CN102924066A - 硅质复合板材及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅质复合板材及其制备方法和应用，所述硅质复合板材由以下重量百分比的原料制成：碳化硅/氮化硅/氧化硅，60％～70％；氧化锆，10％～15％，氧化锰，2％～4％；氧化钛，3％～3.5％；氧化镁1％～2％；氧化铝，1.5％～3％；氧化钇，1％～3％；粘合剂，2％～10％。本发明的硅质复合板材具有耐高温、变形小、强度高、抗氧化能力强、外形规整、使用寿命显著提高的特点，解决了现有技术中的耐火保温材料抗氧化性差、容易开裂、保温性能差、高温抗折强度差等缺陷，可以应用于垃圾焚烧炉、工业窑炉、锅炉、冶炼炉、发动机和发电厂燃烧炉，具有抵抗任何热冲击的能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种板材及其制备方法和应用，尤其是硅质复合板材及其制备方法和应用。属于节能环保领域。
背景技术
现今各领域对耐火保温材料的选用要求，都是以隔热、轻质、耐高温以及长的使用寿命为基础。耐火保温材料是指耐火度大于等于1580度的无机非金属材料，它在一定程度上可以抵抗温度骤变和炉渣侵蚀，并能承受高温荷重。耐火材料主要用于工业生产中的高温热工设备和各种窑炉。工业设备以及各种窑炉的内壁必须具备耐高温，具有一定的强度以及良好的保温性能。各领域选用的耐火保温材料多以耐火砖和保温棉为主。例如，隧道窑一般采用多层耐火材料和保温材料砌筑而成，通过热平衡计算，发现此窑炉的外壁(如窑墙、窑顶和窑底)散热热耗高达20％以上，仅两侧墙散热就达到了10％以上，能源消耗非常大。减少窑墙的热损失，可以通过增加窑墙的厚度，或使用价格十分昂贵的导热系数较小的保温材料和耐火材料来实现，但这明显是不可取的。
如何提高工业设备和各种窑炉的燃烧率、热利用率还有保温性能，多年以来一直困扰着技术人员。燃烧率低的其中一个主要原因是燃烧环境的影响，在垃圾焚烧中无法消除二噁英等有毒有害原料，即无法有效地将垃圾的燃烧温度提升到800度以上。随着目前对环保的要求的提高，设备所使用的燃料逐步向清洁能源方向发展，对耐火保温材料的要求越来越高。通常采用的耐火材料和保温材料使用寿命短，需要经常维修，给生产带来了巨大的影响。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种耐高温、变形小、强度高、抗氧化能力强、外形规整、使用寿命显著提高的硅质复合板材。
本发明的第二个目的是为了提供一种上述硅质复合板材的制备方法。
本发明的第三个目的是为了提供一种上述硅质复合板材的应用。
本发明的目的可以通过采取以下技术方案达到：
硅质复合板材，其特征在于：由碳化硅/氮化硅/氧化硅、氧化锆、氧化锰、氧化钛、氧化镁、氧化铝、氧化钇以及粘合剂共八种原料复合形成。
作为一种优选方案，所述八种原料的重量百分比分别为：碳化硅/氮化硅/氧化硅，60％～70％；氧化锆，10％～15％，氧化锰，2％～4％；氧化钛，3％～3.5％；氧化镁1％～2％；氧化铝，1.5％～3％；氧化钇，1％～3％；粘合剂，2％～10％。
作为一种优选方案，所述八种原料的密度大于3.0g/m3。
作为一种优选方案，所述八种原料的硬度大于10Gpa，抗弯强度大于300Gpa，弹性模量大于300Gpa。
本发明的第二个目的可以通过采取以下技术方案达到：
硅质复合板材的制备方法，其特征在于：采用液相共沉淀法制备，制备方法如下：
a)配料：按照重量百分比将各种原料放入机器中搅拌；
b)溶解：将步骤a)的原料混合而成为一个分子状态的均匀相；
c)共沉淀：将其中一种原料的沉淀从溶液中析出时，引起其他可溶性原料一起沉淀；
d)过滤水洗：将沉淀好的原料过滤以后并净化水洗，得到硅质复合材料；
e)干燥：用80～120度的温度将步骤d)得到的硅质复合材料烘干至1％；
f)气流粉碎：利用硅质复合材料的自磨作用，用压缩空气产生的高速气流或热蒸汽对物料进行冲击，使复合硅质材料相互间发生强烈的碰撞和摩擦，进而粉碎；
g)烧结成型：根据步骤f)粉碎的次数决定烧结的次数，以1300度至1700度的温度进行烧结；
