一种具有双重孔结构的耐高温轻质绝热材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有双重孔结构的耐高温轻质绝热材料及其制备方法，该材料以氧化铝、二氧化硅和铝硅酸盐粉体为原料，加入成型助剂和造孔剂，搅拌均匀后挤出成型，再经烧成，得到具有宏观贯通孔道和微气孔的双重孔结构的耐高温轻质绝热材料；其中，贯通孔总体积与微气孔总体积的比例为0.5～25:1。本发明专利技术耐高温轻质绝热材料通过适当体积的微气孔结构与宏观贯通孔道的协同作用，在保证材料高温性能的同时，提高了节能效果和抗热震性能，而且还能显著提高材料的强度和抗高温蠕变性能。

High temperature resistant light heat insulation material with double pore structure and preparation method thereof

The invention discloses a double pore structure of high temperature heat insulation material and its preparation method, the material with alumina, silica and aluminum silicate powder as raw material, adding additives and pore forming agent, stirring after extrusion, after firing, with dual pore and micro pore structure through macro the stomatal resistance to high temperature light insulation material; wherein, the through hole and the total volume of the pores in total volume ratio is 0.5 ~ 25:1. The invention of light high temperature insulation materials through the appropriate volume of the micro pore structure and macro pore through the synergistic effect in ensuring the high temperature properties of materials at the same time, improve the effect of energy saving and thermal shock resistance, but also can significantly improve the material strength and high temperature creep.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料
，具体涉及一种用于高温设备的具有双重孔结构的耐高温轻质绝热材料及其制备方法，本专利技术具体提供了一种最高可用于1800℃高温环境的、具有宏观贯通孔道和微气孔的双重孔结构的耐高温轻质绝热材料的制备技术，宏观贯通孔与微气孔体积比控制在适当范围内，可以保证双重孔结构充分发挥协同效应。
技术介绍
耐火材料广泛使用于各类工业窑炉、反应炉等高温设备中，常以标准砖或预制件的形式作为高温设备的基本结构组件。根据使用温度和功用不同，基本可分为致密型的重质耐火材料、空心球耐火材料，和多孔型的轻质绝热材料和纤维类绝热材料。重质耐火材料一般用于高温设备内部温度最高处，常见的有高铝重质砖、刚玉莫来石重质砖等。其耐火度、高温强度均高于其他类型的耐火绝热材料，但由于其结构致密、容重大，因而体积热容、热导率过高，导致设备蓄热损耗和散热损耗大。另一方面，重质耐火材料由于容重大，在高温下容易因自重而发生蠕变，导致窑炉顶塌陷或断裂、窑炉壁变形等。为减小蠕变量，往往将顶板和内壁加厚，而这进一步导致了炉膛蓄热量增大、绝热效果下降，设备能耗加大。