CN105152631B - 陶瓷涂料及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种陶瓷涂料，包括：1.0wt％～8.0wt％的有机粘结剂，5.0wt％～35.0wt％的无机粘结剂，10wt％～30wt％的填料，1.5wt％～3.0wt％的助剂以及余量的水；所述有机粘结剂为乙醇，所述无机粘结剂为磷酸二氢铝、一水合氧化铝、磷酸和硝酸，所述填料包括稀土氧化物和氧化锆。本申请还提供了所述陶瓷涂料在工业用炉中的应用。本申请所述陶瓷涂料中的组分相互协同作用，使其作为陶瓷涂层时具有较好的综合性能。

Description

陶瓷涂料及其应用

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及陶瓷涂料及其应用。

背景技术

电站锅炉、石油化工加热炉以及中小工业锅炉等的生产运行中，煤粉锅炉沾污造成了锅炉安全运行的极大隐患，同时也会影响锅炉或加热炉的效率。高温换热表面沾污结渣直接导致换热能力下降，炉效降低，进而使换热表面受热不均，导致炉管热应力不均和被加热工质受热不均，同时炉膛温度升高还会引起炉管超温运行、氮氧化物生成以及排放加剧和排烟温度过高等问题；同时沾污结渣还会加剧换热表面腐蚀。上述问题直接影响企业的安全生产、节能减排、产品质量与产能，降低设备的使用寿命，给企业带来巨大损失。

针对上述沾污结渣的问题，传统的解决方法是加强吹灰、调整燃料、投运除焦剂、机械打焦等，但是上述方法并没有从根本上解决沾污结渣的问题，安全隐患仍然存在。

涂料是一类重要的工程材料，其是指涂布于物体表面在一定条件下能形成薄膜而具有保护、装潢、绝缘、防锈、防震或耐热等特殊功能的液体或固体材料。而陶瓷涂料是一种新型的环保功能材料，具有不粘、耐高温、高硬度、高耐候、耐腐蚀等诸多优点，是一种理想的涂料。

为了解决锅炉等生产运行中的沾污结渣问题，研究者研发了一系列的耐高温抗结渣陶瓷材料，为了强化上述锅炉在生产过程中的稳定性，研究者同时进一步强化了陶瓷涂料的性能，以期得到综合性能较好的陶瓷涂料，从而保证工业中锅炉等加热设备能够稳定运行。例如：申请号为201410687121.8的中国专利公开了一种耐高温抗沾污结渣陶瓷涂料，其包括：填料、粘结剂和水，其中填料包括氧化锆、氮化硅、碳化硅、二氧化钛、高岭土和稀土氧化物，该专利提供的陶瓷涂料可耐1050℃高温，但是该涂料综合性能仍然不是很高。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种综合性能较好的陶瓷涂料。

有鉴于此，本申请提供了一种陶瓷涂料，包括：

所述有机粘结剂为乙醇，所述无机粘结剂包括4.0wt％～16.8wt％的磷酸二氢铝、0.5wt％～3.0wt％的一水合氧化铝、0.1wt％～9.6wt％的磷酸和0.1wt％～5.0wt％的硝酸；

所述填料包括稀土氧化物和氧化锆。

优选的，以所述陶瓷涂料为基，所述氧化锆的含量为3.0wt％～15.0wt％，所述稀土氧化物的含量为7.0wt％～15.0wt％。

优选的，所述助剂包括成膜剂、润滑剂和消泡剂中的一种或多种。

优选的，所述稀土氧化物为氧化铈；所述氧化锆为稳定型氧化锆。

优选的，所述磷酸二氢铝的D50粒度为200～500nm，所述一水合氧化铝的D50粒度为200～500nm；所述稀土氧化物的D50粒度为200～500nm，所述氧化锆的D50粒度为200～700nm。

优选的，所述有机粘结剂的含量为3.0wt％～6.5wt％，所述有机粘结剂的含量优选为4.0wt％～5.5wt％。

优选的，所述无机粘结剂中所述磷酸二氢铝的含量为6.8wt％～13.5wt％，优选为7.5wt％～12.0wt％，所述一水合氧化铝的含量为1.2wt％～2.3wt％，优选为1.5wt％～2.0wt％，所述磷酸的含量为2.8wt％～7.2wt％，优选为3.5wt％～6.0wt％，所述硝酸的含量为1.2wt％～4.0wt％，优选为2.3wt％～3.5wt％。

