氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的涂层及其制备方法技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体为一种氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的涂层
及其制备方法。
背景技术
升液管是铝合金的压铸机上的关键部件之一，用于将液态的金属自下而上的导入
铸型管道，起到导流和补缩的作用。升液管工作时，下端置于密闭的保温炉中，上端连接低
压铸造机模具腔，熔融的金属铝液通过压力作用上升到模具腔内，完成周期性的铸造。因
此，要求升液管具有良好的耐高温、抗热震及耐铝液腐蚀性。
现有技术的升液管的材质有铸铁、钛酸铝陶瓷或者氮化硅结合碳化硅陶瓷材料。
铸铁升液管在使用时，容易与铝液发生反应，污染铝液，影响产品的质量，且使用寿命短，仅
为30天左右。钛酸铝陶瓷升液管解决了铸铁升液管使用时与铝液发生反应，容易污染铝液
的问题，但是，在制作时，其烧结温度难以控制，影响了升液管的抗热震性能，其使用寿命也
仅为20天左右。
氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管，具有良好的抗热震性和耐铝液腐蚀性，进一步提
高了其使用寿命。但是，为了保证升液管的抗热震性，需要保证氮化硅结合碳化硅陶瓷的气
孔率在10％以上，以缓解材升液管材料使用时温度变化产生的热应力。而升液管的工作温
度一般在700～900℃左右，在此温度下，大量气孔，尤其是开口气孔的存在，会导致氮化硅
结合碳化硅陶瓷升液管发生氧化反应，并生成SiO2相。SiO2相会和铝液或者熔渣发生反应，
氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管原本良好的抗铝液侵蚀的能力遭到破坏，使用过程中出现挂
渣、结瘤甚至堵塞内管等现象，其使用性能下降，其使用寿命降低，一般在一个月左右，且平
均一周要清理一次粘附在内壁上的铝，增加了人力成本，也增加了生产成本。
为了氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的上述问题，现有技术采用制造具有芯层和外
层的复合结构的氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的方法，升液管外层的颗粒细度大，气孔率
在15％左右，以保证升液管具有良好的抗热震性，升液管芯层的颗粒细小，气孔率在3％以
下，以保证升液管的抗氧化性和耐铝液腐蚀能力。但是，这种方法需要在芯层添加价格昂贵
的稀土金属，而且，需要在1700～1800℃下高温烧结，材料昂贵，工艺复杂，导致这种升液管
价格昂贵，售价达到每吨几十万元。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的涂层及其制备方法，
在氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的内壁依次制作抗氧化层和防粘铝层，外壁涂覆抗氧化
层，在保证氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管具有优异的抗热震性的同时，具有良好的抗氧化
性和防粘铝性能，延长氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的使用寿命，且价格便宜，工艺难度
小。
本发明为实现上述目的，采用以下的技术方案。
一种氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的涂层，涂层包括涂覆于氮化硅结合碳化硅陶
瓷升液管内壁和外壁的抗氧化层，以及涂覆于氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的内壁的抗氧
化层上的防粘铝层。
抗氧化层用于保护氮化硅结合碳化硅升液管不发生氧化反应，从而保证氮化硅结
合碳化硅陶瓷升液管的使用性能。抗氧化层包括用作抗氧化骨料的碳化硅微粉、氧化硼和
钇稳定氧化锆，以及作为粘结剂的高铝水泥、硅溶胶和磷酸二氢铝，作为分散剂的六偏磷酸
钠。
作为抗氧化骨料的碳化硅微粉细度小，可以形成致密的抗氧化保护层，而钇稳定
氧化锆具有优秀的抗热震性能及抗氧化性，氧化硼在工作状态下形成玻璃相，堵塞气孔，阻
断氧气侵蚀通道，进一步提高抗氧化性能。
作为粘结剂的硅溶胶和磷酸二氢铝，熔点高，高温下键合能较高，不易熔化，耐热
性好，使用时与氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的粘结能力强，同时具有高的强度，加入高铝
水泥，进一步提高了与氮化硅结合碳化硅升液管的粘结力。
作为分散剂的六偏磷酸钠，用来提高抗氧化骨料的分散性和润湿性，避免涂覆时
