在矿山开采、钢铁冶金、电力输送、煤化工等典型高磨损行业领域，耐磨陶瓷复合管凭借其优异的耐磨性能与超长使用寿命，已成为替代传统金属管道的重要材料。该类产品的性能优劣，核心取决于制造工艺的技术水平与过程管控精度。本文将系统解析当前主流耐磨陶瓷复合管的制造工艺，重点阐述各工艺中陶瓷层高密度、高硬度特性及陶瓷 - 钢管基体界面强结合力的实现路径，为行业应用提供技术参考。

一、自蔓燃高温合成法（SHS）—— 自蔓燃陶瓷复合管制备工艺

（一）工艺原理

        基于铝热反应原理，将特定配比的金属粉末与氧化物粉末混合体系，在钢管内壁进行点火触发，通过反应释放的高温（通常可达 2500 - 3000℃）使混合粉末瞬间熔融并发生化学反应，在钢管内壁原位生成陶瓷层，同时借助反应热实现陶瓷层与钢管基体的冶金结合。

（二）关键工艺步骤

1. 预处理阶段：对钢管内壁进行除锈、脱脂及粗化处理，确保内壁表面粗糙度符合粉末附着要求；

2. 粉末涂覆：采用高压喷涂或机械布撒方式，将按精确比例配制的金属 - 氧化物混合粉末均匀涂覆于钢管内壁，涂层厚度误差控制在 ±0.5mm 以内；

3. 点火反应：通过高频感应或电弧点火装置触发粉末反应，控制反应蔓延速度，确保反应均匀性；

4. 冷却定型：反应结束后，采用分段式缓冷工艺，避免因温差过大导致陶瓷层开裂，形成致密陶瓷内衬。

（三）工艺优缺点

优点

• 陶瓷层与钢管基体形成冶金结合，界面结合强度可达 200MPa 以上，远超机械结合水平；

• 反应过程无需外部持续加热，能耗较低，且生产周期短（单根管道生产周期通常小于 2 小时），适合规模化量产；

• 陶瓷层主要成分为 Al₂O₃，硬度可达 HV1200 - 1500，耐磨性能优异。

缺点

• 受反应放热均匀性影响，陶瓷层厚度偏差较大，难以精准控制；

• 对粉末配比（如 Al 与 Fe₂O₃的摩尔比）、钢管预热温度、点火能量等工艺参数敏感度非常高，参数波动易导致陶瓷层出现气孔、裂纹等缺陷。

二、离心浇铸法 —— 离心浇铸陶瓷复合管制备工艺

（一）工艺原理

        利用离心力场的作用，将熔融状态的陶瓷浆料（或陶瓷 - 金属复合浆料）注入高速旋转的钢管模具内，使浆料在离心力作用下均匀附着于钢管内壁，经高温烧结固化后，形成致密的陶瓷内衬层。

（二）关键工艺步骤

• 模具预处理：对钢管模具内壁进行氮化处理（表面硬度≥HV800），并涂抹脱模剂；

• 浆料制备：将陶瓷粉末（如 Al₂O₃、ZrO₂）与有机粘结剂按比例混合，制备成粘度为 500 - 800mPa・s 的均匀浆料；

• 离心成型：将钢管模具置于离心设备上，控制旋转速度（根据管径不同，转速为 800 - 2000r/min），匀速注入陶瓷浆料，保持离心状态 10 - 30min，确保浆料均匀分布；

