CN102030517A - 结构隔热一体化高强氧化铝空心球陶瓷及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种结构隔热一体化高强氧化铝空心球陶瓷及制备方法。以0.2～5mm的30～70wt％氧化铝空心球作为骨料，加入磷酸和硫酸铝铵复合水溶液搅拌均匀，其中磷酸含量为5～25wt％和硫酸铝铵含量为3～15wt％，其用量为α-Al2O3微粉25～35wt％；搅拌，再加入30～70wt％α-Al2O3微粉，再搅拌均匀，采用震动加压方式制备定型砖和异形砖，经200℃烘干之后可直接砌筑，或在1500～1700℃保温4～10小时烧成后再用。与致密耐火材料相比具有低密轻质、抗热震、保温性能好、低热容量等特点，与普通隔热材料相比具有耐压强度高、荷重软化温度高、重烧线收缩率低等特性，其不但可以做隔热层，也可以与火焰直接接触，是轻质结构超高温窑炉理想的内衬结构材料。
Description
技术领域
本发明涉及空心球陶瓷的制备方法，尤其是涉及一种结构隔热一体化高强氧化铝空心球陶瓷及制备方法。
背景技术
在传统能源日益枯竭，而新能源发展缓慢的今天，当前最迫切的任务是开发轻质、高强、热震稳定性好、使用温度高能满足轻质结构超高温炉所需的内衬材料，改变传统的超高温窑炉由于采用重质结构而存在的热容量大、升温速率低、能耗大、使用寿命短、中期维修量大等缺点，节约能源，为人类可持续发展服务。
由于隔热材料是通过引入气孔的方式来获得低热导率，引入大量气孔导致隔热材料重烧线收缩率提高、荷重软化温度降低、高温蠕变严重、耐压强度降低，从而使隔热材料的使用温度很难提高，并使应用范围受到限制，因此寻找新的方法制备新的高温隔热材料一直是各国专家的工作重点。1986年苏联材料工作者采用增加Al2O3含量和成球预烧的办法，生产出使用温度可达1750℃的高温隔热材料；20世纪80年代中期又成功地生产出轻质氧化铝空心球陶瓷，氧化铝纤维等轻质隔热材料，使用温度可达1500～1800℃，不但可做隔热层，也可以与火焰直接接触。在现有的各种材质的隔热材料中，氧化铝隔热材料品种最多，使用温度高，隔热节能效果好，是当今重点发展的隔热材料，其中轻质氧化铝空心球陶瓷是隔热耐火材料技术进步的一个标志，它克服了原有泡沫氧化铝产品强度低、高温抗蠕变性能差的缺点，可直接接触火焰，可作为内衬结构材料使用，推动传统高温窑炉结构改造，为设计新型窑炉结构奠定基础。
轻质氧化铝空心球陶瓷以氧化铝空心球和α-Al2O3微粉为基本组成，引入结合剂提供粘结力采用震动加压成型方法制造。轻质氧化铝空心球陶瓷制品是一种球体连接网络，点面结合，以点为主，氧化铝空心球球壳呈拱壁形，具有分散力的作用，有较强的抗压能力，α-Al2O3微粉填充空隙，加强球体之间的结合强度，进一步提高轻质氧化铝空心球陶瓷制品耐压强度。其中氧化铝空心球相当于轻质氧化铝空心球陶瓷的骨料，轻质氧化铝空心球陶瓷的强度与空心球与α-Al2O3微粉的比例及结合剂种类有关。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构隔热一体化高强氧化铝空心球陶瓷及制备方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一、一种结构隔热一体化高强氧化铝空心球陶瓷：
原料由氧化铝空心球和α-Al2O3微粉组成，外加结合剂为磷酸和硫酸铝铵复合水溶液。
所述的氧化铝空心球粒径为0.2～5mm作为骨料，用量为30～70wt％
采用D50在1～7μm的α-Al2O3微粉作为结合基质料，用量为30～70wt％。
所述的磷酸含量为5～25wt％和硫酸铝铵含量为3～15wt％的水溶液作为外加结合剂，所用结合剂比例为α-Al2O3微粉的25～35wt％。