产生气泡造成的局部缺陷。
同时，作为氧化骨料的碳化硅微粉与氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的热膨胀系数
相似，而作为粘结剂的硅溶胶、磷酸二氢铝及高铝水泥，热膨胀率小，与氮化硅结合碳化硅
陶瓷升液管的结合性好，因此，使用过程中，不易开裂、剥落。而钇稳定氧化锆，虽然具有良
好的综合性能，但是，由于其热膨胀系数碳化硅结合碳化硅陶瓷升液管的差别较大，因此，
其加入量不宜过多。
防粘铝层用于防止铝液侵蚀，避免氮化硅结合碳化硅升液管使用过程中粘铝，延
长氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的清理周期，减少人力成本和生产成本。
防粘铝层包括作为防粘铝骨料的氮化硼、滑石粉，作为粘结剂的硅溶胶和磷酸二
氢铝，以及作为分散剂的三聚磷酸铝。
作为防粘铝骨料的氮化硼，与铝液的润湿性极差，因此具有良好的抗铝液侵蚀的
能力，同样作为防粘铝骨料的滑石粉，具有良好的耐火性的同时，具有优秀的抗粘助流性
能，和氮化硼配合，进一步提高了防粘铝层的防粘铝效果。
作为粘结剂的硅溶胶和磷酸二氢铝，熔点高，高温下键合能较高，不易熔化，耐热
性好，而且，与抗氧化层的粘结剂组合类似，因此，与内层具有良好的粘结性。
作为分散剂的三聚磷酸铝，用来提高防粘铝骨料的分散性和润湿性，避免涂覆时
产生气泡造成的局部缺陷。
同样的，作为氧化骨料的氮化硼与碳化硅、以及氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的
热膨胀系数相似，而作为粘结剂的硅溶胶和磷酸二氢铝，热膨胀率小，与抗氧化层的结合性
好，因此，使用过程中，不易开裂、剥落。
进一步的，一种氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的涂层，抗氧化层的化学成分的质
量百分比为：碳化硅微粉：25～40％，氧化硼：3～8％，钇稳定氧化锆：4～6％，高铝水泥，5～
10％，六偏磷酸钠：1～2％，硅溶胶：4～8％，磷酸二氢铝：40～55％；防粘铝层的化学成分的
质量百分比为：氮化硼：20～35％，滑石粉：3～6％，三聚磷酸铝5～10％，硅溶胶：3～8％，磷
酸二氢铝：50～65％。
进一步的，一种氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的涂层，抗氧化层的化学成分及其
质量百分比为：碳化硅微粉：28～33％，氧化硼：5～6％，钇稳定氧化锆：4～6％，高铝水泥，7
～9％，六偏磷酸钠：1～2％，硅溶胶：5～7％，磷酸二氢铝：45～50％；防粘铝层的化学成分
及其质量百分比为：氮化硼：25～30％，滑石粉：4～5％，三聚磷酸铝7～8％，硅溶胶：3～
8％，磷酸二氢铝：55～60％。
进一步的，一种氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的涂层，碳化硅微粉、氮化硼、钇稳
定氧化锆、高铝水泥、六偏磷酸钠、氮化硼、滑石粉、三聚磷酸铝的粒径小于0.074mm，硅溶胶
的质量浓度为20％～60％，磷酸二氢铝的质量浓度为20％～60％。
进一步的，一种氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的涂层，抗氧化层的厚度为0.05～
0.1mm，防粘铝层的厚度为0.05～0.12mm。
涂层材料粒径及涂层厚度的控制，能够保证涂层的强度和致密度，不仅能够提高
抗氧化和防粘铝效果，而且，涂层不易开裂和剥落，进一步提高氮化硅结合碳化硅陶瓷升液
管的使用性能和使用寿命。
一种氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的涂层的制备方法，按照以下步骤制备：
步骤一：制备抗氧化层，
1)处理氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管内壁和外壁：
对氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的内壁和外壁进行打磨并清理。
2)制备抗氧化层浆料：
按比例称取碳化硅微粉、氧化硼、钇稳定氧化锆、六偏磷酸钠和高铝水泥，球磨2～
3h，再按照比例加入硅溶胶和磷酸二氢铝，室温搅拌1～2h，得到抗氧化层浆料。
3)涂覆抗氧化层：
将抗氧化层浆料涂覆在打磨后的氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的内壁和外壁。
4)烘干：
将涂覆抗氧化层的氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管于100～120℃下烘干3～5h，抗
氧化层制备完成。
步骤二：制备防粘铝层：
1)制备防粘铝层浆料：
按比例称取氮化硼、滑石粉和三聚磷酸钠，球磨2～3h，再按比例称取硅溶胶和磷
