[發明專利]二氧化硅包覆型復合氧化鋁陶瓷粒子的制備方法及應用

有效

• 申請號: 202211172611.5
• 申請日: 2022-09-26
• 公開（公告）號: CN115650771B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發明（設計）人: 朱長偉;陳波;李果;王姣;王建
• 申請（專利權）人: 安徽鐵創新材料科技有限公司;北京中鐵科軌道交通安全技術有限公司;中國鐵道科學研究院集團有限公司鐵道科學技術研究發展中心
• 主分類號: C04B41/87
• 分類號: C04B41/87
• 代理公司: 合肥中谷知識產權代理事務所(普通合伙) 34146
• 代理人: 杜瑤

本發明公開了一種二氧化硅包覆型復合氧化鋁陶瓷粒子的制備方法及應用，方法包括：取氧化鋁微球分散于去離子水中，得到內相液；取二氧化硅粒子分散于含有硅烷偶聯劑的無水乙醇中，再經超聲振蕩，得到外相液；取聚乙烯醇溶液作為驅動相液，利用液驅同軸流動聚焦技術，內相液和外相液在驅動相液的剪切作用下得到以若干氧化鋁微球為核心、外層包覆二氧化硅的核殼結構；將核殼結構經洗滌、離心、干燥后放入窯爐內進行燒即可。本發明基于流動聚焦技術，制備出了具有核殼結構的氧化鋁陶瓷粒子，在輪軌壓的時候會破壞外部殼結構，釋放出內部氧化鋁微球，進而起到壓碎增粘的效果，不會因為整體高強度的粒子粒徑過大損傷輪軌，在行業內具有廣泛應用前景。

技術領域

本發明涉及研磨介質技術領域，具體涉及二氧化硅包覆型復合氧化鋁陶瓷粒子的制備方法及應用。

背景技術

隨著高速鐵路平均時速的不斷提高，高速鐵路的低粘性問題也隨之出現。傳統的解決方式是利用噴砂裝置在輪軌之間噴加石英砂來提高摩擦力(顆粒度為0.63mm～2.0mm，莫氏硬度不小于5)，但隨著砂子在輪軌接觸摩擦表面之間互相擠壓和摩擦，往往會產生高于砂子壓潰強度的局部應力，這種壓應力會使輪軌接觸面產生塑性變形，砂子很容易壓入輪軌表面形成壓痕，從而導致輪軌接觸表面損傷，將影響輪軌的磨耗和使用壽命。

后來，日本為了解決高速低黏著問題，利用陶瓷粒子代替石英砂。通過0.3mm的氧化鋁粒子在輪軌間碾碎后，粒徑變成10μm的微小粒子嵌入軌道表面后，形成類似防滑輪胎的凸起，該凸起穿破已在輪軌接觸面形成的水膜，大大增加了固體接觸部分的比率，并通過去抗剪阻力，在輪軌間提供更大的黏著力。其中，氧化鋁陶瓷粒子本身具有硬度強、膨脹系數低、耐磨和耐腐蝕等特點，在機械制造、化工冶金、航天航空、電子通訊等領域被廣泛應用。相比較于其他研磨介質，氧化鋁陶瓷粒子硬度高、白度高、比重大，可以有效提高研磨效率，降低研磨時間，同時有效增加球磨機有效容積，從而增加研磨物料的加入量，且氧化鋁研磨介質體密大，形狀規則，易于分類，價格優惠等優點，被廣泛選擇用作于球磨、振動磨和攪拌磨等磨機中的研磨介質。

但是，氧化鋁陶瓷粒子在應用于軌道噴射增粘時，由于自身強度較高，當選用粒徑較大時，輪軌壓過會對輪軌造成損傷，該問題目前缺乏有效的解決有段。

發明內容

本發明的目的在于提供二氧化硅包覆型復合氧化鋁陶瓷粒子的制備方法及應用，解決了目前氧化鋁陶瓷粒子在用于軌道噴射增粘時會對輪軌造成損傷的問題。

本發明通過以下技術方案來實現上述目的：

二氧化硅包覆型復合氧化鋁陶瓷粒子的制備方法，步驟包括：

步驟一、取氧化鋁微球分散于去離子水中，得到內相液；

步驟二、取二氧化硅粒子分散于含有0.002-0.005mol/mL硅烷偶聯劑的無水乙醇中，再經超聲振蕩，得到外相液；

步驟三、取聚乙烯醇溶液作為驅動相液，利用液驅同軸流動聚焦技術，內相液和外相液在驅動相液的剪切作用下得到以若干氧化鋁微球為核心、外層包覆二氧化硅的核殼結構；

步驟四、將所述核殼結構經洗滌、離心、干燥后放入窯爐內，先升溫至320-380℃，保溫60-80min，再升溫至1000-1100℃以上，保溫2-5h，待冷卻出窯后，即得所述二氧化硅包覆型復合氧化鋁陶瓷粒子。

進一步改進在于，每個核殼結構中包含2-5個氧化鋁微球。

進一步改進在于，所述氧化鋁微球的粒徑為0.15-0.25mm。

進一步改進在于，所述內相液中氧化鋁的質量濃度為0.5-4mg/mL。

進一步改進在于，所述二氧化硅粒子的粒徑為1-200nm。

進一步改進在于，所述外相液中二氧化硅的質量濃度為8-30mg/mL。