• 烧结固化：将成型后的管道送入连续式烧结炉，采用阶梯升温工艺，完成陶瓷层烧结。

（三）工艺优缺点

优点

• 陶瓷层厚度可控性强，偏差可控制在 ±0.3mm 以内，且内壁表面粗糙度低（Ra≤1.6μm）；

• 陶瓷层致密度高（相对密度≥95%），无明显气孔与分层缺陷，适合中小口径（DN50 - DN300）管道生产；

• 可通过调整陶瓷浆料成分，灵活调控陶瓷层性能（如加入 ZrO₂可提升抗冲击性）。

缺点

• 对离心设备精度要求高（主轴径向跳动≤0.02mm），设备投资成本较高；

• 烧结过程能耗大，且生产周期较长（单根管道生产周期约 8 - 12 小时），导致单位生产成本高于自蔓燃工艺。

（四）性能保障措施

• 采用在线粘度监测系统实时调控浆料粘度，确保成型稳定性；

• 运用PID温控系统精确控制烧结炉温度场，温差控制在±5℃以内；

• 对成品陶瓷层进行维氏硬度测试与水压试验（试验压力为工作压力的 1.5 倍），确保性能达标。

三、陶瓷贴片 / 粘接工艺 —— 陶瓷贴片复合管制备工艺

（一）工艺原理

        通过高强度结构粘结剂或机械焊接方式，将预制的耐磨陶瓷片（通常为 Al₂O₃陶瓷片）固定于钢管内壁，形成连续的耐磨内衬层，实现管道内壁的磨损防护。

（二）关键工艺步骤

• 基材处理：对钢管内壁进行喷砂处理（Sa2.5 级），去除氧化皮与油污，使表面粗糙度达到 Ra50 - 80μm；

• 陶瓷片预处理：对陶瓷片表面进行打磨与清洗，去除表面杂质，增强粘结剂附着力；

• 粘结 / 焊接固定：采用耐高温环氧 - 酚醛树脂粘结剂（粘结强度≥15MPa，长期耐温≤200℃），按棋盘式或错缝式布局粘贴陶瓷片，粘贴后施加 0.2 - 0.5MPa 压力固化；对于高温工况（＞200℃），采用激光焊接方式将陶瓷片与钢管基体连接；

• 密封处理：对陶瓷片拼接缝隙采用高温密封胶填充，防止介质渗透导致粘结层失效。

（三）工艺优缺点

优点

• 适用范围广，可用于大口径（DN500 - DN2000）及异形管道（如弯头、三通）的耐磨处理；

• 陶瓷片更换便捷，局部磨损后可单独更换受损片区，维护成本低；

• 生产周期短，单根大口径管道生产周期可控制在 24 小时以内。

缺点

• 陶瓷层与钢管基体为机械或胶粘结合，界面抗冲击性能较弱（冲击韧性≤5kJ/m²），受剧烈冲击易出现陶瓷片脱落；

• 粘结剂存在老化问题，长期在高温、腐蚀性介质环境下，粘结强度会逐渐下降，影响使用寿命。

（四）性能保障措施

• 选用改性耐高温粘结剂，通过添加纳米陶瓷颗粒提升粘结强度与耐老化性能；

• 对粘贴后的陶瓷层进行超声波检测，确保无虚粘、空鼓现象；

• 在管道易受冲击部位（如弯头、变径处）采用金属外壳加固，提升抗冲击能力。

四、整体烧结工艺 —— 整体陶瓷管及复合管制备工艺

（一）工艺原理

        以高纯陶瓷粉末（如 Al₂O₃、SiC）为原料，经配料、成型、高温烧结制成整体陶瓷管，再通过过盈配合、焊接或粘结方式与金属法兰、钢管段连接，形成复合管道；或直接将陶瓷粉末与金属粉末混合，采用粉末冶金烧结工艺制备陶瓷 - 金属复合管。

（二）关键工艺步骤

• 原料制备：将陶瓷粉末（纯度≥99%）与少量成型剂（如聚乙烯醇）混合，经球磨（球磨时间 24 - 48 小时）制成均匀粉末；

• 成型：采用等静压成型工艺（成型压力 20 - 30MPa），将混合粉末压制成管状坯体，坯体密度控制在 2.5 - 2.8g/cm³；

• 脱脂与烧结：将管状坯体送入脱脂炉，在 400 - 600℃下去除成型剂，随后转入高温烧结炉，在 1600 - 1800℃下保温 4 - 8 小时，完成整体烧结，烧结后陶瓷管相对密度≥98%；

