一种陶瓷纤维隔热板
技术领域
本发明涉及无机耐火材料领域,特别涉及一种陶瓷纤维隔热板。
背景技术
保温绝热,是实现节约能源、保障经济可持续发展的重要措施之一。高温工业的发展,对保温隔热材料提出了更高要求,如高效、节能、高强、低导和防水等。为此,人们一直在寻求与研究具有低导热系数、高红外反射率和微孔化的高温工业用新型保温隔热材料。陶瓷纤维是一种纤维状轻质耐火材料,由其制成的保温隔热材料具有耐高温、热稳定性好、导热率低和耐机械震动等优点,因而在机械、冶金、石化、建材和电子等行业都得到了广泛的应用。陶瓷纤维组成和结构的差异直接决定了纤维的高低温强度、抗蠕变性、弹性模量等,纤维的长度决定了纤维制品的最终形式,有些纤维可纺布、可制毯、可造纸,有些纤维就不行,最终决定了不同纤维制品各自专有的应用领域。现有的陶瓷纤维材料并不能够满足使用需要,因此,需要陶瓷纤维的性能进一步提高。
发明内容
本发明的发明目的在于:针对上述存在的问题,提供一种陶瓷纤维隔热板,在满足耐高温的前提下,还具有高的高红外反射率,其体积密度和高温导热系数低,具有优异的隔热性能,同时,其优良的抗折强度可长期用于高温隔热领域。
本发明采用的技术方案如下:一种陶瓷纤维隔热板,所述陶瓷纤维隔热板由以下重量份数的原料制成:纳米二氧化钛3-5份,纳米级氧化铝4-9 份,五氧化二钒2-8 份,纳米级碳化硅5-7 份,微米级碳化硅35-45份,分散剂1-5 份,锆乳胶3-4份,白云石粉4-8份,微米级氧化铝30-40 份。
进一步,所述纳米级氧化铝的粒径为55-70nm,所述微米级氧化铝的粒径为12-17μm,所述纳米级二氧化钛的粒径为20-40nm,所述纳米级碳化硅的粒径为30-40nm,所述微米级碳化硅的粒径为4-8μm。
进一步,所述分散剂为硅酸钠与碳酸钙的混合物,所述硅酸钠与碳酸钙按质量比3:1混合,所述锆乳胶为二氧化锆、三氧化二钇和过氧化氢的混合物,所述二氧化锆和三氧化二钇的质量比为95:5,所述二氧化锆与过氧化氢的质量比为1:5。
进一步,所述陶瓷纤维隔热板由以下重量份数的原料制成:纳米二氧化钛4份,纳米级氧化铝6 份,五氧化二钒4 份,纳米级碳化硅6 份,微米级碳化硅40份,分散剂3 份,锆乳胶3.5份,白云石粉6份,微米级氧化铝35份,所述纳米级氧化铝的粒径为60nm,所述微米级氧化铝的粒径为15μm,所述纳米级二氧化钛的粒径为30nm,所述纳米级碳化硅的粒径为35nm,所述微米级碳化硅的粒径为7μm。
进一步,所述陶瓷纤维隔热板的制备工艺包括以下几个步骤:
步骤1、将配比好的纳米二氧化钛、纳米级氧化铝、五氧化二钒、纳米级碳化硅、微米级碳化硅、分散剂、锆乳胶、白云石粉和微米级氧化铝在搅拌机中混合搅拌,直至搅拌均匀;
步骤2、将模具置于搅拌的料浆池中,打开真空泵,通过真空吸滤成型,获得形状稳定的陶瓷纤维板湿坯;
步骤3、将获得的陶瓷纤维板湿坯置于烘干机中烘干40h,烘干温度为160-170℃,直至含水率低于0.7%;
步骤4、将烘干后的陶瓷纤维板湿坯置于1250-1350℃中煅烧,升温速率为7℃/min,煅烧时间为2-3h,然后随炉冷却,得到陶瓷纤维隔热板。
进一步,所述步骤2中,真空吸滤成型时控制压力为5-7MPa,所用模具为四周带孔的不锈钢模具。
在本发明的陶瓷纤维材料中,二氧化锆是一种耐高温可达2000℃以上的物质,以胶的方式均匀的加入到陶瓷纤维板中去,经过高温时,它会变成丝状,像蜘蛛网一样形成一个网状丝团,使纤维不分散,锆乳胶采用二氧化锆、三氧化二钇和过氧化氢三者混合,能够使二氧化锆本身进行乳化,形成液体状态,混合在陶瓷纤维板中,当遇到高温时,它会自行转化,形成氧化锆纤维;分散剂采用硅酸钠和碳酸钙混合,这两种物质都是无机结合剂,在低温时它们共同作用具有良好的结合和分散性能,在整个产品的制作工艺过程中起着纤维分散均匀、坯态成型等重要的作用;以氧化铝和碳化硅为基料的陶瓷纤维具有高强度和优良的耐高温性能,机械性能良好,为了解决在制备过程中氧化铝和碳化硅复合材料的界面结合问题,采用纳米级和微米级别的氧化铝和碳化硅,实现了陶瓷材料在无压烧结的条件下达到理论密度,同时降低了烧结温度,使本发明的陶瓷纤维稳定性更好,成型更好;陶瓷纤维中加入纳米级二氧化钛可以在一定程度上调整陶瓷纤维结构、提高使用温度,二氧化钛在陶瓷纤维中能使陶瓷纤维析出锐钛型二氧化钛晶相和少量金红石型二氧化钛,而抑制其他相析出,如钙硅酸盐晶相,析出的晶相对近红外线的反射比较大,提高了陶瓷纤维对热辐射的反射率,确保了陶瓷纤维具有良好的隔热性能。
