多孔氧化物陶瓷窯爐保溫材料及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)采用發(fā)泡原位凝固法制備多孔氧化物陶瓷（硅酸鋁、莫來石、氧化鋁陶瓷），所述多孔硅酸鋁、莫來石、氧化鋁陶瓷分別以高嶺土、鋁礬土、硅微粉、氧化鋁、石英為原料，以金屬鋁粉、松香皂或十二烷基硫酸鈉、聚乙烯醇或羧甲基纖維素鈉、瓊脂為產(chǎn)氣劑、發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑和成型劑，采用以下步驟制備：1、陶瓷漿料的制備；2、漿料的發(fā)泡；3、漿料原位注凝成型；4、成型后坯體干燥、燒成。本發(fā)明專利技術(shù)提供的多孔氧化物陶瓷保溫材料孔隙分布均勻，具有良好的保溫和抗熱震性能。該方法工藝簡單、成本低，可制備出不同溫度（1200~1600℃）下使用的高溫窯爐保溫隔熱材料，長期使用中不粉化、不開裂，提高了現(xiàn)有窯爐保溫隔熱材料的使用壽命。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及窯爐保溫隔熱材料
，具體涉及不同材質(zhì)的多孔氧化物陶瓷窯爐保溫材料(例如多孔硅酸鋁、莫來石和氧化鋁陶瓷窯爐保溫材料)的制備方法。
技術(shù)介紹
高溫窯爐保溫隔熱材料從最初的膨脹珍珠巖、礦物棉、玻璃棉逐漸發(fā)展到輕質(zhì)粘土磚、多孔泡沫磚，進一步發(fā)展到氧化物多晶陶瓷耐火纖維。多晶陶瓷纖維，具有導(dǎo)熱率低、絕熱節(jié)能效果好的特點，在工業(yè)窯爐和高溫爐中被廣泛應(yīng)用。多晶陶瓷纖維窯爐保溫材料，按組分可以分為硅酸鋁纖維、莫來石陶瓷纖維，氧化鋁陶瓷多晶纖維、氧化鋯纖維。這些不同種類的纖維材料，采用負壓成型的方式，制備成塊狀、氈裝、管狀耐火保溫材料，保溫最高使用溫度分別從1300-2000°C。例如，以氧化鋁陶瓷纖維制成的耐火氈最高使用溫度可以達到1650°C，它的隔熱效果好、使用方便、特別是其蓄熱小的特點，普遍應(yīng)用于各式的窯爐中。目前，氧化鋁基纖維，包括硅酸鋁、莫來石和氧化鋁纖維的制備方法有溶膠-凝膠法、熔融噴絲法、有機前驅(qū)體浸潰法等，這些方法分別存在著原料成本高，制備工藝復(fù)雜難控制、耗能大等問題；同時，氧化物陶瓷纖維由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不均勻性，在長期使用過程中，存在以下缺陷 (I)陶瓷纖維長期在高溫下使用會產(chǎn)生粉化現(xiàn)象，由于纖維不斷粉化脫落，不僅使窯墻逐漸損毀，而且粉化微粒會粘污制品。( 2)由于陶瓷纖維的容重比較小，所以砌成的窯體結(jié)構(gòu)相對比較松散，纖維結(jié)構(gòu)之間不能密實地擁集。這樣燃料燃燒所產(chǎn)生的氣體成分及陶瓷釉料燒成中產(chǎn)生的釉汽將侵蝕纖維，使其收縮、硬結(jié)、粉化脫落，于是保溫層體積迅速變小并減弱了相當(dāng)?shù)谋匦阅堋?3)陶瓷纖維材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻，孔隙均為開口形式，材料輻射率會隨溫度的升高而降低，使整體熱效率降低，爐氣輻射的熱量大部分被反射回來，大部分被廢氣所吸收而排走，這大大增加窯爐的能耗。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是為克服上述現(xiàn)有的各類陶瓷纖維存在制備工藝復(fù)雜、成本高，且纖維材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不均勻性，造成在高溫下使用輻射率低能耗大，使用壽命短等問題，提供一種制備不同材質(zhì)的多孔氧化物陶瓷窯爐保溫材料的方法。本專利技術(shù)解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案 本專利技術(shù)提供的多孔氧化物陶瓷窯爐保溫材料，包括多孔硅酸鋁、莫來石或氧化鋁陶瓷窯爐保溫材料原料，所述多孔硅酸鋁陶瓷窯爐保溫材料原料由高嶺土 15 20%、鋁礬土55 65%、硅微粉15 20%組成，所述多孔莫來石陶瓷窯爐保溫材料原料由高嶺土 35 40%、鋁礬土 10 15%、氧化鋁5(Γ55%組成，所述多孔氧化鋁陶瓷窯爐保溫材料原料由氧化鋁90 95%、石英5 10%組成，均為質(zhì)量百分比。