热绝缘物制造技术

一种热绝缘物。本发明专利技术涉及具有包含以下的组合物的无机纤维：65.7至70.8重量％的SiO2；27.0至34.2重量％的CaO；0.10至2.0重量％的MgO；和任选的其他组分，其提供余量直至达到100重量％。SiO2和CaO的总和大于或等于97.8重量％；并且所述其他组分当存在时包含不多于0.80重量％的Al2O3。。。

【技术实现步骤摘要】
热绝缘物


[0001]本公开涉及包含生物可溶性无机纤维组合物的热绝缘物，以及更特别地，包含所述纤维的绝缘材料。本公开还涉及所述纤维在高达和超过1200℃的温度下的用途。

技术介绍

[0002]绝缘材料工业已确定，希望在热、电和声绝缘应用中利用在生理流体中不持久的纤维。即，被认为在生理流体中生物持久性低(即，生物可溶性)的纤维组合物。
[0003]虽然已经提出了候选物硅酸盐材料，但这些材料的使用温度限制还不够高，无法适应许多应用耐高温纤维的应用。例如，与耐火陶瓷纤维的性能相比，此类生物可溶性纤维在暴露于范围为1000℃至1500℃的使用温度时表现出在使用温度下的高收缩率和/或机械强度降低。
[0004]耐高温纤维在预期的暴露温度下以及在长期或连续暴露于预期使用温度之后，应表现出最小收缩率，以为被绝缘的物品提供有效的热保护。除生物可溶性和耐高温之外，用于所得绝缘材料的纤维还应该具有低直径和低渣球含量，以具有低密度和热导率。众多需求不止于此，纤维还需要不与它们可能形成的绝缘系统中的其他材料反应。
[0005]1987年，Manville公司开发了基于硅酸镁钙化学品的生物可溶性耐高温纤维(US5,714,421)。这种材料不仅温度能力高于传统玻璃棉，而且在体液中的溶解度高于大多数用于高温绝缘的铝硅酸盐纤维。US5,714,421教导了将二氧化硅、氧化钙和氧化镁与多种其他金属氧化物添加剂组合以获得所需的纤维性质和形式的组合的必要性。
[0006]虽然有许多生物可溶性耐高温纤维的商业实例，它们来源于氧化镁、氧化钙、二氧化硅体系，但仍然需要改善的生物可溶性耐高温纤维及其绝缘材料。
[0007]国际申请WO 87/05007公开了基本上由SiO2、CaO和具有指定范围的MgO和Al2O3组成的无机纤维，其获自金属氧化物而不是组成可变的粗副产物材料。观察到，较低的Al2O3水平导致了令人惊讶的高生物溶解度水平。
[0008]国际申请WO 94/15883公开了具有额外成分Al2O3、ZrO2和TiO2的CaO/MgO/SiO2纤维，对其盐水溶解度和耐火性进行了研究。文章说明，盐水溶解度似乎随着MgO的量增加而增加，而ZrO2和Al2O3则不利于溶解度。TiO2(0.71
‑
0.74mol％)和Al2O3(0.51
‑
0.55mol％)的存在导致纤维达不到在1260℃下3.5％或更小的收缩率标准。文章进一步说明，SiO2过高的纤维难以形成或不可能形成，并引用了具有70.04、73.09、73.28和78.07重量％的SiO2的纤维作为不可被纤维化的组合物的实例。
[0009]US6,953,757公开了无机高二氧化硅纤维组合物，其主要包含二氧化硅、氧化钙、氧化镁和氧化锆以及任选的粘度调节剂，如氧化铝和硼砂，以使产品纤维化。
[0010]JP2003003335公开了包含二氧化硅和氧化钙的无机纤维，以在将纤维加热至1000℃或更高温度时避免沉淀出方石英。为了避免方石英沉淀，减少Na2O、K2O、TiO2、Fe2O3和MgO的水平或不添加Na2O、K2O、TiO2、Fe2O3和MgO，将高纯度氧化钙和二氧化硅用作原材料。
[0011]US2004/254056要求保护CaO/SiO2纤维，其包含大于或等于72重量％的SiO2，或
SiO2+ZrO2+B2O3+5*P2O5的总和大于72重量％。此类纤维与铝硅酸盐砖的反应倾向较低，而SiO2+ZrO2+B2O3+5*P2O5含量较低的纤维则倾向于与铝硅酸盐砖发生不利的反应。
[0012]尽管在所述领域中取得了进展，但仍然需要简化的纤维组合物，它不依赖于一系列添加剂来获得所需的纤维性质和形式的组合。还需要简化的纤维组合物，在其生产中不依赖于高杂质原材料，其中生产这种高纯度原材料常使用的纯化过程增加所得无机纤维的碳足迹。

