CN105272211A - 一种远红外抗热震陶瓷的制备方法 - Google Patents

一种远红外抗热震陶瓷的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种远红外抗热震陶瓷的制备方法，属于陶瓷材料制备领域。本发明针对目前通过添加无极材料金属氧化物和硅酸盐等制备高抗热陶瓷，减小材料的膨胀系数，抗热震陶瓷韧性不足，容易破碎无法满足现有生活对陶瓷的使用要求，通过将聚乙烯醇缩丁醛和各类粉体混合球磨，随后对其烘干，制备干压坯体，再与无水乙醇和聚乙烯醇缩丁醛搅拌混合，负载球磨粉体，喷射包覆陶瓷胚体，制备一种远红外抗热震陶瓷。本发明的有益效果：本发明以聚乙烯醇缩丁醛制备的红外辐射涂料经1100℃以上高温瓷化后，红外辐射涂层与基体的结合力增强，涂层抗热震性能提高了20～25%；通过喷枪喷射包覆层，陶瓷材料韧性提高了30～35%。

Description

一种远红外抗热震陶瓷的制备方法
技术领域
本发明涉及一种远红外抗热震陶瓷的制备方法，属于陶瓷材料制备领域。
背景技术
陶瓷材料具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优点，因而在高温工程方面得到越来越
广泛的应用。陶瓷作为结构和功能材料，已广泛应用于工农业和科学技术等各个领域，成为近代尖端科学技术的重要组成部分。陶瓷材料作为工程陶瓷构件，主要用于高温领域。在高温环境下使用的陶瓷材料，需要经受力及应力循环的作用，有时还会受到环境介质的侵蚀和冲刷以及温度骤变的热震冲击等。从设计角度不但要考虑材料的温度水平，还要考虑材料承受热震冲击的能力。
陶瓷材料在热震冲击条件下，由于各向异性膨胀系数造成的热应力会高，因此，热冲击断裂与损伤是工程陶瓷材料失效的主要方式之一，也是评价工程陶瓷材料使用性能的一种重要性能指标，研究陶瓷材料的抗热震性能对于实际应用具有非常重要的意义阵。现有通过增强陶瓷抗热震性能的方法，主要通过减小材料的热膨胀系数，或者提升材料的热导率，添加硅酸盐和无机材料，但是上述方法制备的抗热震陶瓷韧性不足，容易破碎，无法满足现有生活对抗热震陶瓷的使用，所以制备一直具有远红外功能的抗热震陶瓷很有必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前通过添加无极材料金属氧化物和硅酸盐等制备高抗热陶瓷，减小材料的膨胀系数，抗热震陶瓷韧性不足，容易破碎无法满足现有生活对陶瓷的使用要求，提供了一种通过将聚乙烯醇缩丁醛和各类粉体混合球磨，随后对其烘干，制备干压坯体，再与无水乙醇和聚乙烯醇缩丁醛搅拌混合，负载球磨粉体，喷射包覆陶瓷胚体，制备一种远红外抗热震陶瓷，在保持其抗热震性能的同时，增强陶瓷的韧性。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
（1）按重量份数计，分别选取15～20份SiO2、10～30份MnO2、10～30份Al2O3、10～30份TiO2、10～30份MgO、10～30份Fe2O3、10～30份ZrO2和10～30份CeO2，将其置于球磨机中，并按总质量的40～50%，将聚乙烯醇缩丁醛缓慢滴加至球磨机，一边滴加一边对其碾磨，在250～300r/min速度下碾磨1.5～2h，制备得球磨聚合料浆；
（2）待碾磨完成后，将制得的球磨聚合料浆置于烘箱中，对其抽真空减压至-0.02～-0.01MPa，随后对其升温加热至95～100℃，随后，测试箱体压强，抽压保持其压力为-0.02～-0.01MPa，在95～100℃下，保温干燥6～8h；
（3）待保温干燥完成后，对其碾磨过筛，制备得80～120目粉料，随后，在20～30℃下，将粉料置于大小为10×10×1cm的不锈钢模具中，在30～32MPa下，通过粉末压片机将粉料压制10～20s，制备得干压胚体备用；
（4）按重量份数计，选取50～75份无水乙醇、5～10份的聚乙烯醇缩丁醛和20～40份的上述碾磨制备的80～120目粉料，在1200～1500r/min下搅拌混合，使粉体完全分散至无水乙醇中，搅拌分散10～15min，制备得陶瓷浆料；
（5）将上述陶瓷浆料置于喷枪中，在0.5～1.0MPa下，采用喷枪将陶瓷浆料喷射至上述制备的干压胚体中，将其包覆形成0.5～1cm的陶瓷浆料，随后在20～30℃下静置8～10h，使其自然固化后，将其送入温度为1200～1500℃的窑洞中，烧制20～24h，随后将其自然冷却退火10～12h，即可制备得一种远红外抗热震陶瓷。
所述的远红外抗热震陶瓷，能够发射波长为8～14μm的远红外射线。
本发明的应用方法是：将制备的远红外抗热震陶瓷制成干挂背槽式陶瓷幕墙，钢框架外形尺寸设计为3.6m×3.6m×5.9m，钢框架净重量为18kN，自振周期为0.30s。模型钢框架的变形和强度均满足9度要求，钢框架用高强螺栓刚性固定在振动台台面上。框架外侧焊接有高耐火结构钢管和工字钢作为横梁，竖向龙骨采用通用钢管(80mm×60mm×5mm)，横向龙骨采用角钢(L50mm×5mm)。在其外龙骨的4个立面安装远红外抗热震陶瓷。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明以聚乙烯醇缩丁醛制备的红外辐射涂料经1100℃以上高温瓷化后，红外辐射涂层与基体的结合力增强，涂层抗热震性能提高了20～25%；
（2）通过喷枪喷射包覆层，陶瓷材料韧性提高了30～35%。
具体实施方式
