CN103664153A - 一种高温抗蠕变莫来石-堇青石制品及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高温耐火材料，具体涉及一种高温抗蠕变莫来石-堇青石制品及其制备方法。该制品以烧结莫来石、堇青石、白刚玉、熔融石英、蓝晶石、氧化铝微粉、膨润土微粉、熟滑石微粉、高岭土为主要原料，经混料、困料、成型-干燥、最后高温烧制而成。通过采用科学的配料比例和级配，选用合理的制造方法，制备了本发明的高温抗蠕变莫来石-堇青石制品。与其他产品相比，本发明的高温抗蠕变莫来石-堇青石制品具有显气孔率低、体积密度高、抗蠕变性好、抗热震性好和使用寿命长等优点，主要适用于中温材料烧结如化工行业中的汽车电瓶用氧化钴、磷酸铁铝原料烧成。

Description

一种高温抗蠕变莫来石-堇青石制品及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高温耐火材料，具体涉及一种高温抗蠕变莫来石-堇青石制品。 

背景技术

堇青石（Cordierite）具有热膨胀系数低、抗热震性能好等优点，被广泛应用于汽车尾气净化装置、耐热涂层、催化剂载体、热交换机材料、泡沫陶瓷、电子封装材料、印刷电路板等，以及一些冷热骤变的环境中，比如陶瓷换热器、热风炉、支柱砖、匣体，棚板等等。但由于堇青石机械强度不高、荷重软化点低、合成温度范围窄，用传统方法较难获得纯相堇青石，从而限制了它的优良性能的发挥。 

莫来石（Mullite）是一种优质的耐火材料，具有高温蠕变值小，荷重软化点高，机械强度高等优点，但其热膨胀系数相对较大，且因其主要为共价键化合物，原子在低温下的体扩散速度较慢，传统烧结致密化温度较高，一般都在1550～1600℃。     

可见，堇青石热膨胀系数低，抗热震性好，但高温性能一般，机械强度不高，而莫来石高温蠕变值小，机械强度高，但抗热震性不好。因此，为兼顾材料的高温性能、机械强度及抗热震性能，将堇青石和莫来石进行复合是提高材料性能的有效措施。

专利200510107317.6公开了一种泥浆结合成型的抗热震耐火砖，它是由45～75wt％的莫来石、5～15wt％的堇青石粉、5～15wt％的红柱石、5～10wt％的氧化铝微粉和8～15wt％的白泥构成基料，与基料总重量3～15wt％的泥浆结合制成。虽然该耐火材料的热震稳定性能够达到110次以上，但是其荷重软化温度以及强度相对较低，用于高温燃烧时容易导致软化、碎裂，因此使用寿命很短。 

专利200610037794.4公开了一种高热震性莫来石-堇青石耐火砖，它是由30～50wt％的合成莫来石、15～25wt％的合成堇青石、10～20wt％的硅线石、5～10wt％的红柱石、5～10wt％的氧化铝微粉和4～6wt％的粘土制成。该耐火材料的热震稳定性能够达到120次以上，但是其荷重软化温度以及常温耐压强度仍然偏低，而且高温蠕变率高、体积密度低、孔隙率偏高，用于高温燃烧室时容易导致软化、碎裂，使用寿命有待进一步提高。 

综上分析，资料对莫来石-堇青石制品的报道多集中在如何提高材料的抗热震性，而对如何提高材料的高温抗蠕变性的研究相对较少。 

发明内容

本发明主要是针对上述技术中存在的问题，提供一种显气孔率低、体积密度高、抗蠕变性好、抗热震性好和使用寿命长的莫来石-堇青石制品及其制备方法。 

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种高温抗蠕变莫来石-堇青石制品，它是由主要原料：烧结莫来石、堇青石、白刚玉、熔融石英、蓝晶石、氧化铝微粉、膨润土微粉、熟滑石微粉、高岭土、和外加结合剂按照下述重量份配比配制而成： 