所述的多孔硅酸鋁、莫來石和氧化鋁陶瓷窯爐保溫材料，其內(nèi)部均具有彼此相通或閉合的微孔，氣孔率為體積70°/Γ90%，25 °C時的導(dǎo)熱系數(shù)為O. 044^0. 052ff/mK,容重(200kg/m3，密度彡O. 6g/cm3，抗壓強度為3MPa lOMPa，在120(Tl60(TC下長期使用。本專利技術(shù)提供的多孔氧化物陶瓷窯爐保溫材料，其制備方法是采用發(fā)泡原位注凝法制備，具體是按質(zhì)量百分比計，將陶瓷原料粉體7510%、外加分散劑O. 3^0. 5%和去離子水2(Γ25%裝入球磨罐中，球磨后制得陶瓷漿料，所述陶瓷原料粉體為滿足制備多孔硅酸鋁、莫來石或氧化鋁陶瓷組成的各原料混合物；外加發(fā)泡劑O. 5 1%、穩(wěn)泡劑3飛％、產(chǎn)氣劑金屬鋁粉f 2%和成型劑3 5%加入到陶瓷漿料中，該漿料的pH值調(diào)節(jié)為l(Tll，再置于45 50°C的水浴中攪拌發(fā)泡；然后將發(fā)泡后的陶瓷漿料注入模具中原位注凝成型，最后經(jīng)凝固、干燥和燒結(jié)制得多孔氧化物窯爐保溫材料。所述多孔硅酸鋁陶瓷窯爐保溫材料原料可以由高嶺土 15 20%、鋁礬土 55飛5%、硅微粉15 20%組成，所述多孔莫來石陶瓷窯爐保溫材料原料可以由高嶺土 35 40%、鋁礬土 10 15%、氧化鋁5(Γ55%組成，所述多孔氧化鋁陶瓷窯爐保溫材料原料可以由氧化鋁90 95%、石英5 10%組成。所述的產(chǎn)氣劑可以采用金屬鋁粉，其外加量為陶瓷漿料總質(zhì)量的廣2%。本專利技術(shù)可以采用氨水、碳酸氫銨或尿素調(diào)節(jié)陶瓷漿料的pH值。所述的發(fā)泡劑可以采用表面活性劑，其包括松香皂或十二烷基硫酸鈉，其外加量為陶瓷漿料的0.5 1%。所述的穩(wěn)泡劑可以采用質(zhì)量濃度為8%的聚乙烯醇的水溶液或羧甲基纖維素鈉的水溶液，其外加量為陶瓷漿料的3飛％ ;采用瓊脂作為原位注凝成型工藝的成型劑，其外加量為陶瓷漿料的3 5%。所述的分散劑可以采用 聚丙烯酸鈉，其外加量為陶瓷漿料總質(zhì)量的O. 3^0. 5%。所述的多孔硅酸鋁、莫來石和氧化鋁陶瓷窯爐保溫材料，其燒結(jié)溫度分別可以為13500C、14500C、1600°C，其燒結(jié)時間均為2 4h，主晶相分別為硅酸鋁、莫來石和氧化鋁。本專利技術(shù)的反應(yīng)機理為利用產(chǎn)氣劑金屬鋁粉在陶瓷漿料(硅酸鋁、莫來石和氧化鋁)中與水反應(yīng)生成氣體，在發(fā)泡劑(松香皂或十二烷基硫酸鈉等表面活性劑)、高分子穩(wěn)泡齊IJ (如聚乙烯醇或羧甲基纖維素鈉等)作用下，通過加熱、攪拌等方式使氣體均勻分在陶瓷漿料內(nèi)部而形成發(fā)泡陶瓷漿料，最后利用成型劑瓊脂冷卻凝固的特性使陶瓷漿料原位固化成型，成型坯體經(jīng)干燥，燒結(jié)后制得不同材質(zhì)的多孔氧化物陶瓷材料。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的優(yōu)點1.利用原位注凝法制備多孔氧化物窯爐保溫材料工藝簡單、技術(shù)路線可控、成本低、對生產(chǎn)設(shè)備的要求不高，降低了現(xiàn)有保溫材料生產(chǎn)成本。2.所得材料孔隙率高且微孔分布均勻一致，孔隙為閉口形式，能夠在高溫(120(Tl60(rC )下長期使用不粉化、不開裂，有效地解決了陶瓷纖維存在的問題，提高了保溫材料使用壽命。3.高溫?zé)珊笾频霉杷徜X、莫來石、氧化鋁多孔陶瓷保溫材料中主晶相分別為硅酸鋁、莫來石、氧化鋁，導(dǎo)熱系數(shù)低(O. 044^0. 052W/mK)，抗壓強度高(3MPa lOMPa)，容重低(<200kg/m3)熱效率高，具備優(yōu)良的高溫強度和保溫隔熱性能， 4.