h)性能检测：按技术要求进行检测，包装后得到硅质复合板材的成品。
本发明的第三个目的可以通过采取以下技术方案达到：
硅质复合板材的应用，其特征在于：1)用于垃圾焚烧炉，将硅质复合板材镶嵌至炉膛内壁，以及焚烧车内壁上；2)用于工业窑炉、锅炉、冶炼炉、发动机和发电厂燃烧炉，将硅质复合板材镶嵌至各设备的内壁。
本发明相对于现有技术具有如下突出的有益效果：
1、本发明的硅质复合板材采用的原料配方以及制备方法合理，具有耐高温、变形小、强度高、抗氧化能力强、外形规整、使用寿命显著提高的特点，解决了现有技术中的耐火保温材料抗氧化性差、容易开裂、保温性能差、高温抗折强度差等缺陷。
2、本发明的硅质复合板材可以应用于垃圾焚烧炉，将其镶嵌至垃圾焚烧炉炉膛内壁，以及焚烧车内壁上，可以抵抗垃圾带来摩擦的机械外力，其弹性系数可以弥补垃圾焚烧炉炉壳的变形，使得组件之间不产生缝隙，具有抵抗任何热冲击的能力；与传统的垃圾焚烧方法相比，在硅质复合板材的作用下，完全改变了整体垃圾焚烧炉炉膛内的燃烧环境，大幅度提高了燃烧率，而垃圾焚烧放出的热量的热利用率也大幅上升，在燃烧的过程中由于硅质复合板材的穿透力强，垃圾的干燥、固融、焚烧的时间都大幅减少，实现了增能减排的最终目的；由于燃烧率的提高，分子在高温中加速运动，硅质复合板材可以抑制二噁英和呋喃等有毒有害物质的形成，并分解消除已经存在的二噁英和呋喃等有毒有害物质。同理，还可以应用于工业窑炉、锅炉、冶炼炉、发动机和发电厂燃烧炉。
具体实施方式
实施例1：
a)配料：按下表1的比例将原料放入机器中搅拌。
表1
b)溶解：将步骤a)所述的各种原料混合在一起，并将粘合剂相对溶解，放入适量的水。
c)共沉淀：将氧化锆从沉淀中析出，引起其他可溶性原料一起沉淀。
d)过滤水洗：将沉淀好的原料过滤以后并净化水洗。
e)干燥：用80度的温度将硅质复合材料烘干至1％。
f)气流粉碎：此处为一次粉碎，利用硅质复合材料的自磨作用，用压缩空气产生的高速气流或热蒸汽对物料进行冲击，使硅质复合材料相互间发生强烈的碰撞和摩擦作用，以达到细碎的目的。
g)烧结成型：根据步骤f)所述，此处因只一次粉碎，故粉碎后直接烧结，以1350度的温度进行烧结，烧结时间为10小时。
h)性能检测：按技术要求进行检测，包装后得到硅质复合板材的成品。
实施例2：
a)配料：按下表2所示的比例将原料放入机器中搅拌，其中氧化锆10％、氧化钛3％、氧化钇1％的比例来混合，剩余原料放在二次粉碎中添加。
表2
b)溶解：将步骤a)所述的各种原料混合在一起，并将粘合剂相对溶解，放入适量的水。
c)共沉淀：将氧化锆从沉淀中析出，引起其他可溶性原料一起沉淀。
d)过滤水洗：将沉淀好的原料过滤以后并净化水洗。
e)干燥：用100度的温度将硅质复合材料烘干至1％。
f)气流粉碎：此处有两次粉碎，在第一次粉碎后，执行步骤g)进行烧结。烧结后添加剩余的氧化锆2.5％、氧化钛0.5％、氧化钇2％，再次重复执行步骤a)-步骤g)的过程。利用硅质复合材料的自磨作用，用压缩空气产生的高速气流或热蒸汽对物料进行冲击，使硅质复合材料相互间发生强烈的碰撞和摩擦作用，以达到细碎的目的。
g)烧结成型：根据步骤f)所述，第一次粉碎后以1300度的温度烧结，烧结时间为8小时。第二次添加剩余原料粉碎后以1630度的温度进行烧结，烧结时间为12小时。此处二次烧结的目的是大幅度提高硅质复合板材的法相发射率，增加致密度。
h)性能检测：按技术要求进行检测，包装后得到硅质复合板材的成品。
实施例3
a)配料：按下表3所示的比例将原料放入机器中搅拌，其中第一次粉碎放入氧化锆5％、氧化钛1％、氧化钇0.5％、不放氧化镁，第二次粉碎放入氧化锆4.5％、氧化钛1.5％、氧化钇0.5％、不放氧化镁，第三次粉碎放入氧化锆3.5％、氧化钛0.5％、氧化镁1％。
表3
b)溶解：将实施方法三的多种原料混合在一起，并将粘合剂相对溶解，放入适量的水。
c)共沉淀：将氧化锆从沉淀中析出，引起其他可溶性原料一起沉淀。
d)过滤水洗：将沉淀好的原料过滤以后并净化水洗。
e)干燥：用120度的温度将硅质复合材料烘干至1％。