烧结莫来石M70：粒度为0.1～1mm的烧结莫来石5～15份

烧结莫来石M45：粒度小于0.089mm的烧结莫来石3～7份

                粒度为0.5～1mm的烧结莫来石3～7份

                粒度为1～1.5mm的烧结莫来石3～8份

粒度为0.1～1mm的堇青石8～12份

粒度为1～3mm的堇青石6～10份

白刚玉4～12份

熔融石英2～7份

蓝晶石5～15份

氧化铝微粉5～15份

膨润土微粉1～3份

熟滑石微粉5～12份

高岭土10～20份

外加结合剂0.01～0.1份。

所述烧结莫来石M70的理化性能指标为：Al₂O₃：45-47wt%；SiO₂：50-52wt%；Fe₂O₃：0.9-1.1wt%；CaO：0.15-0.25wt%；吸水率2.32 wt%，体积密度2.50 g/cm³。 

所述烧结莫来石M45的理化性能指标为：Al₂O₃：45-47wt%；SiO₂：50-52wt%；Fe₂O₃：0.9-1.1wt%；CaO：0.15-0.25wt%；吸水率2.32wt%，体积密度2.50g/cm³。 

所述的白刚玉的粒度为0.053mm。 

所述的熔融石英的粒度为0.279mm。 

所述的蓝晶石的粒度为0.173mm。 

所述的氧化铝微粉为α-Al₂O₃微粉。 

所述的高岭土为苏州三号高岭土，粒度为0.053mm。 

所述外加结合剂为亚硫酸纸浆废液、羟甲基纤维素、糊精、环氧树脂中的一种。 

所述的高温抗蠕变莫来石-堇青石制品的制造方法，具体工艺步骤为： 

1）混料：按所要求比例将原料置于立式不锈钢搅拌机中混合均匀；

2）困料：将步骤1）中混合均匀的原料置于卧式绞龙机中，并加入干粉料总质量的6%～10%的水进行绞出，堆放困料28～33d；

3）成型-干燥：将步骤2）中堆放困料置于强制式流星搅拌机中搅拌15～20min后，再输送至500吨油压机中压制成坯，整坯后放置自然阴干；

4）烧制：将步骤3）中干坯置于四孔高温推板式隧道窑中进行烧制，在1450℃～1465℃油窑温度下烧制8～12小时，既得制品。

本发明的技术原理：对于高温抗蠕变莫来石-堇青石材料来说，不但要求材料具有合适的常温强度，而且要求材料在高温下具有较好的抗蠕变断裂的能力。其中核心的问题是要避免材料制备过程中产生玻璃相，从而防止材料在使用过程中的软化断裂；另外，提高材料中的晶粒结合程度、减少材料中晶界滑移与位错的数量也是防止材料蠕变断裂的另一重要途径。 

莫来石-堇青石耐火材料是以莫来石为骨料，堇青石为基料，烧结而成。由于堇青石基料的热膨胀系数小于莫来石骨料，两者的膨胀系数不匹配，使得两相界面形成微细裂纹，极大的提高了莫来石-堇青石材料的热稳定性。为解决在提高烧成温度的同时，产生大量玻璃相问题，在生产莫来石-堇青石耐火材料时，多选用合成堇青石和合成莫来石作为原料。 

高温耐火制品生产中，原料配方将决定材质、材性，本发明以烧结莫来石、堇青石、白刚玉、熔融石英、蓝晶石作为骨料，以氧化铝微粉、膨润土微粉、熟滑石微粉、高岭土为基质料和外加剂一起配制成莫来石-堇青石制品的原料，采用科学的配料比例和级配，实现了制品骨架通过基质中原位生成的莫来石晶粒和堇青石晶粒牢固联接，并起到了增韧的作用。适当延长保温时间和提高烧成温度，不同程度上加强了烧结，促进了基质网络结构及骨料与基质间的紧密结合的形成，同时降低了气孔率，从而可以有效的改善制品的高温抗蠕变性。 

本发明的优点和有益效果： 

根据耐火材料制品的要求，选用莫来石为主要原料，莫来石的晶体结构为针状和柱状，有利于交织网络结构的形成，可提高制品的抗蠕变性和抗热震能力；选用堇青石为主要原料，可以提高制品的抗热震性；选用白刚玉来强化基质，可以提高制品的密度、常温耐压强度、荷重软化温度及抗侵蚀性能，尤其是抗折蠕变性能；基质中的硅源采用熔融石英，其价格比硅灰低，纯度却比普遍使用的埃肯971U硅灰高很多，所以用熔融石英代替硅灰，不但提高了制品的品质，还降低了原料成本；蓝晶石的选用进一步改善了材料的线变化率，促进了材料的体积稳定性。