除蠕变问题外，致密耐火材料的抗热震性(耐受冷热激变的能力)差，用在间歇式高温设备中以及用作高温窑具时，寿命较短。空心球耐火材料(如氧化铝、氧化锆空心球耐火砖等)与重质耐火材料一样，可应于窑炉内衬等最高温部位。由于其内部含有大量空心陶瓷球，故容重、体积热容和热导率都有了一定的降低，因而节能效果有所改善，但抗高温蠕变、抗热震性能依然较差，使用寿命较短。而且由于含有大量空心陶瓷球，加大了成型难度，产品的形状尺寸受到局限，难以生产薄板类制品。轻质绝热材料是采用造孔剂或发泡工艺在材料中产生大量的微气孔(气孔尺寸≤100μm)，从而达到降低热导率等的目的。常见的如轻质粘土砖、莫来石轻质砖、高铝轻质砖等。此类材料的容重、体积热容和热导率均低于重质和空心球耐火材料，具有更好的节能效果，并且其内部的大量气孔可以制约裂纹的发展，因而抗热震性较好。但轻质绝热材料中大量的微气孔会大大减小材料内部晶粒间的接触面。通常微气孔率高于～30％时，材料的强度及抗高温蠕变性能会急剧下降。因此高气孔率轻质绝热材料的强度和抗高温蠕变性能都明显低于同种材质的致密材料，最高使用温度一般低于1600℃，因而在工作温度高于1500℃的高温窑炉中，无法用于窑炉内壁等最高温部位。纤维类绝热材料是由无机纤维制成的毡、板、块材等，如硅酸铝、莫来石、氧化铝纤维毡、板等。由于纤维间存在的大量微气孔，因而具有十分优异的绝热性能，且容重低、体积热容小、蓄热及散热损耗少，抗热震性能也极为优良。但纤维类绝热材料强度极低，耐火度低，最高使用温度一般低于1500℃，耐更高温的纤维类绝热材料则成本极高，无法广泛使用。并且纤维类绝热材料长期在高温工作时易粉化、寿命短，粉化形成的粉尘对人体和环境有害。综上可见，耐火材料的孔隙结构对其高温性能和节能效果具有重要的影响。致密型耐火材料的强度、抗高温蠕变性较好，但体积热容大、热导率高，节能效果和抗热震性差；多孔型耐火材料的节能效果、抗热震性好，但强度低、抗高温蠕变性差。如何通过对材料组成和结构的设计，解决材料高温性能和节能效果之间的矛盾，就成为了高温节能材料开发的关键所在。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种最高可用于1800℃高温环境的、具有宏观贯通孔道和微气孔的双重孔结构的耐高温轻质绝热材料及其制备方法，宏观贯通孔与微气孔体积比控制在适当范围内，可以保证双重孔结构充分发挥协同效应。可广泛用于各类标准绝热砖、窑膛顶板侧壁等产品的生产，以及加工为各类异形绝热结构件和窑具产品。本专利技术的目的是通过以下方式实现的：一种用于高温设备的具有双重孔结构的耐高温轻质绝热材料，该材料以氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)和铝硅酸盐粉体为原料，加入成型助剂和造孔剂，搅拌均匀后挤出成型(可以通过模具挤出成型)，再经烧成，得到具有宏观贯通孔道和微气孔的双重孔结构的耐高温轻质绝热材料，宏观贯通孔道与微气孔体积比(即贯通孔总体积与微气孔总体积的体积比)为0.5～25:1，优选1～15:1，贯通孔和微气孔二者总体积分数(贯通孔体积分数与微气孔率之和)为18％～80％。所述的宏观贯通孔道彼此平行，其孔道方向与使用中热流方向垂直。上述挤出成型可以在100～150MPa压强下挤出成型。上述粉体通过200目筛，最大粒径≤75μm。所述原料可以为各种晶型或非晶态的氧化铝、二氧化硅、铝硅酸盐的天然矿物粉体或化工合成原料粉体，其中，铝硅酸盐包括但不限于莫来石、红柱石、蓝晶石、焦宝石、硅线石、煤矸石、苏州土、高岭土。本专利技术原料优选采用氧化铝、二氧化硅、电熔莫来石、红柱石、蓝晶石和苏州土粉体。优选氧化铝、二氧化硅、电熔莫来石、红柱石、蓝晶石、苏州土粉体的质量比为30～80:0～20:0～60:0～30:0～50:0～10，最优选氧化铝、二氧化硅、电熔莫来石、红柱石、蓝晶石、苏州土粉体的质量比为40～70:1～15:30～50:10～20:20～40:1～8。所述各原料的纯度为工业级，原料粉体通过200目筛，最大粒径≤75μm。所述成型助剂为聚乙烯醇(优选为浓度10％的溶液)、聚乙烯缩丁醛、聚乙烯、聚氯乙烯、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、甘油、水、乙二醇、硬脂酸中的一种或多种。