优选的，以所述陶瓷涂料为基，所述氧化锆的含量为4.5wt％～12.8wt％，优选为6.8wt％～10.5wt％，所述稀土氧化物的含量为8.5wt％～13.0wt％，优选为9.2wt％～11.8wt％。

优选的，所述陶瓷涂料包括：4.5wt％的有机粘结剂，19.7wt％的无机粘结剂，20wt％的填料，1.5wt％的助剂，余量的水；

所述有机粘结剂为乙醇，所述无机粘结剂包括10.4wt％的磷酸二氢铝、1.8wt％的一水合氧化铝、4.9wt％的磷酸和2.6wt％的硝酸；

所述填料包括9.0wt％的氧化锆和11.0wt％的氧化铈。

本申请还提供了上述任一项所述的陶瓷涂料在工业用炉中的应用。

本申请提供了一种陶瓷涂料，包括：1.0wt％～8.0wt％的有机粘结剂，5.0wt％～35.0wt％的无机粘结剂，10wt％～30wt％的填料，1.5wt％～3.0wt％的助剂以及余量的水；所述有机粘结剂为乙醇，所述无机粘结剂包括磷酸二氢铝、一水合氧化铝、磷酸和硝酸，所述填料包括稀土氧化物和氧化锆。本申请提供的陶瓷涂料中无机粘结剂磷酸二氢铝与一水合氧化铝中的氧化铝具有耐高温耐腐蚀的作用，而硝酸、磷酸和有机粘结剂中的乙醇都是为了溶解无机粘结剂中的磷酸二氢铝与一水合氧化铝，使无机粘结剂能够发挥作用；同时填料中的稀土氧化物有利于晶粒细化，填充晶粒间隙形成网络，从而提高陶瓷涂层的高温与常温的韧性、热稳定性、耐高温腐蚀性、热力学特性等；氧化锆是由质量比为95％的氧化锆和5％的氧化钇构成，具有耐高温、耐磨损、高发射率的特点。综上，本申请上述组分协同作用，使陶瓷涂料作为陶瓷涂层时具有较好的综合性能，如：耐高温、高的换热性能、耐腐蚀、高发射率与抗沾污结渣等性能。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明实施例公开了一种陶瓷涂料，包括：

所述有机粘结剂为乙醇，所述无机粘结剂包括4.0wt％～16.8wt％的磷酸二氢铝、0.5wt％～3.0wt％的一水合氧化铝、0.1wt％～9.6wt％的磷酸和0.1wt％～5.0wt％的硝酸；

所述填料包括稀土氧化物和氧化锆。

本申请提供的陶瓷涂料作为陶瓷涂层，其各组分以及各组分的含量通过合理优化匹配，使陶瓷涂料作为陶瓷涂层时具有较高的综合性能。

本申请提供了一种陶瓷涂料，其中无机粘结剂包括磷酸二氢铝、一水合氧化铝、磷酸和硝酸。所述磷酸二氢铝别名双氢磷酸铝、磷酸铝，所述磷酸二氢铝中的氧化铝具有耐高温、耐腐蚀的作用。所述一水合氧化铝是无机粘结剂的组分，具有耐高温、耐腐蚀的作用。所述磷酸与硝酸均是溶解上述两种无机粘结剂的组分，所述磷酸与硝酸均为市售产品，本申请不作特别的限制。本申请所述无机粘结剂包括4.0wt％～16.8wt％的磷酸二氢铝、0.5wt％～3.0wt％的一水合氧化铝、0.1wt％～9.6wt％的磷酸和0.1wt％～5.0wt％的硝酸。在一些实施例中，所述磷酸二氢铝的含量优选为6.8wt％～13.5wt％，所述一水合氧化铝的含量优选为1.2wt％～2.3wt％，所述磷酸的含量优选为2.8wt％～7.2wt％，所述硝酸的含量优选为1.2wt％～4.0wt％。在一些实施例中，所述磷酸二氢铝的含量更优选为7.5wt％～12.0wt％，所述一水合氧化铝的含量更优选为1.5wt％～2.0wt％，所述磷酸的含量更优选为3.5wt％～6.0wt％，所述硝酸的含量更优选为2.3wt％～3.5wt％。