采用本发明的方法制造的高温抗蠕变莫来石-堇青石制品，经长兴县质量技术监督检测中心进行检测，其技术指标如下表： 

     与其他产品相比，本发明的高温抗蠕变莫来石-堇青石制品具有显气孔率低、体积密度高、抗蠕变性好、抗热震性好和使用寿命长等优点，主要适用于中温材料烧结如化工行业中的汽车电瓶用氧化钴、磷酸铁铝原料烧成。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步具体描述，但本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明。 

实施例1： 

主要原料按照下述重量份配比配制：

烧结莫来石M70：粒度为0.1～1mm的烧结莫来石10份

烧结莫来石M45：粒度小于0.089mm的烧结莫来石5份

                粒度为0.5～1mm的烧结莫来石5份

                粒度为1～1.5mm的烧结莫来石5份

粒度为0.1～1mm的堇青石10份

粒度为1～3mm的堇青石8份

白刚玉8份

熔融石英4.35份

蓝晶石10份

氧化铝微粉10份

膨润土微粉1.6份

熟滑石微粉8份

高岭土15份

外加结合剂亚硫酸纸浆废液0.05份，具体工艺步骤如下：

1）混料：按所要求比例将原料置于立式不锈钢搅拌机中混合均匀；

2）困料：将步骤1）中混合均匀的原料置于卧式绞龙机中，并加入干粉料总质量的8%的水进行绞出，堆放困料30d；

3）成型-干燥：将步骤2）中堆放困料置于强制式流星搅拌机中搅拌18min后，再输送至500吨油压机中压制成坯，整坯后放置自然阴干；

4）烧制：将步骤3）中干坯置于四孔高温推板式隧道窑中进行烧制，在1460℃油窑温度下烧制8小时，既得制品；

实施例2：

主要原料按照下述重量份配比配制：

烧结莫来石M70：粒度为0.1～1mm的烧结莫来石12份

烧结莫来石M45：粒度小于0.089mm的烧结莫来石6份

                粒度为0.5～1mm的烧结莫来石6份

                粒度为1～1.5mm的烧结莫来石8份

粒度为0.1～1mm的堇青石12份

粒度为1～3mm的堇青石10份

白刚玉12份

熔融石英2.77份

蓝晶石5份

氧化铝微粉7份

膨润土微粉1.2份

熟滑石微粉6份

高岭土12份

外加结合剂羟甲基纤维素0.03份，具体工艺步骤如下：

1）混料：按所要求比例将原料置于立式不锈钢搅拌机中混合均匀；

2）困料：将步骤1）中混合均匀的原料置于卧式绞龙机中，并加入干粉料总质量的6%的水进行绞出，堆放困料28d；

3）成型-干燥：将步骤2）中堆放困料置于强制式流星搅拌机中搅拌15min后，再输送至500吨油压机中压制成坯，整坯后放置自然阴干；

4）烧制：将步骤3）中干坯置于四孔高温推板式隧道窑中进行烧制，在1455℃油窑温度下烧制10小时，既得制品；

实施例3：

主要原料按照下述重量份配比配制：

烧结莫来石M70：粒度为0.1～1mm的烧结莫来石8份

烧结莫来石M45：粒度小于0.089mm的烧结莫来石4份

                粒度为0.5～1mm的烧结莫来石4份

                粒度为1～1.5mm的烧结莫来石6份

粒度为0.1～1mm的堇青石9份

粒度为1～3mm的堇青石7份

白刚玉5份

熔融石英5.75份

蓝晶石12份

氧化铝微粉12份

膨润土微粉2.2份

熟滑石微粉8份

高岭土17份

外加结合剂糊精0.05份，具体工艺步骤如下：

1）混料：按所要求比例将原料置于立式不锈钢搅拌机中混合均匀；

2）困料：将步骤1）中混合均匀的原料置于卧式绞龙机中，并加入干粉料总质量的10%的水进行绞出，堆放困料33d；

