CN102775167B - 一种多晶氧化铝纤维高温隔热材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多晶氧化铝纤维高温隔热材料的制备方法，包括如下步骤：步骤A，制浆：取重量份85-95份氧化铝纤维棉，加水浸湿后打碎，得到氧化铝短纤维；将氧化铝短纤维与5-10份气相二氧化硅、1.0～2.5份的助烧结剂混合均匀得到浆料；步骤B，将浆料经真空抽滤成型后进行干燥；步骤C，将成型物高温烧成，烧成温度1550℃～1650℃，保温6～10小时。采用本发明方法制备出的多晶氧化铝纤维高温隔热材料与现有的隔热材料相比，具有较低的体积密度和较小的热导率，可以在1600℃-1700℃高温环境下使用。

Description

一种多晶氧化铝纤维高温隔热材料的制备方法
技术领域
本发明属于高温隔热材料领域，主要涉及以氧化铝纤维和气相二氧化硅为主要原料的轻型高温隔热材料及其制备方法，具体说是涉及一种多晶氧化铝纤维高温隔热材料的制备方法。
背景技术
随着社会科技的发展进步，能源问题已经成为阻碍社会发展并亟待解决的重大问题之一，节能越来越成为人们日益关注的话题。为满足这一需要，新的耐火隔热材料的开发和应用迫在眉睫。目前市场上的隔热材料种类繁多，数量庞大。总的来说，随着使用温度的升高，可选择的材料种类呈减少趋势：在1000℃以下，有数量庞大的聚氨酯泡沫、膨胀珍珠岩制品、岩棉、蛭石制品等隔热材料可选择；在1000～1200℃之间，可选用微孔硅钙板、硅藻土砖等；在1200～1400℃之间，有轻质粘土砖、硅酸铝纤维及制品等材料可供选用；在1400～1500℃之间时，有轻质高铝砖、轻质莫来石砖、高铝纤维制品可以选用；但在1500～1700℃温度区间，只有少量的高温隔热制品种类（如氧化铝空心球砖等）可供选用。因此，开发使用温度在1600℃～1700℃、性能优良的超高温轻质隔热耐火材料，对我国高温工业的节能降耗至关重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种多晶氧化铝纤维高温隔热材料的制备方法，克服了现有高温隔热材料体积密度较高、使用温度偏低的不足，制备出了工作温度在1600℃～1700℃之间、体积密度小于0.4g/cm3、常温耐压强度大于1.0 MPa、导热系数（350 ℃）小于0.1 W/（m·K）、的新型轻质高温隔热材料。 
本发明采用以下技术方案：
一种多晶氧化铝纤维高温隔热材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤A，制浆：制备方法采用下述两种方法中的任意一种：
a、取重量份85-95份氧化铝纤维棉，加水浸湿后打碎，得到氧化铝短纤维；将氧化铝短纤维与5-10份气相二氧化硅、1.0～2.5份的助烧结剂混合均匀得到浆料；
b、取重量份85-95份氧化铝纤维棉，5-10份的气相二氧化硅，1.0～2.5份的助烧结剂，加水浸湿后打碎，混合均匀得到浆料；
步骤B，将浆料经真空抽滤成型后进行干燥；
步骤C，将成型物高温烧成，烧成温度1550℃～1650℃，保温6～10小时。
本发明中所使用的水为普通自来水。
作为优选，所述的氧化铝纤维棉的Al2O3含量为90～99%，平均直径3.0μm。
作为优选，所述的气相二氧化硅为亲水型气相二氧化硅，粒径7～40纳米，比表面积100～400m2/g。
作为优选，所述的助烧结剂为TiO2 、CeO2或AlF3中的任意一种或两种及两种以上的混合物，纯度为分析纯。
作为优选，所述打碎后得到的氧化铝短纤维长度为0.5～2mm。
作为优选，所述的氧化铝纤维棉的分散方法为高速机械搅拌法 ，所用仪器为冰沙搅拌机。
本发明的有益效果为：
本发明的多晶氧化铝纤维高温隔热材料以多晶氧化铝纤维棉、气相二氧化硅为主要原料，采用真空抽滤成型，烘干后经高温烧结而成。该材料可以在1600℃～1700℃高温下使用、体积密度小于0.4g/cm3、导热系数（350 ℃）小于0.1 W/（m·K）、常温耐压强度大于1.0 MPa。采用本发明方法制备出的多晶氧化铝纤维高温隔热材料与现有的隔热材料相比，具有较高的使用温度、较低的体积密度和较小的热导率。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：
先将90份氧化铝纤维棉、10份气相二氧化硅、0.75份二氧化钛和0.75份氧化铈在1000份水中浸湿后，用冰沙搅拌机搅拌60秒，使之充分混合均匀，打碎后得到的氧化铝短纤维长度为0.5～2mm。也可以先将90份氧化铝纤维棉，加入1000份水中浸湿后用冰沙搅拌机打碎，得到氧化铝短纤维，再与10份气相二氧化硅、0.75份二氧化钛和0.75份氧化铈混合均匀得到浆料。
其中氧化铝纤维的Al2O3含量为95%、平均直径3.0μm；气相二氧化硅平均粒径20纳米、比表面积150m2/g、SiO2含量≥99%；二氧化钛和二氧化铈的纯度等级都为分析纯。
将混合均匀的浆料通过真空抽滤成型，真空度为-0.04MPa，然后将成型后的块体在以下温度制度下烘干、烧结：
Figure 569527DEST_PATH_IMAGE001
经检测，所制备的产品的理化指标为：体积密度0.35g/cm3，常温耐压强度1.09MPa，1600℃高温线收缩率0.76%，350℃下的导热系数0.071 W/（m·K）。