首先按重量份数计，分别选取15～20份SiO2、10～30份MnO2、10～30份Al2O3、10～30份TiO2、10～30份MgO、10～30份Fe2O3、10～30份ZrO2和10～30份CeO2，将其置于球磨机中，并按总质量的40～50%，将聚乙烯醇缩丁醛缓慢滴加至球磨机，一边滴加一边对其碾磨，在250～300r/min速度下碾磨1.5～2h，制备得球磨聚合料浆；待碾磨完成后，将制得的球磨聚合料浆置于烘箱中，对其抽真空减压至-0.02～-0.01MPa，随后对其升温加热至95～100℃，随后，测试箱体压强，抽压保持其压力为-0.02～-0.01MPa，在95～100℃下，保温干燥6～8h；待保温干燥完成后，对其碾磨过筛，制备得80～120目粉料，随后，在20～30℃下，将粉料置于大小为10×10×1cm的不锈钢模具中，在30～32MPa下，通过粉末压片机将粉料压制10～20s，制备得干压胚体备用；按重量份数计，选取50～75份无水乙醇、5～10份的聚乙烯醇缩丁醛和20～40份的上述碾磨制备的80～120目粉料，在1200～1500r/min下搅拌混合，使粉体完全分散至无水乙醇中，搅拌分散10～15min，制备得陶瓷浆料；将上述陶瓷浆料置于喷枪中，在0.5～1.0MPa下，采用喷枪将陶瓷浆料喷射至上述制备的干压胚体中，将其包覆形成0.5～1cm的陶瓷浆料，随后在20～30℃下静置8～10h，使其自然固化后，将其送入温度为1200～1500℃的窑洞中，烧制20～24h，随后将其自然冷却退火10～12h，即可制备得一种远红外抗热震陶瓷。
实例1
首先按重量份数计，分别选取15份SiO2、15份MnO2、15份Al2O3、20份TiO2、15份MgO、10份Fe2O3、10份ZrO2和20份CeO2，将其置于球磨机中，并按总质量的40%，将聚乙烯醇缩丁醛缓慢滴加至球磨机，一边滴加一边对其碾磨，在250r/min速度下碾磨1.5h，制备得球磨聚合料浆；待碾磨完成后，将制得的球磨聚合料浆置于烘箱中，对其抽真空减压至-0.02MPa，随后对其升温加热至95℃，随后，测试箱体压强，抽压保持其压力为-0.02MPa，在95℃下，保温干燥6h；待保温干燥完成后，对其碾磨过筛，制备得80目粉料，随后，在20℃下，将粉料置于大小为10×10×1cm的不锈钢模具中，在30MPa下，通过粉末压片机将粉料压制10s，制备得干压胚体备用；按重量份数计，选取50份无水乙醇、5份的聚乙烯醇缩丁醛和20份的上述碾磨制备的80目粉料，在1200r/min下搅拌混合，使粉体完全分散至无水乙醇中，搅拌分散10min，制备得陶瓷浆料；将上述陶瓷浆料置于喷枪中，在0.5MPa下，采用喷枪将陶瓷浆料喷射至上述制备的干压胚体中，将其包覆形成0.5cm的陶瓷浆料，随后在20℃下静置8h，使其自然固化后，将其送入温度为1200℃的窑洞中，烧制20h，随后将其自然冷却退火10h，即可制备得一种远红外抗热震陶瓷。
将远红外抗热震陶瓷片背面距墙皮的间隔为30mm，将铸铁暖气片下沿距地面的高度设置为70mm，再将远红外抗热震陶瓷下沿距地面的高度设置为l00mm，装备即可制得远红外暖气装置。
实例2
首先按重量份数计，分别选取15份SiO2、15份MnO2、15份Al2O3、15份TiO2、15份MgO、15份Fe2O3、10份ZrO2和10份CeO2，将其置于球磨机中，并按总质量的45%，将聚乙烯醇缩丁醛缓慢滴加至球磨机，一边滴加一边对其碾磨，在275r/min速度下碾磨1.5h，制备得球磨聚合料浆；待碾磨完成后，将制得的球磨聚合料浆置于烘箱中，对其抽真空减压至-0.02MPa，随后对其升温加热至98℃，随后，测试箱体压强，抽压保持其压力为-0.02MPa，在98℃下，保温干燥7h；待保温干燥完成后，对其碾磨过筛，制备得100目粉料，随后，在25℃下，将粉料置于大小为10×10×1cm的不锈钢模具中，在31MPa下，通过粉末压片机将粉料压制15s，制备得干压胚体备用；按重量份数计，选取65份无水乙醇、8份的聚乙烯醇缩丁醛和23份的上述碾磨制备的100目粉料，在1350r/min下搅拌混合，使粉体完全分散至无水乙醇中，搅拌分散12min，制备得陶瓷浆料；将上述陶瓷浆料置于喷枪中，在0.7MPa下，采用喷枪将陶瓷浆料喷射至上述制备的干压胚体中，将其包覆形成0.7cm的陶瓷浆料，随后在25℃下静置9h，使其自然固化后，将其送入温度为1250℃的窑洞中，烧制22h，随后将其自然冷却退火11h，即可制备得一种远红外抗热震陶瓷。
将远红外抗热震陶瓷片背面距墙皮的间隔为40mm，将铸铁暖气片下沿距地面的高度设置为75mm，再将远红外抗热震陶瓷下沿距地面的高度设置为l25mm，装备即可制得远红外暖气装置。
实例3
首先按重量份数计，分别选取20份SiO2、10份MnO2、10份Al2O3、10份TiO2、10份MgO、10份Fe2O3、10份ZrO2和2份CeO2，将其置于球磨机中，并按总质量的50%，将聚乙烯醇缩丁醛缓慢滴加至球磨机，一边滴加一边对其碾磨，在300r/min速度下碾磨2h，制备得球磨聚合料浆；待碾磨完成后，将制得的球磨聚合料浆置于烘箱中，对其抽真空减压至-0.01MPa，随后对其升温加热至100℃，随后，测试箱体压强，抽压保持其压力为-0.01MPa，在100℃下，保温干燥8h；待保温干燥完成后，对其碾磨过筛，制备得120目粉料，随后，在30℃下，将粉料置于大小为10×10×1cm的不锈钢模具中，在32MPa下，通过粉末压片机将粉料压制20s，制备得干压胚体备用；按重量份数计，选取75份无水乙醇、5份的聚乙烯醇缩丁醛和20份的上述碾磨制备的120目粉料，在1500r/min下搅拌混合，使粉体完全分散至无水乙醇中，搅拌分散15min，制备得陶瓷浆料；将上述陶瓷浆料置于喷枪中，在1.0MPa下，采用喷枪将陶瓷浆料喷射至上述制备的干压胚体中，将其包覆形成1cm的陶瓷浆料，随后在30℃下静置10h，使其自然固化后，将其送入温度为1500℃的窑洞中，烧制24h，随后将其自然冷却退火12h，即可制备得一种远红外抗热震陶瓷。
将远红外抗热震陶瓷片背面距墙皮的间隔为50mm，将铸铁暖气片下沿距地面的高度设置为80mm，再将远红外抗热震陶瓷下沿距地面的高度设置为150mm，装备即可制得远红外暖气装置。