二、一种结构隔热一体化高强氧化铝空心球陶瓷的制备方法：
按配方称量好0.2～5mm的30～70wt％氧化铝空心球作为骨料，加入配置好的磷酸和硫酸铝铵复合水溶液搅拌均匀，复合水溶液中磷酸含量为5～25wt％和硫酸铝铵含量为3～15wt％，其用量为α-Al2O3微粉25～35wt％；搅拌到让所有空心球表面润湿，再加入30～70wt％α-Al2O3微粉，搅拌均匀，然后采用震动加压方式制备各种所需尺寸定型砖和异形砖，经200℃烘干之后可直接砌筑，或在1500～1700℃保温4～10小时烧成后再用。
本发明具有的有益效果是：
硫酸铝铵结合剂能有效提高氧化铝空心球耐压能力，但由于其原位分解生产的纳米氧化铝含量过少，难以有效提高陶瓷力学强度，在热震试验中表现出沿球断裂；磷酸与氧化铝空心球陶瓷中的氧化铝组份能原位反应生成磷酸铝而产生助烧结作用，能大幅度提高氧化铝空心球陶瓷力学强度，但却降低氧化铝空心球的耐压能力，在热震试验中表现出穿球断裂。硫酸铝铵和磷酸复合结合剂完全克服了硫酸铝铵和磷酸单一结合剂针对氧化铝空心球耐压能力和氧化铝空心球陶瓷力学强度的缺点，实现了两者之间优点的完美结合。与致密耐火材料相比具有低密轻质、抗热震、保温性能好、低热容量等特点，与普通隔热材料相比具有耐压强度高、荷重软化温度高、重烧线收缩率低等特性，其不但可以做隔热层，也可以与火焰直接接触，是轻质结构超高温窑炉理想的内衬结构材料。在烧结温度为1700℃的条件下，优化制得的轻质氧化铝空心球陶瓷密度为1.20～1.80g/cm3，常温压缩强度为18～55MPa，是轻质结构超高温窑炉理想的内衬结构材料。
具体实施方式
根据需要制备不同密度的结构隔热一体化氧化铝空心球陶瓷配方如表1所示；采用复合结合剂为磷酸含量在5～25wt％、硫酸铝铵含量在3～15wt％的水溶液；轻质氧化铝空心球陶瓷耐压强度在10～55MPa，抗折强度在5～13MPa。表2和表3是不同浓度结合剂和密度的轻质氧化铝空心球陶瓷压缩强度和抗弯强度。
表1不同密度的轻质氧化铝空心球陶瓷级配及α-Al2O3微粉比例
表2复合结合剂结合轻质氧化铝空心球陶瓷的压缩强度
表3复合结合剂结合轻质氧化铝空心球陶瓷的抗弯强度
Claims (5)
1.一种结构隔热一体化高强氧化铝空心球陶瓷，其特征在于：原料由氧化铝空心球和α-Al2O3微粉组成，外加结合剂为磷酸和硫酸铝铵复合水溶液。
2.根据权利要求1所述的一种结构隔热一体化高强氧化铝空心球陶瓷，其特征在于：所述的氧化铝空心球粒径为0.2～5mm作为骨料，用量为30～70wt％
3.根据权利要求1所述的一种结构隔热一体化高强氧化铝空心球陶瓷，其特征在于：采用D50在1～7μm的α-Al2O3微粉作为结合基质料，用量为30～70wt％。
4.根据权利要求1所述的一种结构隔热一体化高强氧化铝空心球陶瓷，其特征在于：所述的磷酸含量为5～25wt％和硫酸铝铵含量为3～15wt％的水溶液作为外加结合剂，所用结合剂比例为α-Al2O3微粉的25～35wt％。
5.用于权利要求1所述的一种结构隔热一体化高强氧化铝空心球陶瓷的制备方法，其特征在于：按配方称量好0.2～5mm的30～70wt％氧化铝空心球作为骨料，加入配置好的磷酸和硫酸铝铵复合水溶液搅拌均匀，复合水溶液中磷酸含量为5～25wt％和硫酸铝铵含量为3～15wt％，其用量为α-Al2O3微粉25～35wt％；搅拌到让所有空心球表面润湿，再加入30～70wt％α-Al2O3微粉，搅拌均匀，然后采用震动加压方式制备各种所需尺寸定型砖和异形砖，经200℃烘干之后可直接砌筑，或在1500～1700℃保温4～10小时烧成后再用。
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