酸二氢铝，50～65℃下搅拌2～3h，得到防粘铝层浆料。
2)涂覆防粘铝层：
将防粘铝层浆料涂覆在氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管内壁的抗氧化层上；
3)烘干：
将涂覆防粘铝层浆料的氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管于150～180℃下烘干3～
5h，防粘铝层制备完成。
进一步的，一种氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的涂层的制备方法，抗氧化层浆料
的化学成分的质量百分含量为：碳化硅微粉25～40％，氧化硼：3～8％，钇稳定氧化锆：4～
6％，高铝水泥，5～10％，六偏磷酸钠：1～2％，硅溶胶：4～8％，磷酸二氢铝：40～55％；防粘
铝层浆料的化学成分的质量百分含量为：氮化硼：20～35％，滑石粉：3～6％，三聚磷酸铝5
～10％，硅溶胶：3～8％，磷酸二氢铝：50～65％。
进一步的，一种氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的涂层的制备方法，抗氧化层浆料
的化学成分的质量百分含量为：碳化硅微粉：28～33％，氧化硼：5～6％，钇稳定氧化锆：4～
6％，高铝水泥，7～9％，六偏磷酸钠：1～2％，硅溶胶：5～7％，磷酸二氢铝：45～50％；
所述防粘铝层浆料的化学成分的质量百分含量为：氮化硼：25～30％，滑石粉：4～
5％，三聚磷酸铝7～8％，硅溶胶：3～8％，磷酸二氢铝：55～60％。
进一步的，一种氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的涂层的制备方法，碳化硅微粉、氮
化硼、钇稳定氧化锆、高铝水泥、六偏磷酸钠、氮化硼、滑石粉、三聚磷酸铝的粒径小于
0.074mm，硅溶胶的质量浓度为20％～60％，磷酸二氢铝的质量浓度为20％～60％。
进一步的，一种氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的涂层的制备方法，抗氧化层的厚
度为0.05～0.1mm，防粘铝层的厚度为0.05～0.12mm。
本发明采用上述技术方案得到如下的有益效果：
1.本发明的氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的涂层，在氮化硅结合碳化硅陶瓷升液
管内壁涂覆抗氧化层及防粘铝层，在外壁涂覆抗氧化层，有效的防止氮化硅结合碳化硅升
液管的氧化，在保证其优秀的抗热震性的同时，具有良好的抗氧化及防粘铝效果，延长了其
使用寿命，并且延长了清理粘附在内壁上的铝的周期，降低了使用成本。
2.本发明的氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的涂层及其制备方法，采用制备抗氧化
层和防粘铝层的方法保证氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的良好的热震性的同时保证其抗
氧化性和防粘铝性能，与现有技术制备芯层加外层的复合结构的氮化硅结合碳化硅陶瓷升
液管相比，具有涂层材料成本低，涂层浆料制备简单，涂覆后采用低温成型的方法，无需高
温烧结，大大降低了工艺难度和生产成本的优点。
3.本发明的氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的涂层，抗氧化层以及抗氧化层与氮化
硅及碳化硅陶瓷升液管的结合性能好，热膨胀系数小，防粘铝层与抗氧化层结合性能好，热
膨胀系数小，使用过程中不易开裂、剥落，进一步延长了其使用寿命。
4.采用本发明的方法制备的具有涂层的氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的使用寿
命达到60天以上，清铝的周期为两周，使用寿命延长了一倍，清铝周期延长了一倍，减少了
工人的劳动强度，节省了使用成本。
具体实施方式
下面对本发明的一种氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的涂层及其制备方法的技术
方案进行进一步的描述，使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施。
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一：制备抗氧化层：
1)处理氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的内壁和外壁：
对氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管内壁和外壁进行打磨并清理。
2)制备抗氧化层浆料：