实施例2：
1）先将90份氧化铝纤维棉、10份气相二氧化硅、1.5份氧化铈在1000份水中浸湿后，用冰沙搅拌机搅拌60秒，使之充分混合均匀得到浆料，打碎后得到的氧化铝短纤维长度为0.5～2mm。制浆方法也可采用：取90份氧化铝纤维棉，加入1000份水中浸湿后，加水量以完全浸湿氧化铝纤维棉为宜，用冰沙搅拌机搅拌60秒，将氧化铝纤维棉打碎，得到氧化铝短纤维；再将氧化铝短纤维与10份气相二氧化硅、1.5份氧化铈混合均匀得到浆料；
其中氧化铝纤维的Al2O3含量95%、平均直径3.0μm，气相二氧化硅为平均粒径20纳米、比表面积150m2/g、SiO2含量≥99%的亲水型气相二氧化硅，二氧化铈的纯度等级为分析纯。
    2）快速将混匀的浆料通过真空抽滤成型，真空度为-0.04MPa然后将成型后的块体在以下温度制度下烘干、烧结：
Figure 389103DEST_PATH_IMAGE002
经检测，所制备的产品的理化指标为：体积密度0.37g/cm3,常温耐压强度1.18MPa，1600℃高温线收缩率1.05%，350℃下的导热系数0.077 W/（m·K）。
实施例3：
1）先将90份氧化铝纤维棉、10份气相二氧化硅、0.75份三氟化铝和0.75份氧化铈在1000份水中浸湿后，用冰沙搅拌机搅拌搅拌60秒，使之充分混合均匀，打碎后得到的氧化铝短纤维长度为0.5～2mm。其中氧化铝纤维的Al2O3含量为95%、平均直径3.0μm；气相二氧化硅平均粒径为20纳米、比表面积150m2/g、SiO2含量≥99%；三氟化铝和二氧化铈的纯度等级都为分析纯。
2）将混合均匀的浆料通过真空抽滤成型，真空度为-0.04MPa，然后将成型后的块体在以下温度制度下烘干、烧结：
经检测，所制备的产品的理化指标为：体积密度0.36g/cm3，常温耐压强度1.06MPa，1600℃高温线收缩率1.00%，350℃下的导热系数0.076 W/（m·K）。
实施例4：
1）先将90份氧化铝纤维棉、9份气相二氧化硅、2份氧化铈加水浸湿后，用冰沙搅拌机搅拌搅拌60秒，使之充分混合均匀，打碎后得到的氧化铝短纤维长度为0.5～2mm。其中氧化铝纤维的Al2O3含量95%、平均直径3.0μm，气相二氧化硅平均粒径为20纳米、比表面积150m2/g、SiO2含量≥99%的亲水型气相二氧化硅，二氧化铈的纯度等级为分析纯。
    2）快速将混匀的浆料通过真空抽滤成型，真空度为-0.04MPa然后将成型后的块体在以下温度制度下烘干、烧结：
Figure 774134DEST_PATH_IMAGE001
经检测，所制备的产品的理化指标为：体积密度0.39g/cm3,常温耐压强度1.29MPa，1600℃高温线收缩率1.14%，350℃下的导热系数0.080 W/（m·K）。
实施例5：
1）先将90份氧化铝纤维棉、9份气相二氧化硅、1.5份二氧化钛、1.0份氧化铈在1000份水中浸湿后，用冰沙搅拌机搅拌60秒，使之充分混合均匀，打碎后得到的氧化铝短纤维长度为0.5～2mm。其中氧化铝纤维的Al2O3含量95%、平均直径3.0μm，气相二氧化硅平均粒径为20纳米、比表面积380m2/g、SiO2含量≥99%的亲水型气相二氧化硅，二氧化钛和二氧化铈的纯度等级均为分析纯。
    2）快速将混匀的浆料通过真空抽滤成型，真空度为-0.04MPa然后将成型后的块体在以下温度制度下烘干、烧结：
Figure 266295DEST_PATH_IMAGE001
经检测，所制备的产品的理化指标为：体积密度0.38g/cm3,常温耐压强度1.46MPa，1600℃高温线收缩率1.80%，350℃下的导热系数0.084 W/（m·K）。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种多晶氧化铝纤维高温隔热材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤A，制浆：制备方法采用下述两种方法中的任意一种：
a、取重量份85-95份氧化铝纤维棉，加水浸湿后打碎，得到氧化铝短纤维；将氧化铝短纤维与5-10份气相二氧化硅、1.0～2.5份的助烧结剂混合均匀得到浆料；所述的氧化铝纤维棉的Al2O3含量为90～99%，平均直径3.0μm；所述的气相二氧化硅为亲水型气相二氧化硅，粒径7～40纳米，比表面积100～400m2/g；
b、取重量份85-95份氧化铝纤维棉，5-10份的气相二氧化硅，1.0～2.5份的助烧结剂，加水浸湿后打碎，混合均匀得到浆料；
步骤B，将浆料经真空抽滤成型后进行干燥；
步骤C，将成型物高温烧成，烧成温度1550℃～1650℃，保温6～10小时。
2.根据权利要求1所述的一种多晶氧化铝纤维高温隔热材料的制备方法，其特征在于：所述的助烧结剂为TiO2 、CeO2或AlF3中的任意一种或两种及两种以上的混合物，纯度为分析纯。
3.根据权利要求2所述的一种多晶氧化铝纤维高温隔热材料的制备方法，其特征在于：所述打碎后得到的氧化铝短纤维长度为0.5～2mm。
4.根据权利要求1所述的一种多晶氧化铝纤维高温隔热材料的制备方法，其特征在于：所述的氧化铝纤维棉的分散方法为高速机械搅拌法，所用仪器为冰沙搅拌机。
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