本申请所述有机粘结剂为乙醇。所述乙醇与无机粘结剂配合使用，将无机粘结剂进行溶解，使陶瓷涂料作为涂层具有较高的性能。本申请所述有机粘结剂的含量为1.0wt％～8.0wt％，在一些实施例中，所述有机粘结剂的含量优选为3.0wt％～6.5wt％，在一些实施例中，所述有机粘结剂的含量优选为4.0wt％～5.5wt％。

本申请所述填料与所述无机粘结剂、有机粘结剂共同配合，能够使由陶瓷涂料形成的涂层具有较好的性能。本申请所述填料包括稀土氧化物和氧化铬，其中所述稀土氧化物更优选为氧化铈。本申请所述填料中还可包括碳化硅和二氧化钛等常规填料。所述填料中氧化铈有利于晶粒细化，填充晶粒间隙形成网络，从而提高陶瓷涂层的高温与常温韧性、稳定性、耐高温腐蚀性、热力学特性等，同时氧化铈也会提高陶瓷涂层与金属基材的交界面的渗透与结合能力，提高陶瓷涂层与金属基材结合形成的复合材料的可靠性，综上可知，稀土氧化物氧化铈可全面提升陶瓷涂料形成的涂层的综合性能和可靠性；所述氧化锆是由质量比为95％的氧化锆和5％的氧化钇构成，具有耐高温、耐磨损、高发射率的特点，本申请所述氧化锆优选为稳定型氧化锆。

以所述陶瓷涂层为基，本申请所述填料中所述氧化锆的含量为3.0wt％～15.0wt％，所述稀土氧化物的含量为7.0wt％～15.0wt％。在一些实施例中，所述氧化锆的含量为4.5wt％～12.8wt％，所述稀土氧化物的含量为8.5wt％～13.0wt％，在一些实施例中，所述氧化锆的含量优选为6.8wt％～10.5wt％，所述稀土氧化物的含量优选为9.2wt％～11.8wt％。

所述稀土氧化物的D50粒度优选为200～500nm，所述氧化锆的D50粒度优选为200～700nm，所述一水合氧化铝的D50粒度优选为200～500nm。

本申请所述陶瓷涂料中还包括助剂，所述助剂为本领域技术人员熟知的助剂，可以为分散剂、润湿剂和消泡剂中的一种或多种。本申请中所述助剂的含量为1.5wt％～3.0wt％。本申请对所述助剂中各种组分的含量没有特别的限制，可根据陶瓷涂料的性能进行适当的调整。

作为优选方案，本申请所述陶瓷涂料，包括：

所述有机粘结剂为乙醇，所述无机粘结剂包括10.4wt％的磷酸二氢铝，1.8wt％的一水合氧化铝，4.9wt％的磷酸，2.6wt％的硝酸；

所述填料包括9wt％的氧化锆和11wt％的氧化铈。

本申请提供的陶瓷涂料的各种组分构成了一个共同体系，高温状态下形成了包括有元素铝、锆、铈、钇、氧等的高性能和可靠性的复合陶瓷涂层。由陶瓷涂料形成的陶瓷涂层作为一个体系，各组分及组分的质量范围是一个为满足综合使用条件要求(耐高温、高的换热特性、耐腐蚀、耐磨损等)的合理优化匹配的系统工程。各组分含量过大或过小会都使得陶瓷涂层体系不合理，包括影响体系的成膜特性、成陶反应温度、热力学特性(耐高温、发射率/黑度、热导率、热膨胀率等)、力学特性(耐磨损及高的力学性能等)以及抗沾污结渣能力等。

本申请所述陶瓷涂料的制备方法按照本领域技术人员熟知的方式制备即可。为了使涂料中的各种组分更加均匀，本申请所述陶瓷涂料的制备方法优选按照下述步骤进行：

将粘结剂与水混合，得到粘结剂液体；

将所述填料经过细化处理后与所述粘结剂液体混合，再加入助剂，得到陶瓷涂料。

本申请还提供了所述陶瓷涂料在工业用炉中的应用。本申请陶瓷涂料可涂敷于上述工业用炉炉管表面以形成陶瓷涂层，保护工业用炉在使用过程中的稳定性。上述所述工业用炉可以为锅炉、窑炉和加热炉等本领域技术人员熟知的工业用炉。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的陶瓷涂料进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