将碳化硅微粉、氮化硼、钇稳定氧化锆、高铝水泥和六偏磷酸钠分别过200目筛网，
然后称取碳化硅微粉25质量份，氧化硼3质量份，钇稳定氧化锆4质量份，高铝水泥5质量份，
六偏磷酸钠1质量份，球磨2h，然后加入质量浓度为20％的硅溶胶4质量份，质量浓度为20％
的磷酸二氢铝40质量份，室温下搅拌1h，得到抗氧化层浆料。
3)涂覆抗氧化层：
将抗氧化层浆料涂覆在打磨后的氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的内壁及外壁，涂
层厚度为0.05mm。
4)烘干：
将涂覆抗氧化层的氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管于100℃下烘干3h，抗氧化层制
备完成。
步骤二：制备防粘铝层：
1)制备防粘铝层浆料：
将氮化硼、滑石粉和三聚磷酸铝分别过200目筛网，然后称取氮化硼20质量份、滑
石粉3质量份和三聚磷酸铝5质量份，球磨2h，然后加入质量浓度为20％的硅溶胶3质量份，
浓度为20％的磷酸二氢铝50质量份，50℃下搅拌2h，得到防粘铝层浆料。
2)涂覆防粘铝层：
将防粘铝层浆料涂覆在氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管内壁的抗氧化层上，涂层厚
度为0.05mm。
3)烘干：
将涂覆防粘铝层浆料的氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管于150℃下烘干3h，防粘铝
层制备完成。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤一：制备抗氧化层：
1)处理氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管内壁及外壁：
对氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管内壁及外壁进行打磨并清理；
2)制备抗氧化层浆料：
将碳化硅微粉、氮化硼、钇稳定氧化锆、高铝水泥和六偏磷酸钠分别过200目筛网，
然后称取碳化硅微粉28质量份，氧化硼5质量份，钇稳定氧化锆4质量份，高铝水泥7质量份，
六偏磷酸钠1质量份，球磨2h，然后加入质量浓度为30％的硅溶胶5质量份，质量浓度为30％
的磷酸二氢铝45质量份，室温下搅拌1h，得到抗氧化层浆料。
3)涂覆抗氧化层：
将抗氧化内及抗氧化层浆料涂覆在打磨后的氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的内
壁及外壁，涂层厚度为0.07mm。
4)烘干：
将涂覆抗氧化层的氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管于110℃下烘干4h，抗氧化层制
备完成。
步骤二：制备防粘铝层：
1)制备防粘铝层浆料：
将氮化硼、滑石粉和三聚磷酸铝分别过200目筛网，然后按比例称取氮化硼25质量
份、滑石粉4质量份和三聚磷酸铝7质量份，球磨2h，然后加入质量浓度为30％的硅溶胶3质
量份，浓度为30％的磷酸二氢铝55质量份，55℃下搅拌2h，得到防粘铝层浆料。
2)涂覆防粘铝层：
将防粘铝层浆料涂覆在氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管内壁的抗氧化层上，涂层厚
度为0.07mm。
3)烘干：
将涂覆防粘铝层浆料的氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管于160℃下烘干4h，防粘铝
层制备完成。
实施例3
本实施例包括以下步骤：
步骤一：制备抗氧化层：
1)处理氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管内壁及外壁：
对氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管内壁及外壁打磨并清理；
2)制备抗氧化层浆料：
将碳化硅微粉、氮化硼、钇稳定氧化锆、高铝水泥和六偏磷酸钠分别过200目筛网，
然后称取碳化硅微粉33质量份，氧化硼6质量份，钇稳定氧化锆6质量份，高铝水泥9质量份，
六偏磷酸钠2质量份，球磨3h，然后加入质量浓度为50％的硅溶胶7质量份，质量浓度为50％
的磷酸二氢铝50质量份，室温下搅拌2h，得到抗氧化层浆料。
3)涂覆抗氧化层：
将抗氧化层浆料涂覆在打磨后的氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的内壁及外壁，涂
层厚度为0.08mm。
4)烘干：
将涂覆抗氧化层的氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管于110℃下烘干4h，抗氧化层制
备完成。
步骤二：制备防粘铝层：
1)制备防粘铝层浆料：