f)气流粉碎：此处有三次粉碎，在第一次粉碎后，执行步骤g)进行烧结。第二次粉碎后，放入步骤a)中所述原料，再次重复执行步骤a)-步骤g)的过程。第三次粉碎后，放入步骤a)中所述最后一部分原料，再次重复执行步骤a)-步骤g)的过程。利用硅质复合材料的自磨作用，用压缩空气产生的高速气流或热蒸汽对物料进行冲击，使硅质复合材料相互间发生强烈的碰撞和摩擦作用，以达到细碎的目的。
g)烧结成型：根据步骤f)所述，第一次粉碎后以1320度的温度烧结，烧结时间为7小时。第二次添加步骤a)中所述原料粉碎后以1580度的温度进行烧结，烧结时间为12小时。第三次添加步骤a)中所述最后剩余原料后以1620度的温度进行烧结，烧结时间为10小时。此处三次烧结的目的是大幅度提高硅质复合板材的法相发射率，增加致密度，跃升硅质板材的能量级，发挥出最大的发射率。
h)性能检测：按技术要求进行检测，包装后得到硅质复合板材的成品。
实施例4：
上述实施例1-3所述的硅质复合板材，可以根据垃圾焚烧炉制造成各种形状，在制造好垃圾焚烧炉后，将硅质复合板材镶嵌至垃圾焚烧炉炉膛内壁，以及焚烧车内壁上，可根据当地垃圾的质量，制造不同法相发射率的硅质复合板材，在垃圾燃烧800度的时候，使燃烧率达到最大化，在硅质复合板材背面可以设有多种形式的锚固件，使得硅质复合板材的安装既可采用兵列式排列方式也可采用拼花地板式排列方式。
该硅质复合板材可以抵抗垃圾带来摩擦的机械外力，其弹性系数可以弥补垃圾焚烧炉炉壳的变形，使得组件之间不产生缝隙，具有抵抗任何热冲击的能力；与传统的垃圾焚烧方法相比，在硅质复合板材的作用下，完全改变了整体垃圾焚烧炉炉膛内的燃烧环境，大幅度提高了燃烧率，而垃圾焚烧放出的热量的热利用率也大幅上升，在燃烧的过程中由于硅质复合板材的穿透力强，垃圾的干燥、固融、焚烧的时间都大幅减少，实现了增能减排的最终目的；由于燃烧率的提高，分子在高温中加速运动，硅质复合板材可以抑制二噁英和呋喃等有毒有害物质的形成，并分解消除已经存在的二噁英和呋喃等有毒有害物质。
同理，上述硅质复合板材还可以应用于工业窑炉、锅炉、冶炼炉、发动机和发电厂燃烧炉，将硅质复合板材镶嵌至各设备的内壁。
以上所述，仅为本发明优选的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.硅质复合板材，其特征在于：由碳化硅/氮化硅/氧化硅、氧化锆、氧化锰、氧化钛、氧化镁、氧化铝、氧化钇以及粘合剂共八种原料复合形成。
2.根据权利要求1所述的硅质复合板材，其特征在于所述八种原料的重量百分比分别为：碳化硅/氮化硅/氧化硅，60％～70％；氧化锆，10％～15％，氧化锰，2％～4％；氧化钛，3％～3.5％；氧化镁1％～2％；氧化铝，1.5％～3％；氧化钇，1％～3％；粘合剂，2％～10％。
3.根据权利要求1或2所述的硅质复合板材，其特征在于：所述八种原料的密度大于3.0g/m3。
4.根据权利要求1或2所述的硅质复合板材，其特征在于：所述八种原料的硬度大于10Gpa，抗弯强度大于300Gpa，弹性模量大于300Gpa。
5.权利要求2所述硅质复合板材的制备方法，其特征在于：采用液相共沉淀法制备，制备方法如下：
a)配料：按照重量百分比将各种原料放入机器中搅拌；
b)溶解：将步骤a)的原料混合而成为一个分子状态的均匀相；
c)共沉淀：将其中一种原料的沉淀从溶液中析出时，引起其他可溶性原料一起沉淀；
d)过滤水洗：将沉淀好的原料过滤以后并净化水洗，得到硅质复合材料；
e)干燥：用80～120度的温度将步骤d)得到的硅质复合材料烘干至1％；
f)气流粉碎：利用硅质复合材料的自磨作用，用压缩空气产生的高速气流或热蒸汽对物料进行冲击，使复合硅质材料相互间发生强烈的碰撞和摩擦，进而粉碎；
g)烧结成型：根据步骤f)粉碎的次数决定烧结的次数，以1300度至1700度的温度进行烧结；
h)性能检测：按技术要求进行检测，包装后得到硅质复合板材的成品。
6.权利要求2所述硅质复合板材的应用，其特征在于：1)用于垃圾焚烧炉，将硅质复合板材镶嵌至炉膛内壁，以及焚烧车内壁上；2)用于工业窑炉、锅炉、冶炼炉、发动机和发电厂燃烧炉，将硅质复合板材镶嵌至各设备的内壁。
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