多孔氧化物陶瓷窑炉保温材料及其制备方法技术

本发明专利技术采用发泡原位凝固法制备多孔氧化物陶瓷（硅酸铝、莫来石、氧化铝陶瓷），所述多孔硅酸铝、莫来石、氧化铝陶瓷分别以高岭土、铝矾土、硅微粉、氧化铝、石英为原料，以金属铝粉、松香皂或十二烷基硫酸钠、聚乙烯醇或羧甲基纤维素钠、琼脂为产气剂、发泡剂、稳泡剂和成型剂，采用以下步骤制备：1、陶瓷浆料的制备；2、浆料的发泡；3、浆料原位注凝成型；4、成型后坯体干燥、烧成。本发明专利技术提供的多孔氧化物陶瓷保温材料孔隙分布均匀，具有良好的保温和抗热震性能。该方法工艺简单、成本低，可制备出不同温度（1200~1600℃）下使用的高温窑炉保温隔热材料，长期使用中不粉化、不开裂，提高了现有窑炉保温隔热材料的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及窑炉保温隔热材料
，具体涉及不同材质的多孔氧化物陶瓷窑炉保温材料(例如多孔硅酸铝、莫来石和氧化铝陶瓷窑炉保温材料)的制备方法。
技术介绍
高温窑炉保温隔热材料从最初的膨胀珍珠岩、矿物棉、玻璃棉逐渐发展到轻质粘土砖、多孔泡沫砖，进一步发展到氧化物多晶陶瓷耐火纤维。多晶陶瓷纤维，具有导热率低、绝热节能效果好的特点，在工业窑炉和高温炉中被广泛应用。多晶陶瓷纤维窑炉保温材料，按组分可以分为硅酸铝纤维、莫来石陶瓷纤维，氧化铝陶瓷多晶纤维、氧化锆纤维。这些不同种类的纤维材料，采用负压成型的方式，制备成块状、毡装、管状耐火保温材料，保温最高使用温度分别从1300-2000°C。例如，以氧化铝陶瓷纤维制成的耐火毡最高使用温度可以达到1650°C，它的隔热效果好、使用方便、特别是其蓄热小的特点，普遍应用于各式的窑炉中。目前，氧化铝基纤维，包括硅酸铝、莫来石和氧化铝纤维的制备方法有溶胶-凝胶法、熔融喷丝法、有机前驱体浸溃法等，这些方法分别存在着原料成本高，制备工艺复杂难控制、耗能大等问题；同时，氧化物陶瓷纤维由于其内部结构的不均匀性，在长期使用过程中，存在以下缺陷 (I)陶瓷纤维长期在高温下使用会产生粉化现象，由于纤维不断粉化脱落，不仅使窑墙逐渐损毁，而且粉化微粒会粘污制品。( 2)由于陶瓷纤维的容重比较小，所以砌成的窑体结构相对比较松散，纤维结构之间不能密实地拥集。这样燃料燃烧所产生的气体成分及陶瓷釉料烧成中产生的釉汽将侵蚀纤维，使其收缩、硬结、粉化脱落，于是保温层体积迅速变小并减弱了相当的保温性能。(3)陶瓷纤维材料内部结构不均匀，孔隙均为开口形式，材料辐射率会随温度的升高而降低，使整体热效率降低，炉气辐射的热量大部分被反射回来，大部分被废气所吸收而排走，这大大增加窑炉的能耗。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是为克服上述现有的各类陶瓷纤维存在制备工艺复杂、成本高，且纤维材料内部结构的不均匀性，造成在高温下使用辐射率低能耗大，使用寿命短等问题，提供一种制备不同材质的多孔氧化物陶瓷窑炉保温材料的方法。本专利技术解决其技术问题采用以下的技术方案 本专利技术提供的多孔氧化物陶瓷窑炉保温材料，包括多孔硅酸铝、莫来石或氧化铝陶瓷窑炉保温材料原料，所述多孔硅酸铝陶瓷窑炉保温材料原料由高岭土 15 20%、铝矾土55 65%、硅微粉15 20%组成，所述多孔莫来石陶瓷窑炉保温材料原料由高岭土 35 40%、铝矾土 10 15%、氧化铝5(Γ55%组成，所述多孔氧化铝陶瓷窑炉保温材料原料由氧化铝90 95%、石英5 10%组成，均为质量百分比。