一次成型衬陶瓷弯头是一种耐磨蚀管道元件。它相对于传统的贴片式陶瓷弯头而言，其内部的陶瓷内衬是直接烧结成的整体陶瓷弯头，无需拼接2。外部为钢管，两段带有连接管道的法兰。一次成型衬陶瓷弯头将陶瓷的优良性能与钢管的高强度、韧性好、耐冲击以及良好的焊接性能相结合，是陶瓷内衬复合钢管的一种，常用于对耐磨、耐腐蚀、耐高温有要求的管道系统中。这种弯头通常采用特殊的生产工艺制造，在制作过程中利用模具腔将陶瓷原料填充并烧结成型，使得陶瓷内衬与外部钢管能够紧密结合，有效防止在使用过程中出现内衬脱落等问题。

二、一次成型衬陶瓷弯头的特点

（一）优异的耐磨性能

一次成型衬陶瓷弯头的内衬陶瓷材料具有极高的硬度和耐磨性。其陶瓷层中Al2O3含量大于95%，显微硬度HV1000 - 1500，耐磨性比淬火后的中碳钢高十余倍，优于钨钻硬质合金1。例如在火力发电的输煤、制粉、排灰系统中，煤颗粒的高速流动会对管道产生严重的磨损，而使用一次成型衬陶瓷弯头能够有效抵抗这种磨损，延长管道的使用寿命。在冶金行业的选矿、输送矿粉环节，高耐磨性也大大降低了管道频繁更换的成本。

（二）卓越的耐腐蚀性

陶瓷属于中性材料，化学性能稳定。这种弯头能够很好地抵抗各种无机酸、有机酸、有机溶剂等腐蚀。例如在化工行业，需要输送各种腐蚀性的化学原料，一次成型衬陶瓷弯头比传统的金属管道具有更好的耐腐蚀性，能够承受酸碱溶液等腐蚀性介质，其抗蚀程度是不锈钢的十倍以上，对于设施的稳定运行有着重要意义，减少了因腐蚀导致的泄漏和设备故障风险[1]。

（三）良好的耐热性能

它能够耐受2000℃以上的高温，可在 - 50℃ ～ 900℃范围内长期工作。像在一些加热炉的尾气排放管道、钢铁厂的高温冶炼区域的通风和物料输送管道等高温工况下，一次成型衬陶瓷弯头都能够稳定可靠地运行，不会因高温而变形或者结构损坏，确保了热工系统的安全和有效运转。

（四）内壁光滑且密封性好

其内部陶瓷衬里的成型工艺使得内壁光滑，没有拼接缝隙和台阶，不容易挂料堵料。在输送粉状或者颗粒状物料时，料流能够较为顺畅地通过。而且整体成型的结构密封效果更好，在气体输送、液体输送和粉体输送中能够防止泄露。比如在粮食仓储的粉尘气体排放管道或者一些需要防止粉尘溢出的工业粉体输送系统中，良好的密封性和不挂料的特性是非常关键的，能够提升整体系统的效率和环保性能。

（五）相对较轻的重量

在相同规格和单位长度的管道方面，陶瓷内衬弯头重量只有耐磨铸钢管或双金属复合管的1/2左右，同铸石管和稀土耐磨钢管相比，重量只有2/5左右，这有助于减少管道系统的支撑结构负载，在安装过程中也更加便于搬运和施工，降低了人工操作的难度[23]。

（六）方便的连接方式

陶瓷内衬复合钢管（包含一次成型衬陶瓷弯头）外层为钢管，可以通过焊接外层钢管达到连接的目的，同时也可采用法兰、柔性快速接头等联结方式，安装十分方便。这样在安装过程中能够根据不同的工况需求进行灵活的选择。比如在需要经常拆卸维护的管道系统中可采用法兰连接，在一些对密封性和安装效率有要求的临时性管道可采用快速接头连接[1]。