在分散劑的作用下陶瓷漿料固含量可達到7510%，有效地保證了坯體在干燥和燒成時幾乎沒有體積收縮，產(chǎn)品尺寸易于控制，能制備大尺寸的窯爐保溫砌塊材料。附圖說明圖1是實施實例I中1400°C條件下燒成的多孔硅酸鋁陶瓷保溫材料的X射線衍射圖，主晶相為硅酸鋁，同時還有少量氧化鋁晶相。圖2是實施實例3中1450°C條件下燒成的多孔莫來石陶瓷保溫材料的X射線衍射圖，主晶相為莫來石，同時還有少量氧化鋁晶相。圖3是實施實例5中1600°C條件下燒成的多孔氧化鋁陶瓷保溫材料的X射線衍射圖，主晶相為氧化招。圖4是實施實例I中多孔硅酸鋁陶瓷保溫材料50倍掃描電鏡照片。圖5是實施實例3中多孔莫來石陶瓷保溫材料50倍掃描電鏡照片。圖6是實施實例5中多孔氧化鋁陶瓷保溫材料50倍掃描電鏡照片。具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖對本專利技術(shù)作進一步說明，但不限定本專利技術(shù)。 本專利技術(shù)采用發(fā)泡原位注凝法制備多孔氧化物陶瓷窯爐保溫材料，其制備方法如下 (O陶瓷漿料的制備 將滿足多孔硅酸鋁、莫來石或氧化鋁陶瓷窯爐保溫材料組成的各原料混合物，按75 80% (重量百分比，下同)、外加分散劑O. 3 O. 5%和去離子水20 25%裝入球磨罐中，球磨后制得各陶瓷漿料。其中多孔硅酸鋁陶瓷窯爐保溫材料原料粉體由本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
多孔氧化物陶瓷窯爐保溫材料，其特征是包括多孔硅酸鋁、莫來石或氧化鋁陶瓷窯爐保溫材料原料，所述多孔硅酸鋁陶瓷窯爐保溫材料原料由高嶺土15~20%、鋁礬土55~65%、硅微粉15~20%組成，所述多孔莫來石陶瓷窯爐保溫材料原料由高嶺土35~40%、鋁礬土10~15%、氧化鋁50~55%組成，所述多孔氧化鋁陶瓷窯爐保溫材料原料由氧化鋁90~95%、石英5~10%組成，均為質(zhì)量百分比。

【技術(shù)特征摘要】
1.多孔氧化物陶瓷窯爐保溫材料，其特征是包括多孔硅酸鋁、莫來石或氧化鋁陶瓷窯爐保溫材料原料，所述多孔硅酸鋁陶瓷窯爐保溫材料原料由高嶺土 15 20%、鋁礬土 55 65%、硅微粉15 20%組成，所述多孔莫來石陶瓷窯爐保溫材料原料由高嶺土 35 40%、 鋁礬土 1(Γ15%、氧化鋁5(Γ55%組成，所述多孔氧化鋁陶瓷窯爐保溫材料原料由氧化鋁 90 95%、石英5 10%組成，均為質(zhì)量百分比。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔氧化物陶瓷窯爐保溫材料，其特征是所述的多孔硅酸鋁、莫來石和氧化鋁陶瓷窯爐保溫材料，其內(nèi)部均具有彼此相通或閉合的微孔，氣孔率為體積70% 90%，25°C時的導(dǎo)熱系數(shù)為O. 044 O. 052W/mK，容重≤200kg/m3，密度≤O. 6g/cm3，抗壓強度為3MPa lOMPa，在120(Tl600°C下長期使用。3.多孔氧化物陶瓷窯爐保溫材料的制備方法，其特征是采用發(fā)泡原位注凝法制備，具體是按質(zhì)量百分比計，將陶瓷原料粉體75 80%、外加分散劑O. 3 O. 5%和去離子水20 25% 裝入球磨罐中，球磨后制得陶瓷漿料，所述陶瓷原料粉體為滿足制備多孔硅酸鋁、莫來石或氧化鋁陶瓷組成的各原料混合物；外加發(fā)泡劑O. 5 1%、穩(wěn)泡劑3飛％、產(chǎn)氣劑金屬鋁粉f 2% 和成型劑3 5%加入到陶瓷漿料中，該漿料的pH值調(diào)節(jié)為l(Tll，再置于45飛(TC的水浴中攪拌發(fā)泡；然后將發(fā)泡后的陶瓷漿料注入模具中原位注凝成型，最后經(jīng)凝固、干燥和燒結(jié)制得多孔氧化物窯爐保溫材料。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多孔氧化物陶瓷窯爐保溫材料...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王浩，梅森，王飛，彭玲，
申請(專利權(quán))人：武漢理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：