将有机粘结剂、无机粘结剂与水混合，得到粘结剂液体，将细化后的填料加入至粘结剂液体中，再加入助剂搅拌均匀，过滤封装，得到陶瓷涂料，本实施例的陶瓷涂料各组分的含量如表1所示。

实施例2

陶瓷涂料的制备过程与实施例1相同，本实施例的陶瓷涂料各组分的含量如表1所示。

实施例3

陶瓷涂料的制备过程与实施例1相同，本实施例的陶瓷涂料各组分的含量如表1所示。

实施例4～8

陶瓷涂料的制备过程与实施例1相同，陶瓷涂料各组分的含量如表1所示。

将实施例1～8的陶瓷涂料，涂布于陶瓷辊道窑的加热段及烧成段炉膛内壁表面，涂膜厚度为30～50μm。烘干固化后均按照国家或行业内通用检测标准对产品进行性能检测，检测结果如表2所示。

表1实施例1～实施例8陶瓷涂料各组分含量与规格数据表

表2实施例1～实施例4陶瓷涂料的性能参数数据表

表2实施例5～实施例8陶瓷涂料的性能参数数据表(续表)

以上实施例中陶瓷涂料各配方的耐温范围200℃～1900℃，硬度是合金钢的5～8倍；主要是用于非金属(如耐火材料)基材。

采用实施实例2的配方，在某冶金加热炉辐射段耐火材料内壁施用陶瓷涂层后，节省燃料大于10％，氮氧化物排放减少了20％。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种陶瓷涂料，包括：

所述有机粘结剂为乙醇，所述无机粘结剂包括4.0wt％～16.8wt％的磷酸二氢铝、0.5wt％～3.0wt％的一水合氧化铝、0.1wt％～9.6wt％的磷酸和0.1wt％～5.0wt％的硝酸；

所述填料包括7.0wt％～15.0wt％的氧化铈和3.0wt％～15.0wt％的氧化锆，所述氧化锆为稳定型氧化锆，由质量比为95％的氧化锆和5％的氧化钇构成；

所述助剂包括成膜剂、润滑剂和消泡剂中的一种或多种；

所述磷酸二氢铝的D50粒度为200～500nm，所述一水合氧化铝的D50粒度为200～500nm；所述稀土氧化物的D50粒度为200～500nm，所述氧化锆的D50粒度为200～700nm。

2.根据权利要求1所述的陶瓷涂料，其特征在于，所述有机粘结剂的含量为3.0wt％～6.5wt％。

3.根据权利要求1所述的陶瓷涂料，其特征在于，所述有机粘结剂的含量为4.0wt％～5.5wt％。

4.根据权利要求1至3任一项所述的陶瓷涂料，其特征在于，所述无机粘结剂中所述磷酸二氢铝的含量为6.8wt％～13.5wt％，所述一水合氧化铝的含量为1.2wt％～2.3wt％，所述磷酸的含量为2.8wt％～7.2wt％，所述硝酸的含量为1.2wt％～4.0wt％。

5.根据权利要求1至3任一项所述的陶瓷涂料，其特征在于，所述无机粘结剂中所述磷酸二氢铝的含量7.5wt％～12.0wt％，所述一水合氧化铝的含量为1.5wt％～2.0wt％，所述磷酸的含量为3.5wt％～6.0wt％，所述硝酸的含量为2.3wt％～3.5wt％。

6.根据权利要求1至5任一项所述的陶瓷涂料，其特征在于，以所述陶瓷涂料为基，所述氧化铈的含量为9.2wt％～11.8wt％。

7.根据权利要求1所述的陶瓷涂料，其特征在于，所述陶瓷涂料包括：4.5wt％的有机粘结剂，19.7wt％的无机粘结剂，20wt％的填料，1.5wt％的助剂，余量的水；

所述有机粘结剂为乙醇，所述无机粘结剂包括10.4wt％的磷酸二氢铝、1.8wt％的一水合氧化铝、4.9wt％的磷酸和2.6wt％的硝酸；

所述填料包括9.0wt％的氧化锆和11.0wt％的氧化铈。

8.权利要求1至7任一项所述的陶瓷涂料在工业用炉中的应用。