3）成型-干燥：将步骤2）中堆放困料置于强制式流星搅拌机中搅拌20min后，再输送至500吨油压机中压制成坯，整坯后放置自然阴干；

4）烧制：将步骤3）中干坯置于四孔高温推板式隧道窑中进行烧制，在1450℃油窑温度下烧制12小时，既得制品；

实施例4：

主要原料按照下述重量份配比配制：

烧结莫来石M70：粒度为0.1～1mm的烧结莫来石10份

烧结莫来石M45：粒度小于0.089mm的烧结莫来石5份

                粒度为0.5～1mm的烧结莫来石5份

                粒度为1～1.5mm的烧结莫来石5份

粒度为0.1～1mm的堇青石9份

粒度为1～3mm的堇青石7份

白刚玉5份

熔融石英3.93份

蓝晶石8份

氧化铝微粉12份

膨润土微粉2份

熟滑石微粉10份

高岭土18份

外加结合剂环氧树脂0.07份，具体工艺步骤如下：

1）混料：按所要求比例将原料置于立式不锈钢搅拌机中混合均匀；

2）困料：将步骤1）中混合均匀的原料置于卧式绞龙机中，并加入干粉料总质量的8%的水进行绞出，堆放困料30d；

3）成型-干燥：将步骤2）中堆放困料置于强制式流星搅拌机中搅拌16min后，再输送至500吨油压机中压制成坯，整坯后放置自然阴干；

4）烧制：将步骤3）中干坯置于四孔高温推板式隧道窑中进行烧制，在1455℃油窑温度下烧制9小时，既得制品；

本发明的上述实施例是对本发明的说明而不能用于限制本发明，与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

  

Claims (7)

1.一种高温抗蠕变莫来石-堇青石制品，其特征在于：它是由主要原料：烧结莫来石、堇青石、白刚玉、熔融石英、蓝晶石、氧化铝微粉、膨润土微粉、熟滑石微粉、高岭土、和外加结合剂按照下述重量份配比配制而成：

烧结莫来石M70：粒度为0.1～1mm的烧结莫来石5～15份

烧结莫来石M45：粒度小于0.089mm的烧结莫来石3～7份

                粒度为0.5～1mm的烧结莫来石3～7份

                粒度为1～1.5mm的烧结莫来石3～8份

粒度为0.1～1mm的堇青石8～12份

粒度为1～3mm的堇青石6～10份

白刚玉4～12份

熔融石英2～7份

蓝晶石5～15份

氧化铝微粉5～15份

膨润土微粉1～3份

熟滑石微粉5～12份

高岭土10～20份

外加结合剂0.01～0.1份。

2.根据权利要求1所述的一种高温抗蠕变莫来石-堇青石制品，其特征在于：所述的白刚玉的粒度为0.053mm。

3.根据权利要求1所述的一种高温抗蠕变莫来石-堇青石制品，其特征在于：所述的熔融石英的粒度为0.279mm。

4.根据权利要求1所述的一种高温抗蠕变莫来石-堇青石制品，其特征在于：所述的蓝晶石的粒度为0.173mm。

5.根据权利要求1所述的一种高温抗蠕变莫来石-堇青石制品，其特征在于：所述的高岭土为苏州三号高岭土，粒度为0.053mm。

6.根据权利要求1所述的一种高温抗蠕变莫来石-堇青石制品，其特征在于：所述外加结合剂为亚硫酸纸浆废液、羟甲基纤维素、糊精、环氧树脂中的一种。

7.一种制备权利要求1所述的高温抗蠕变莫来石-堇青石制品的方法，其特征在于：具体工艺步骤为：

1）混料：按所要求比例将原料置于搅拌机中混合均匀；

2）困料：将步骤1）中混合均匀的原料置于绞龙机中，并加入干粉料总质量的6%～10%的水进行绞出，堆放困料28～33d；

3）成型-干燥：将步骤2）中堆放困料置于搅拌机中搅拌15～20min后，再输送至500吨油压机中压制成坯，整坯后放置自然阴干；

4）烧制：将步骤3）中干坯置于隧道窑中进行烧制，在1450℃～1465℃油窑温度下烧制8～12小时，既得制品。