便于运输及安装等缺点，难以应用到矿山物料运输中。因此开发壁薄、质轻、耐磨抗腐蚀的陶瓷管材料可能是未来研究的热点。

本文通过对陶瓷浆料配方设计对比实验，摸索浇铸工艺等参数设计了两个不同烧结温度并对陶瓷结构、形貌、性能检测及分析，结论如下：

1.通过设计对比实验，确定最合适配方为碳化硅（100目）80g，碳化硅（150目）60g，高岭土60g，蒸馏水58g，抛光液悬浮分散剂（QM-168A）10g，水玻璃10g，综合磷酸铝3.125g，马铃薯淀粉4g；最合适的球磨参数为转速250r/min，球磨时间10min。

2.在分析XRD，光学显微镜以及气孔率测试分析中，烧结温度为1350℃的稳定性更好，气孔率测试结果更好。

关键词：碳化硅陶瓷，浆料，浇铸成型，烧结，气孔率。

Abstract

Pipeline transportation is an important way to transport materials in mines. At present, it is mainly based on composite ceramic pipes. Ceramic tubes have the advantages of low transportation cost and less environmental pollution, and have broad development prospects. However, the current molding method of ceramic pipes is beating molding, the pipes are thick, the cost is high, and it is difficult to transport and install, which is difficult to apply to the transportation of mining materials. Therefore, the development of ceramic tube materials with thin walls, light weight, wear resistance and corrosion resistance may be a hot topic in future research.

In this paper, through the comparison experiment of ceramic slurry formulation design, and exploring the casting process and other parameters, two different sintering temperatures were designed and the ceramic structure, morphology and performance were tested and analyzed. The conclusions are as follows:

1. Through design comparison experiments, it is determined that the most suitable formula is silicon carbide (100 mesh) 80g, silicon carbide (150 mesh) 60g, kaolin 60g, distilled water 58g, polishing liquid suspension dispersant (QM-168A) 10g, water glass 10g, The comprehensive aluminum phosphate is 3.125g and the potato starch is 4g; the most suitable ball milling parameter is the speed of 250r/min and the ball milling time is 10min.

2. In the analysis of XRD, optical microscopy and porosity measurement, the sintering temperature is better at 1350 °C, and the porosity test results are better.

Keywords: Silicon carbide ceramic, slurry, casting, sintering, porosity.目录

中文摘要 I

Abstract II

第1章 绪 论 1

1.1 矿山陶瓷管道现状 1

1.2 陶瓷注浆成型技术 2

1.2.1 注浆成型种类 2

1.2.2凝胶浇注法背景及成型效果 3

1.2.3 陶瓷注浆成型应用 3

1.3 碳化硅陶瓷的应用 5

1.3.1 碳化硅陶瓷的早期应用 5

1.3.2 碳化硅陶瓷近期发展及未来应用趋势 6

1.4 本课题的立题意义和研究内容 7

第2章 实验原料、仪器及表征测试方法 8

2.1 实验原材料和仪器 8

2.1.1 实验所用原材料 8

2.1.2 实验所用仪器 8

2.2 薄壁硅酸盐陶瓷管材料的制备工艺 11

2.2.1 陶瓷浆料配制及灌浆 11

2.2.2 陶瓷坯体烧成 13

2.3 结构与形貌的表征 13

2.3.1 物相组成分析 13

2.3.2 显微结构分析 14

2.3.3 陶瓷的性能表征 14

第3章 薄壁硅酸盐陶瓷管材料的形成过程与形貌结构 16

3.1 陶瓷浆料的配方设计 16

3.1.1 水的用量确定 16

3.1.2 QM-168A抛光液悬浮分散剂的用量确定 16

3.1.3 水玻璃的用量确定 17

3.1.4 综合磷酸铝的用量确定 18

3.1.5 淀粉的用量确定 18

3.2 球磨工艺的探索 19

3.3 浇铸过程 20

3.3.1 管状模具的制作 20

3.3.2 浇铸工艺 21

3.4 烧成陶瓷管的结构与形貌 21

3.4.1 陶瓷烧结过程 21

3.4.2 陶瓷管结构分析 22

3.4.3 陶瓷管形貌分析 22

3.5 陶瓷管的性能分析 23

第4章 结论和展望 24

参考文献 25

第1章 绪 论

1.1 矿山陶瓷管道现状

目前我国矿山、电力、煤炭、冶金等工业部门中大规模的使用的各种输送管道，管道输送在矿山充填料、精矿粉和尾矿输送中起着非常重要的作用，具有运用成本和运输费用低、占用土地面积少或者不占用土地、运输距离短、对环境污染较少以及在外界条件下连续作业的干扰小等优点。

但由于其矿石具有尖、硬、粗等特点，管道的使用寿命更短。管道的严重冲蚀磨损，需要花费大量的人，力和物力进行频繁的更换，提高了生产成本，降低了生产效率。进入80年代，为了提高生产效率同时节约水资源，减少损耗，采用高浓度输送矿山充填料、精矿粉和尾矿，管道的磨损日益加剧。

目前复合塑料、金属及陶瓷管道是用于矿山浆料及尾矿料管道输送的主要材质，普通厚壁无缝钢管的使用寿命只有700h左右，90年代开始研发并使用的辉绿岩铸石内衬复合钢管因为其良好的耐磨损性能在矿山等部门得到广泛应用，但由于是钢管内嵌了铸石，导致界面结合不良，敲击、震动会导致复合钢管损坏，其寿命大打折扣。同时也需要加大外层钢管的尺寸来弥补铸石管壁较厚的缺陷，运输成本大大增加; 另外因为铸石管道比较沉导致现场安装困难，以上因素使其开发和应用受到阻碍。

自蔓延高温合成是利用化学能来制备和加工材料的新技术。该技术非常节能，其原理是将慢速的外部加热用快速的内部自燃取代，开发了潜在热源，利用了化学反应的热效应，从而减少了电能使用。该方法有流程简易简单，短时间完成反应过程，兼具材料制备和燃烧的功能，减少了资源损耗与环境污染，所合成的纯度高。