所述的多孔硅酸铝、莫来石和氧化铝陶瓷窑炉保温材料，其内部均具有彼此相通或闭合的微孔，气孔率为体积70°/Γ90%，25 °C时的导热系数为O. 044^0. 052ff/mK,容重(200kg/m3，密度彡O. 6g/cm3，抗压强度为3MPa lOMPa，在120(Tl60(TC下长期使用。本专利技术提供的多孔氧化物陶瓷窑炉保温材料，其制备方法是采用发泡原位注凝法制备，具体是按质量百分比计，将陶瓷原料粉体7510%、外加分散剂O. 3^0. 5%和去离子水2(Γ25%装入球磨罐中，球磨后制得陶瓷浆料，所述陶瓷原料粉体为满足制备多孔硅酸铝、莫来石或氧化铝陶瓷组成的各原料混合物；外加发泡剂O. 5 1%、稳泡剂3飞％、产气剂金属铝粉f 2%和成型剂3 5%加入到陶瓷浆料中，该浆料的pH值调节为l(Tll，再置于45 50°C的水浴中搅拌发泡；然后将发泡后的陶瓷浆料注入模具中原位注凝成型，最后经凝固、干燥和烧结制得多孔氧化物窑炉保温材料。所述多孔硅酸铝陶瓷窑炉保温材料原料可以由高岭土 15 20%、铝矾土 55飞5%、硅微粉15 20%组成，所述多孔莫来石陶瓷窑炉保温材料原料可以由高岭土 35 40%、铝矾土 10 15%、氧化铝5(Γ55%组成，所述多孔氧化铝陶瓷窑炉保温材料原料可以由氧化铝90 95%、石英5 10%组成。所述的产气剂可以采用金属铝粉，其外加量为陶瓷浆料总质量的广2%。本专利技术可以采用氨水、碳酸氢铵或尿素调节陶瓷浆料的pH值。所述的发泡剂可以采用表面活性剂，其包括松香皂或十二烷基硫酸钠，其外加量为陶瓷浆料的0.5 1%。所述的稳泡剂可以采用质量浓度为8%的聚乙烯醇的水溶液或羧甲基纤维素钠的水溶液，其外加量为陶瓷浆料的3飞％ ;采用琼脂作为原位注凝成型工艺的成型剂，其外加量为陶瓷浆料的3 5%。所述的分散剂可以采用 聚丙烯酸钠，其外加量为陶瓷浆料总质量的O. 3^0. 5%。所述的多孔硅酸铝、莫来石和氧化铝陶瓷窑炉保温材料，其烧结温度分别可以为13500C、14500C、1600°C，其烧结时间均为2 4h，主晶相分别为硅酸铝、莫来石和氧化铝。本专利技术的反应机理为利用产气剂金属铝粉在陶瓷浆料(硅酸铝、莫来石和氧化铝)中与水反应生成气体，在发泡剂(松香皂或十二烷基硫酸钠等表面活性剂)、高分子稳泡齐IJ (如聚乙烯醇或羧甲基纤维素钠等)作用下，通过加热、搅拌等方式使气体均匀分在陶瓷浆料内部而形成发泡陶瓷浆料，最后利用成型剂琼脂冷却凝固的特性使陶瓷浆料原位固化成型，成型坯体经干燥，烧结后制得不同材质的多孔氧化物陶瓷材料。本专利技术与现有技术相比具有以下的优点1.利用原位注凝法制备多孔氧化物窑炉保温材料工艺简单、技术路线可控、成本低、对生产设备的要求不高，降低了现有保温材料生产成本。2.所得材料孔隙率高且微孔分布均匀一致，孔隙为闭口形式，能够在高温(120(Tl60(rC )下长期使用不粉化、不开裂，有效地解决了陶瓷纤维存在的问题，提高了保温材料使用寿命。3.高温烧成后制得硅酸铝、莫来石、氧化铝多孔陶瓷保温材料中主晶相分别为硅酸铝、莫来石、氧化铝，导热系数低(O. 044^0. 052W/mK)，抗压强度高(3MPa lOMPa)，容重低(<200kg/m3)热效率高，具备优良的高温强度和保温隔热性能， 4.在分散剂的作用下陶瓷浆料固含量可达到7510%，有效地保证了坯体在干燥和烧成时几乎没有体积收缩，产品尺寸易于控制，能制备大尺寸的窑炉保温砌块材料。