• 复合加工：对整体陶瓷管两端进行机械加工，与金属法兰采用过盈配合（过盈量 0.05 - 0.1mm）或焊接连接，形成完整复合管道。

（三）工艺优缺点

优点

• 陶瓷层致密度非常高，硬度可达 HV1500 - 1800，耐磨性能与耐高温性能（长期耐温≤1200℃）均为各类工艺优秀水平；

• 整体陶瓷管无拼接缝隙，抗介质渗透能力强，适合强腐蚀、高温恶劣工况；

• 陶瓷管化学稳定性好，对酸碱介质（pH1 - 14）均具有良好的耐腐蚀性。

缺点

• 生产周期长（单根管道生产周期约 72 - 96 小时），且高温烧结能耗大，制造成本高（为自蔓燃工艺的 3 - 5 倍）；

• 整体陶瓷管脆性大（断裂韧性≤3MPa・m^(1/2)），抗冲击性能差，运输与安装过程中易破损；

• 受烧结设备限制，难以生产超长（长度＞3m）或超大口径（DN＞800）管道。

（四）性能保障措施

• 采用气氛保护烧结工艺（通入 N₂或 Ar 气），防止陶瓷粉末在高温下氧化；

• 对烧结后的陶瓷管进行无损检测（如渗透检测、射线检测），确保无内部裂纹与缺陷；

• 在陶瓷管与金属法兰连接部位加装弹性密封垫，缓解温度变化导致的热应力，防止陶瓷管开裂。

五、工艺选择对产品性能的影响及应用适配性

基于各工艺的技术特性，不同制造工艺生产的耐磨陶瓷复合管在核心性能指标与应用场景上存在显著差异，具体对比如下：

        企业在选择工艺路线时，需结合具体应用场景的核心需求：如高温、强腐蚀工况优先选择整体烧结工艺；大口径、需便捷维护的管道可选用陶瓷贴片工艺；规模化、低成本需求场景则以自蔓燃工艺为优秀选择。

六、质量控制体系与企业技术优势

（一）全流程质量控制体系

• 原料管控：建立原料溯源机制，对陶瓷粉末、金属粉末的纯度、粒径分布等指标进行 100% 检测，确保原料质量稳定；

• 过程管控：引入 MES 生产执行系统，对各工艺环节的关键参数（如反应温度、离心转速、烧结曲线）进行实时监控与数据记录，实现工艺过程可追溯；

• 成品检测：制定严格的成品检测标准，每批产品需进行以下检测：

• 结合强度测试：采用拉伸法测试陶瓷 - 钢管界面结合强度，要求≥150MPa；

• 硬度测试：采用维氏硬度计对陶瓷层进行抽样检测，要求 HV≥1200；

• 无损检测：采用超声波探伤检测陶瓷层内部缺陷，采用水压试验（试验压力 1.5 倍工作压力）检测管道密封性；

• 耐磨性能测试：采用喷砂磨损试验，测试陶瓷层磨损量，要求磨损率≤0.1g/h。

（二）企业核心技术优势

• 自蔓燃工艺优化：自主研发高均匀性混合粉末配方，结合自动点火控制系统与红外温度监控技术，将陶瓷层厚度均匀性控制在 ±0.2mm，远超行业 ±1mm 的平均水平；

• 离心浇铸工艺升级：引入精密数控离心设备（主轴径向跳动≤0.01mm），配合自主研发的陶瓷浆料配方，使陶瓷层致密度提升至 96% 以上，较行业平均水平（90% - 92%）提高 15%；

• 定制化解决方案：针对不同行业客户的特殊需求，提供工艺定制服务，如为高温工况客户开发耐高温陶瓷 - 金属复合烧结工艺，为冲击载荷较大的场景优化陶瓷贴片的焊接固定方案；

• 寿命保障：建立产品使用跟踪体系，对售出产品进行定期回访与性能检测，为客户提供使用寿命评估与维护建议，确保产品全生命周期性能稳定。

结语

        耐磨陶瓷复合管的性能核心取决于制造工艺的技术成熟度与质量管控水平。自蔓燃高温合成法、离心浇铸法、陶瓷贴片工艺及整体烧结工艺各有技术特点与应用边界，其共同技术目标在于实现陶瓷层的高密度、高硬度特性及陶瓷 - 钢管基体的强界面结合。企业需通过优化工艺参数、建立全流程质量控制体系，结合客户应用场景的核心需求选择适配的工艺路线，才能生产出高性能、长寿命的耐磨陶瓷复合管产品，为客户降低设备运行成本、提升生产系统可靠性提供技术支撑。