技术实现思路

[0013]申请人发现，与耐火碱土硅酸盐纤维领域中被接受的观点相反，在指定组成范围内，不向SiO2‑
CaO体系添加大量的添加剂(如粘度调节剂、溶解度或耐火性增强剂)也能生产出具有高效用的耐火纤维。
[0014]根据本专利技术公开的第一方面，提供了具有包含以下的组合物的无机纤维：
[0015]61.0至70.8重量％的SiO2；
[0016]27.0至38.9重量％的CaO；
[0017]0.10至2.0重量％的MgO；和
[0018]任选的其他组分，其提供余量直至达到100重量％，
[0019]其中SiO2和CaO的总和大于或等于97.8重量％，并且其中所述其他组分当存在时包含不多于0.80重量％的Al2O3。
[0020]以下替代表述也可用于定义本公开的第一方面，其中无机纤维具有包含以下的组合物：
[0021]61.0至70.8重量％的SiO2；
[0022]大于或等于97.8重量％的SiO2+CaO；
[0023]0.10至2.0重量％的MgO；和
[0024]任选的其他组分，其提供余量直至达到100重量％，其中所述其他组分当存在时包含不多于0.80重量％的Al2O3.
[0025]已经发现，具有窄的组成窗口，在该组成窗口中少量的MgO意外地抑制了高温下大的表面微晶粒的形成，同时不显著影响纤维的高温性能。纤维上的大的表面微晶粒可导致产生应力点，其对纤维在高温下的机械性质有不利影响。因此，希望当纤维在使用时，使在高温下形成的表面微晶相的尺寸最小。
[0026]SiO2和CaO的总和可以大于或等于97.9重量％或者大于或等于98.0重量％或者大于或等于98.1重量％或者大于或等于98.2重量％或者大于或等于98.3重量％或者大于或等于98.4重量％或者大于或等于98.5重量％或者大于或等于98.6重量％或者大于或等于98.7重量％或者大于或等于98.8重量％或者大于或等于98.9重量％或者大于或等于99.0重量％或者大于或等于99.1重量％或者大于或等于99.2重量％或者大于或等于99.3重量％或者大于或等于99.4重量％或者大于或等于99.5重量％。较高的SiO2和CaO比例(和较低的其他组分的比例)被认为减少了高温下表面微晶形成的倾向。纯度的上限可能受到原材料、特别是碳足迹相对低的原材料(如未经过化学纯化或以其他方式加工的材料)的成本和可用性的约束。SiO2和CaO的总和的上限也可能受到制造无机纤维的能力的限制，特别是对于细纤维直径(如，＜6μm和/或小于52重量％渣球(＜45μm))。
[0027]在一些实施方案中，MgO的量被配置为在1100℃下热处理24小时后抑制表面微晶粒的形成，其中所述表面微晶粒的平均微晶尺寸在0.0至0.90μm的范围内。
[0028]除存在少量MgO之外，目标组成范围还可能在其他组分(如添加剂或附带杂质)的量方面受到限制。特别地，期望对氧化铝、二氧化钛和碱金属氧化物的量进行限制，以避免促进大微晶粒的形成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.具有包含以下的组合物的无机纤维：65.7至70.8重量％的SiO2；27.0至34.2重量％的CaO；0.10至2.0重量％的MgO；和任选的其他组分，其提供余量直至达到100重量％，其中SiO2和CaO的总和大于或等于97.8重量％；并且所述其他组分当存在时包含不多于0.80重量％的Al2O3；并且其中MgO和其他组分的量被配置为在1100℃下热处理24小时后抑制表面微晶粒的形成，其中所述表面微晶粒的平均微晶尺寸在0.0至0.90μm的范围内。2.根据权利要求1所述的无机纤维，其中MgO和其他组分的所述量被配置为在1100℃下热处理24小时后抑制表面微晶粒的形成，其中所述表面微晶粒的平均微晶尺寸在0.0至0.60μm的范围内。3.根据前述权利要求中任一项所述的无机纤维，其中MgO和其他组分的所述量被配置为在1100℃下热处理24小时后抑制表面微晶粒的形成，其中所述表面微晶粒的平均微晶尺寸在0.0至小于0.4μm的范围内。4.根据前述权利要求中任一项所述的无机纤维，其中MgO和其他组分当存在时的所述量被配置为获得纤维的真空铸造预制体，当所述纤维的真空铸造预制体于1300℃下暴露24h时，收缩率为3.5％或更小。5.根据前述权利要求中任一项所述的无机纤维，其中MgO和其他组分当存在时的所述量被配置为获得纤维的真空铸造预制体，当所述纤维的真空铸造预制体于1200℃下暴露24h时，收缩率为3.5％或更小。6.根据前述权利要求中任一项所述的无机纤维，其中所述其他组分包括在所述纤维组合物的0.0至0.50重量％的范围内的碱金属氧化物含量。7.根据前述权利要求中任一项所述的无机纤维，其中所述其他组分包括在所述纤维组合物的0.0至0.70重量％的范围内的Al2O3含量。8.根据前述权利要求中任一项所述的无机纤维，其中SiO2含量不多于所述纤维组合物的69.2重量％。9.根据前述权利要求中任一项所述的无机纤维，其中SiO2含量不多于所述纤维组合物的69.0重量％。10.根据前述权利要求中任一项所述的无机纤维，其中SiO2和CaO的总和大于或等于所述纤维组合物的98.5重量％。11.根据前述权利要求中任一项所述的无机纤维，其中SiO2和CaO的总和大于或等于所述纤维组合物的98.8重量％。12.根据前述权利要求中任一项所述的无机纤维，其中所述其他组分占所述纤维组合物的不多于1.2重量％。13.根据前述权利要求中任一项所述的无机纤维，其中所述其他组分包括范围为0.1至1.4重量％的BaO+Cr2O3+Fe2O3+HfO2+La2O3+Mn3O...

【专利技术属性】
技术研发人员：F，
申请(专利权)人：英国热陶瓷有限公司，
类型：发明
国别省市：