将氮化硼、滑石粉和三聚磷酸铝分别过200目筛网，然后按比例称取氮化硼30质量
份、滑石粉5质量份和三聚磷酸铝8质量份，球磨3h，然后加入质量浓度为50％的硅溶胶8质
量份，浓度为50％的磷酸二氢铝60质量份，60℃下搅拌3h，得到防粘铝层浆料。
2)涂覆防粘铝层：
将防粘铝层浆料涂覆在氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管内壁及外壁的抗氧化层上，
涂层厚度为0.09mm。
3)烘干：
将涂覆防粘铝层浆料的氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管于170℃下烘干4h，防粘铝
层制备完成。
实施例4
本实施例包括以下步骤：
步骤一：制备抗氧化层：
1)处理氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管内壁及外壁：
对氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管内壁及外壁打磨并清理；
2)制备抗氧化层浆料：
将碳化硅微粉、氮化硼、钇稳定氧化锆、高铝水泥和六偏磷酸钠分别过200筛网，然
后称取碳化硅微粉40质量份，氧化硼8质量份，钇稳定氧化锆6质量份，高铝水泥10质量份，
六偏磷酸钠2质量份，球磨3h，然后加入质量浓度为60％的硅溶胶8质量份，质量浓度为60％
的磷酸二氢铝55质量份，室温下搅拌2h，得到抗氧化层浆料。
3)涂覆抗氧化层：
将抗氧化层浆料涂覆在打磨后的氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的内壁及外壁，涂
层厚度为0.1mm。
4)烘干：
将涂覆抗氧化层的氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管于120℃下烘干5h，抗氧化层制
备完成。
步骤二：制备防粘铝层：
1)制备防粘铝层浆料：
将氮化硼、滑石粉和三聚磷酸铝分别过200目筛网，然后按比例称取氮化硼35质量
份、滑石粉6质量份和三聚磷酸铝10质量份，球磨3h，然后加入质量浓度为60％的硅溶胶8质
量份，浓度为60％的磷酸二氢铝65质量份，65℃下搅拌3h，得到防粘铝层浆料。
2)涂覆防粘铝层：
将防粘铝层浆料涂覆在氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管内壁及外壁的抗氧化层上，
涂层厚度为0.12mm。
3)烘干：
将涂覆防粘铝层浆料的氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管于180℃下烘干5h，防粘铝
层制备完成。
实施例5
本实施例包括以下步骤：
步骤一：制备抗氧化层：
1)处理氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管内壁和外壁：
对氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管内壁和外壁进行打磨并清理。
2)制备抗氧化层浆料：
将碳化硅微粉、氮化硼、钇稳定氧化锆、高铝水泥和六偏磷酸钠分别过200目筛网，
然后称取碳化硅微粉30质量份，氧化硼6质量份，钇稳定氧化锆5质量份，高铝水泥8质量份，
六偏磷酸钠2质量份，球磨3h，然后加入质量浓度为40％的硅溶胶6质量份，质量浓度为40％
的磷酸二氢铝48质量份，室温下搅拌2h，得到抗氧化层浆料。
3)涂覆抗氧化层：
将抗氧化层浆料涂覆在打磨后的氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的内壁及外壁，涂
层厚度为0.10mm。
4)烘干：
将涂覆抗氧化层的氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管于110℃下烘干4h，抗氧化层制
备完成。
步骤二：制备防粘铝层：
1)制备防粘铝层浆料：
将氮化硼、滑石粉和三聚磷酸铝分别过200目筛网，然后称取氮化硼28质量份、滑
石粉5质量份和三聚磷酸铝8质量份，球磨3h，然后加入质量浓度为40％的硅溶胶6质量份，
浓度为40％的磷酸二氢铝58质量份，60℃下搅拌3h，得到防粘铝层浆料。
2)涂覆防粘铝层：
将防粘铝层浆料涂覆在氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管内壁的抗氧化层上，涂层厚
度为0.10mm。
3)烘干：
将涂覆防粘铝层浆料的氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管于160℃下烘干4h，防粘铝
层制备完成。
本发明的氮化硅结合碳化硅陶瓷升液管的涂层及其制备方法，不受上述实施例的
限制，凡是利用本发明的方式和方法，经过变换和代换所形成的技术方案，都在本发明的保
护范围内。