附图说明图1是实施实例I中1400°C条件下烧成的多孔硅酸铝陶瓷保温材料的X射线衍射图，主晶相为硅酸铝，同时还有少量氧化铝晶相。图2是实施实例3中1450°C条件下烧成的多孔莫来石陶瓷保温材料的X射线衍射图，主晶相为莫来石，同时还有少量氧化铝晶相。图3是实施实例5中1600°C条件下烧成的多孔氧化铝陶瓷保温材料的X射线衍射图，主晶相为氧化招。图4是实施实例I中多孔硅酸铝陶瓷保温材料50倍扫描电镜照片。图5是实施实例3中多孔莫来石陶瓷保温材料50倍扫描电镜照片。图6是实施实例5中多孔氧化铝陶瓷保温材料50倍扫描电镜照片。具体实施例方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步说明，但不限定本专利技术。 本专利技术采用发泡原位注凝法制备多孔氧化物陶瓷窑炉保温材料，其制备方法如下 (O陶瓷浆料的制备 将满足多孔硅酸铝、莫来石或氧化铝陶瓷窑炉保温材料组成的各原料混合物，按75 80% (重量百分比，下同)、外加分散剂O. 3 O. 5%和去离子水20 25%装入球磨罐中，球磨后制得各陶瓷浆料。其中多孔硅酸铝陶瓷窑炉保温材料原料粉体由本文档来自技高网...

【技术保护点】
多孔氧化物陶瓷窑炉保温材料，其特征是包括多孔硅酸铝、莫来石或氧化铝陶瓷窑炉保温材料原料，所述多孔硅酸铝陶瓷窑炉保温材料原料由高岭土15~20%、铝矾土55~65%、硅微粉15~20%组成，所述多孔莫来石陶瓷窑炉保温材料原料由高岭土35~40%、铝矾土10~15%、氧化铝50~55%组成，所述多孔氧化铝陶瓷窑炉保温材料原料由氧化铝90~95%、石英5~10%组成，均为质量百分比。

【技术特征摘要】
1.多孔氧化物陶瓷窑炉保温材料，其特征是包括多孔硅酸铝、莫来石或氧化铝陶瓷窑炉保温材料原料，所述多孔硅酸铝陶瓷窑炉保温材料原料由高岭土 15 20%、铝矾土 55 65%、硅微粉15 20%组成，所述多孔莫来石陶瓷窑炉保温材料原料由高岭土 35 40%、 铝矾土 1(Γ15%、氧化铝5(Γ55%组成，所述多孔氧化铝陶瓷窑炉保温材料原料由氧化铝 90 95%、石英5 10%组成，均为质量百分比。2.根据权利要求1所述的多孔氧化物陶瓷窑炉保温材料，其特征是所述的多孔硅酸铝、莫来石和氧化铝陶瓷窑炉保温材料，其内部均具有彼此相通或闭合的微孔，气孔率为体积70% 90%，25°C时的导热系数为O. 044 O. 052W/mK，容重≤200kg/m3，密度≤O. 6g/cm3，抗压强度为3MPa lOMPa，在120(Tl600°C下长期使用。3.多孔氧化物陶瓷窑炉保温材料的制备方法，其特征是采用发泡原位注凝法制备，具体是按质量百分比计，将陶瓷原料粉体75 80%、外加分散剂O. 3 O. 5%和去离子水20 25% 装入球磨罐中，球磨后制得陶瓷浆料，所述陶瓷原料粉体为满足制备多孔硅酸铝、莫来石或氧化铝陶瓷组成的各原料混合物；外加发泡剂O. 5 1%、稳泡剂3飞％、产气剂金属铝粉f 2% 和成型剂3 5%加入到陶瓷浆料中，该浆料的pH值调节为l(Tll，再置于45飞(TC的水浴中搅拌发泡；然后将发泡后的陶瓷浆料注入模具中原位注凝成型，最后经凝固、干燥和烧结制得多孔氧化物窑炉保温材料。4.根据权利要求3所述的多孔氧化物陶瓷窑炉保温材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩，梅森，王飞，彭玲，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：