三、一次成型衬陶瓷弯头的应用领域

（一）电力行业

1. 输煤系统
   • 在火力发电厂，煤炭的输送管道多且长，煤炭颗粒对弯头的磨损较为严重。一次成型衬陶瓷弯头的高耐磨性能够极大地减轻弯头的磨损，降低维护成本，提高输煤系统的运行可靠性。
2. 制粉系统
   • 制粉过程中，煤粉颗粒高速流动并改变方向，这对管道尤其是弯头处造成巨大的磨损。采用一次成型衬陶瓷弯头可以有效保护管道，延长设备的使用寿命，减少因管道磨穿导致的煤粉泄漏和生产中断，提高发电效率。
3. 除灰系统
   • 除灰所用的介质含有大量的灰渣等固体颗粒，对管道的冲刷和磨损能力很强。一次成型衬陶瓷弯头的耐磨损特性，能够保证除灰管道长期稳定运行，防止因管道磨损而引起的泄露污染和设备故障。

（二）冶金行业

1. 选矿厂
   • 选矿过程中需要输送尾矿和精矿，其中的矿石颗粒会不断冲刷管道，特别是管道的弯头处。一次成型衬陶瓷弯头可以很好地抵御这种磨损，保证矿石物料的持续输送，提高选矿生产的效率。
2. 钢铁厂
   • 在运输炼铁的高炉喷煤、输渣，炼钢过程中输送铁合金、炉外精炼等过程涉及的物料时，这些物料往往包括高温的金属熔液、矿渣和粉末等对管道磨损和腐蚀非常严重的介质。一次成型衬陶瓷弯头凭借其耐磨、耐热、耐腐蚀的特性，能够满足钢铁厂苛刻的工况要求，有效降低管道的维护成本和更换频率，确保钢铁生产流程的顺利进行。

（三）煤炭行业

1. 洗煤厂
   • 洗煤过程中的煤泥、煤炭等物料的输送管道，尤其是弯头部分容易被磨损。采用一次成型衬陶瓷弯头能够有效抵抗这种磨损，提高洗煤厂的生产效率，同时减少管材的更换数量，降低生产成本。
2. 长距离输煤管道
   • 当采用湿法输送煤的时候，既要求管道耐磨又需要耐蚀。一次成型衬陶瓷弯头正好满足这一需求，可以作为长寿输送管，在长期使用过程中能够保证管道的完整性，减少因管道故障而导致的煤炭输送中断和生产损失[14]。

（四）矿山行业

1. 矿山充填工程
   • 在矿山充填作业中，所使用的充填材料如矿渣、尾矿砂等含有大量固体颗粒，会对输送管道产生严重的磨损。一次成型衬陶瓷弯头可以大大延长管道的使用寿命，保证充填作业的顺利进行，提高矿山开采过程中的资源回收和利用效率。
2. 精矿粉和尾矿运送
   • 如攀枝花、大冶矿等矿山在精矿粉和尾矿运送过程中，以往的矿粉输送管道使用寿命不到一年，而采用一次成型衬陶瓷弯头后，可使寿命提高5倍左右，减少了因管道频繁更换而带来的生产停滞和成本增加问题。

（五）水泥行业

1. 生产线物料输送
   • 在旋窑湿法生产线的生料浆输送、煤粉输送、提升机的下料、成品水泥气力输送装卸以及混凝土输送等环节，物料对管道弯头处的磨损较为明显。一次成型衬陶瓷弯头的耐磨特性可以有效降低管道磨损，确保水泥生产各环节的连续稳定运行。

（六）化工行业

1. 原料和产品输送

   • 化工行业需输送诸如煤粉、硅粉等原料以及各种化工产品的溶液和粉末等介质，其中许多物质具有腐蚀性，并且在输送过程中对管道磨损严重。一次成型衬陶瓷弯头的耐磨、耐腐蚀特性使其非常适合化工行业的物料输送需求，保证化工生产流程的安全运行，降低因管道泄漏而带来的安全风险和环境风险。

