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产业化技术可行性

研究报告

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2020年5月29日

年产5000吨低成本高可靠性纳米微晶陶瓷

产业化技术可行性研究报告

文档仅供参考

湖南大学材料科学与工程学院

10月

一、总论

(一)项目概述

本项目以天然矿物和冶金工业废渣为主要原料,经过材料设计方法,采用

高温溶胶－凝胶工艺和原位受控晶化技术,在高性能低成本纳米陶瓷的制备

技术方面取得了突破,是一项属于国内首创的制备纳米陶瓷制品的新工艺、

新技术,具有很好的产业化前景。

用该项技术制备的高耐磨纳米微晶陶瓷结构均匀致密,抗弯强度可达

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300MPa,显微硬度10~12GPa,密度2.7~2.8g/cm,自磨损率不到氧化铝陶瓷的

20％,可机加工性和耐腐蚀好,可广泛用作具有高附加值的耐磨结构材料,如研

磨体、陶瓷轴承、机械密封件、纺织瓷件、管道、阀门等。

为将该项目技术推向产业化,现已投资110万元,在湖南大学建成了一条年

产200吨纳米微晶陶瓷的中试生产线。该中试生产线的工艺流程及主要设备

的设计与5000吨产业化生产线基本相同,可同时或单独使用电和液化气两种

能源,工艺参数调整范围大,以适应不同产品对工艺条件的需要。当前用该中

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试生产线已成功制备了各种规格的研磨球和耐磨衬片。该技术的另一重要特

点是:用一套玻璃熔制和微晶化设备可同时制备多种纳米微晶陶瓷制品,产品

品种可依市场需求灵活调整,市场应变能力强。纳米微晶陶瓷制品的制造成

本不到氧化铝陶瓷的30％,另外,可利用工业废渣,有利于环境保护和社会经济

的可持续发展。

建设一条年产5000吨的纳米微晶陶瓷生产线,项目总投资需3660万元

(含25％的技术无形资产),建成后可实现年产值10500万元,年利税3420万元,

投资回收期约1.7年(不含建设期)。可生产的主要产品为高性能耐磨结构陶

瓷系列产品,如研磨体、耐磨衬片、纺织瓷件、阀门芯片、轴承、机械密封

件等。

(二)立项意义及必要性

纳米材料由于具有许多独特的优异性能而成为现代材料科学的研究热

点。当前在纳米粉末的制备技术方面取得了很大进展,各种纳米粉末已开始

工业化生产并获得日益广泛的应用。然而,用纳米粉末来制备纳米陶瓷时,由

于纳米粉末的活性很高,高温烧结时晶粒生长很快,绝大多数情况下获得的不

是纳米陶瓷,而是亚微米甚至微米陶瓷。只有采用热压、热等静压烧结或者

小试样的快速等温烧结,才可能获得致密烧结的块体纳米陶瓷。在这种工艺

条件下,一是对烧成设备的技术要求很高,二是很难制备复杂形状和大尺寸的

纳米陶瓷制品。因此,开发一种高性能低成本的纳米陶瓷制备新技术,是使纳

米陶瓷制品实现产业化并获得广泛应用的关键。

本项目所开发的纳米陶瓷制品是一种较理想的高温自润滑耐磨材料,可在

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高温、腐蚀、无润滑等恶劣环境下用作耐磨结构材料,如研磨体、陶瓷轴

承、机械密封件、纺织瓷件、管道、阀门、耐磨衬板等,对提升传统耐磨结

构材料的可靠性和技术含量,推动机械制造、化工、轻纺等相关产业的技术

进步有积极意义。另外,本项目可利用工业废