Claims (2)

1.一种远红外抗热震陶瓷的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）按重量份数计，分别选取15～20份SiO2、10～30份MnO2、10～30份Al2O3、10～30份TiO2、10～30份MgO、10～30份Fe2O3、10～30份ZrO2和10～30份CeO2，将其置于球磨机中，并按总质量的40～50%，将聚乙烯醇缩丁醛缓慢滴加至球磨机，一边滴加一边对其碾磨，在250～300r/min速度下碾磨1.5～2h，制备得球磨聚合料浆；
（2）待碾磨完成后，将制得的球磨聚合料浆置于烘箱中，对其抽真空减压至-0.02～-0.01MPa，随后对其升温加热至95～100℃后，测试箱体压强，抽压保持其压力为-0.02～-0.01MPa，在95～100℃下，保温干燥6～8h；
（3）待保温干燥完成后，对其碾磨过筛，制备得80～120目粉料，随后在20～30℃下，将粉料置于大小为10×10×1cm的不锈钢模具中，在30～32MPa下，通过粉末压片机将粉料压制10～20s，制备得干压胚体备用；
（4）按重量份数计，选取50～75份无水乙醇、5～10份的聚乙烯醇缩丁醛和20～40份的上述碾磨制备的80～120目粉料，在1200～1500r/min下搅拌混合，使粉体完全分散至无水乙醇中，搅拌分散10～15min，制备得陶瓷浆料；
（5）将上述陶瓷浆料置于喷枪中，在0.5～1.0MPa下，采用喷枪将陶瓷浆料喷射至上述制备的干压胚体中，将其包覆形成0.5～1cm的陶瓷浆料，随后在20～30℃下静置8～10h，使其自然固化后，将其送入温度为1200～1500℃的窑洞中，烧制20～24h，随后将其自然冷却退火10～12h，即可制备得一种远红外抗热震陶瓷。
2.根据权利要求书1所述的一种远红外抗热震陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述的远红外抗热震陶瓷，能够发射波长为8～14μm的远红外射线。
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