优选成型助剂为聚乙烯醇溶液、羟丙基甲基纤维素、甘油和水的混合物；原料与成型助剂的质量比为100:20～100。优选原料与聚乙烯醇溶液、羟丙基甲基纤维素、甘油、水的质量比为100:5～20:5～20:10～50:0～10；所述造孔剂为石墨、活性炭、木屑、淀粉、碳酸盐颗粒、氢氧化物颗粒、聚苯乙烯小球中的一种或多种，优选造孔剂为活性炭，原料与造孔剂的质量比为100:0.5～5。本专利技术采用成型助剂的作用是使原料粉体成为具有可塑性的泥料。适量的造孔剂可以使得最终的产品中形成微气孔。所述烧成的具体制度为以0.5～2℃/min的升温速度从室温升温至500℃，以2～4℃/min的升温速度从500℃升温至1000℃，以0.5～2℃/min的升温速度从1000℃升温至1300～1800℃，保温0.5～5h，然后冷却至室温。优选以0.5～2℃/min的升温速度从室温升温至500℃，以2～4℃/min的升温速度从500℃升温至1000℃，以0.5～2℃/min的升温速度从1000℃升温至1500～1800℃，保温0.5～5h，然后冷却至室温。该烧成制度进一步保证了材料的强度、气孔率及晶体结构。本专利技术轻质高温绝热材料宏观贯通孔道密度0.09～64万孔/m2，优选1～49万孔/m2，孔壁厚度0.2～20mm，贯通孔体积分数(贯通孔总体积/绝热材料总体积)为15％～70％，优选30％～50％；贯通孔的形状包括但不限于方形、圆形、六边形、三角形。微气孔均匀分布于整个绝热材料中，平均孔径尺寸0.05～100μm，微气孔率(微气孔总体积/绝热材料总体积)为3％～35％，原料中铝元素(Al)与硅元素(Si)的质量总量≥40％，且铝元素与硅元素质量比(Al/Si)为2.8～10.2:1。上述耐高温轻质绝热材料的制备方法包括以下步骤：以氧化铝、二氧化硅和铝硅酸盐粉体为原料，加入成型助剂和造孔剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有双重孔结构的耐高温轻质绝热材料，其特征在于该材料以氧化铝、二氧化硅和铝硅酸盐粉体为原料，加入成型助剂和造孔剂，搅拌均匀后挤出成型，再经烧成，得到具有宏观贯通孔道和微气孔的双重孔结构的耐高温轻质绝热材料；其中，贯通孔总体积与微气孔总体积的比例为0.5～25:1。

【技术特征摘要】
1.一种具有双重孔结构的耐高温轻质绝热材料，其特征在于该材料以氧化铝、二氧化硅和铝硅酸盐粉体为原料，加入成型助剂和造孔剂，搅拌均匀后挤出成型，再经烧成，得到具有宏观贯通孔道和微气孔的双重孔结构的耐高温轻质绝热材料；其中，贯通孔总体积与微气孔总体积的比例为0.5～25:1。2.根据权利要求1所述的耐高温轻质绝热材料，其特征在于贯通孔总体积与微气孔总体积的比例为1～15:1。3.根据权利要求1所述的耐高温轻质绝热材料，其特征在于在材料中，贯通孔和微气孔二者总体积分数为18％～80％。4.根据权利要求1所述的耐高温轻质绝热材料，其特征在于所述的宏观贯通孔道彼此平行，其孔道方向与使用中热流方向垂直。5.根据权利要求1所述的耐高温轻质绝热材料，其特征在于宏观贯通孔密度0.09～64万孔/m2；贯通孔壁厚度0.2～20mm；贯通孔体积分数为15％～70％。6.根据权利要求5所述的耐高温轻质绝热材料，其特征在于宏观贯通孔密度1～49万孔/m2。7.根据权利要求5所述的耐高温轻质绝热材料，其特征在于宏观贯通孔体积分数为30％～50％。8.根据权利要求1所述的耐高温轻质绝热材料，其特征在于原料中铝元素与硅元素的质量总量≥40％，且铝元素与硅元素质量比为2.8～10.2:1。9.根据权利要求1所述的耐高温轻质绝热材料，其特征在于宏观贯通孔的形状包括但不限于方形、圆形、六边形、三角形。10.根据权利要求1所述的耐高温轻质绝热材料，其特征在于微气孔均匀分布于整个绝热材料中，平均孔径尺寸为0.05～100μm，微...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭露村，耿龙兴，陈涵，
申请(专利权)人：南京维能窑炉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32