四、一次成型衬陶瓷弯头的制造工艺

一次成型衬陶瓷弯头的制造是一个涉及多道工序的复杂过程：

（一）原料准备

1. 陶瓷原料
   • 主要原料为陶瓷粉末，根据对弯头性能需求的不同，选择不同成分的陶瓷粉末。常见的如氧化铝陶瓷粉末，其氧化铝含量高，结构比较致密，具有特殊的性能用于制造耐磨陶瓷。例如选择的氧化铝含量大于95%的原料，能够满足弯头高耐磨和耐腐蚀的需求1。在制备时，可能还会添加一些诸如稀有金属氧化物作为溶剂等添加剂，以改善陶瓷的烧结性能等，像在一些特种刚玉陶瓷的制备中，以特定的稀有金属氧化物为溶剂，经1730℃的高温烧结制成的陶瓷可以作为弯头的内衬原料[1]。
2. 钢管材料
   • 外部钢管需要选用强度高、韧性好、焊接性能优良的管材。例如可以选择碳钢钢管，其具有较好的强度和韧性，能够承受一定的外力冲击。在一些对耐腐蚀有更高要求的场合，也可选用耐蚀性合金钢钢管。钢管的规格（如管径、壁厚等）根据具体的使用需求来确定，管径会根据所需输送的物料流量来选择合适的尺寸，壁厚则关系到弯头的整体强度，在需要承受较大压力或者冲击力的情况下，会选用较厚的钢管壁[21]。

（二）成型

1. 陶瓷内衬成型
   • 把准备好的陶瓷粉末放入专门的模具中，通过挤压或压制等方法进行成型，模具的形状依据弯头的设计弧度等要求进行定制。注塑工艺是将陶瓷粉末与有机胶粘剂混合，然后注射到模具中成型；压制工艺则是直接将陶瓷粉末放入模具中利用压力使其成型。例如在一些对弯折角度和内径精度要求较高的小口径弯头制造中，可以采用注塑工艺获得较高的成型精度，而对于大口径弯头，压制工艺可以保证陶瓷内衬的整体均匀性和稳定性[20]。
2. 钢管与陶瓷内衬组合
   • 在陶瓷内衬成型的同时或者成型之后，将钢管套在陶瓷内衬外部（或者采用其他组装方式使得陶瓷内衬位于钢管内部适当位置），使二者能够初步形成一体结构，为后续的烧结等工序做准备。在这个过程中，要确保陶瓷内衬与钢管之间相对位置的准确性，防止在后续工序中出现移位，影响弯头的最终性能。

（三）干燥

1. 陶瓷内衬干燥
   • 将成型后的陶瓷坯体进行干燥，目的是去除水分并提高弯头的强度。干燥过程中，需要严格控制干燥温度、湿度和时间等参数。如果干燥温度过高或者时间过长，可能会导致陶瓷坯体出现开裂等缺陷；温度过低或者时间过短，则可能水分去除不彻底，影响后续烧结的质量。一般根据陶瓷的成分和厚度等因素，确定适宜的干燥温度和时间，如采用逐步升温干燥的方式，先在较低温度下保持一定时间，再缓慢升高到合适的干燥温度并保持到干燥完成。
2. 整体干燥处理
   • 对于整个包含陶瓷内衬和钢管的组合体，如果在之前的工序中有水分进入二者的结合界面或者钢管表面等，也需要进行干燥处理，以确保在后续烧结过程中二者之间能够良好地结合。

（四）烧结

1. 陶瓷内衬烧结
   • 将干燥后的陶瓷坯体放入高温炉中进行烧结，烧结温度根据陶瓷的类型进行调整。对于氧化铝陶瓷，烧结温度通常较高。在高温下，陶瓷粉末中的颗粒互相扩散和结合，形成坚固的结构，提高硬度和耐磨性。例如，某些氧化铝陶瓷烧结温度可能达到2200℃以上，使内衬形成致密的刚玉瓷（AL2O3），形成的陶瓷层具有良好的耐磨性和耐腐蚀性[21][22]。在烧结过程中，升温速率、烧结时间和降温速率等参数也需要严格控制，以保证陶瓷内衬的质量。比如缓慢升温可以防止陶瓷坯体因温度骤变而产生裂纹，合适的烧结时间可以确保陶瓷充分烧结而达到最佳性能，缓慢降温则有助于避免降温过程中因内应力产生新的裂纹。
2. 陶瓷 - 钢管结合烧结
   • 对于陶瓷内衬和钢管的组合体，在烧结过程中还会促使陶瓷内衬和钢管间形成牢固的结合。这一是通过陶瓷材料在高温下的部分熔融与钢管表面微观结构间的相互作用，二是在烧结过程中可能通过添加的过渡层材料（如某些特殊的粘结材料等）在高温下发生反应，使陶瓷内衬与钢管之间形成化学键或者机械锁合，使得二者紧密结合，成为一个整体结构，达到既能发挥陶瓷的耐磨、腐蚀等优势，又能利用钢管的强度和韧性等特性的效果。