综上所述,由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:本发明的陶瓷纤维隔热板,在满足耐高温的前提下,具有高的高红外反射率,其体积密度和高温导热系数低,具有优异的隔热性能,同时,其优良的抗折强度可长期用于高温隔热领域。
具体实施方式
下面结合实施例,对本发明作详细的说明。
为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例一
一种陶瓷纤维隔热板,所述陶瓷纤维隔热板由以下重量份数的原料制成:纳米二氧化钛3份,纳米级氧化铝4 份,五氧化二钒2 份,纳米级碳化硅5份,微米级碳化硅35份,分散剂1 份,锆乳胶3份,白云石粉4份,微米级氧化铝30份;所述纳米级氧化铝的粒径为55nm,所述微米级氧化铝的粒径为12μm,所述纳米级二氧化钛的粒径为40nm,所述纳米级碳化硅的粒径为40nm,所述微米级碳化硅的粒径为8μm;所述分散剂为硅酸钠与碳酸钙的混合物,所述硅酸钠与碳酸钙按质量比3:1混合,所述锆乳胶为二氧化锆、三氧化二钇和过氧化氢的混合物,所述二氧化锆和三氧化二钇的质量比为95:5,所述二氧化锆与过氧化氢的质量比为1:5。
在本实施例中,所述陶瓷纤维隔热板的制备工艺包括以下几个步骤:
步骤1、将配比好的纳米二氧化钛、纳米级氧化铝、五氧化二钒、纳米级碳化硅、微米级碳化硅、分散剂、锆乳胶、白云石粉和微米级氧化铝在搅拌机中混合搅拌,直至搅拌均匀;
步骤2、将模具置于搅拌的料浆池中,打开真空泵,通过真空吸滤成型,获得形状稳定的陶瓷纤维板湿坯;
步骤3、将获得的陶瓷纤维板湿坯置于烘干机中烘干40h,烘干温度为160-170℃,直至含水率低于0.7%;
步骤4、将烘干后的陶瓷纤维板湿坯置于1250℃中煅烧,升温速率为7℃/min,煅烧时间为2-3h,然后随炉冷却,得到陶瓷纤维隔热板。
所述步骤2中,真空吸滤成型时控制压力为5MPa,所用模具为四周带孔的不锈钢模具。
实施例二
一种陶瓷纤维隔热板,所述陶瓷纤维隔热板由以下重量份数的原料制成:纳米二氧化钛5份,纳米级氧化铝9 份,五氧化二钒8 份,纳米级碳化硅7 份,微米级碳化硅45份,分散剂5 份,锆乳胶4份,白云石粉8份,微米级氧化铝40 份;所述纳米级氧化铝的粒径为70nm,所述微米级氧化铝的粒径为17μm,所述纳米级二氧化钛的粒径为20nm,所述纳米级碳化硅的粒径为30nm,所述微米级碳化硅的粒径为4μm;所述分散剂为硅酸钠与碳酸钙的混合物,所述硅酸钠与碳酸钙按质量比3:1混合,所述锆乳胶为二氧化锆、三氧化二钇和过氧化氢的混合物,所述二氧化锆和三氧化二钇的质量比为95:5,所述二氧化锆与过氧化氢的质量比为1:5。
在本实施例中,所述陶瓷纤维隔热板的制备工艺包括以下几个步骤:
步骤1、将配比好的纳米二氧化钛、纳米级氧化铝、五氧化二钒、纳米级碳化硅、微米级碳化硅、分散剂、锆乳胶、白云石粉和微米级氧化铝在搅拌机中混合搅拌,直至搅拌均匀;
步骤2、将模具置于搅拌的料浆池中,打开真空泵,通过真空吸滤成型,获得形状稳定的陶瓷纤维板湿坯;
步骤3、将获得的陶瓷纤维板湿坯置于烘干机中烘干40h,烘干温度为160-170℃,直至含水率低于0.7%;
步骤4、将烘干后的陶瓷纤维板湿坯置于1350℃中煅烧,升温速率为7℃/min,煅烧时间为2-3h,然后随炉冷却,得到陶瓷纤维隔热板。
所述步骤2中,真空吸滤成型时控制压力为7MPa,所用模具为四周带孔的不锈钢模具。
实施例三
一种陶瓷纤维隔热板,所述陶瓷纤维隔热板由以下重量份数的原料制成:纳米二氧化钛4份,纳米级氧化铝6 份,五氧化二钒4 份,纳米级碳化硅6 份,微米级碳化硅40份,分散剂3 份,锆乳胶3.5份,白云石粉6份,微米级氧化铝35份;所述纳米级氧化铝的粒径为60nm,所述微米级氧化铝的粒径为15μm,所述纳米级二氧化钛的粒径为30nm,所述纳米级碳化硅的粒径为35nm,所述微米级碳化硅的粒径为7μm;所述分散剂为硅酸钠与碳酸钙的混合物,所述硅酸钠与碳酸钙按质量比3:1混合,所述锆乳胶为二氧化锆、三氧化二钇和过氧化氢的混合物,所述二氧化锆和三氧化二钇的质量比为95:5,所述二氧化锆与过氧化氢的质量比为1:5。
在本实施例中,所述陶瓷纤维隔热板的制备工艺包括以下几个步骤:
步骤1、将配比好的纳米二氧化钛、纳米级氧化铝、五氧化二钒、纳米级碳化硅、微米级碳化硅、分散剂、锆乳胶、白云石粉和微米级氧化铝在搅拌机中混合搅拌,直至搅拌均匀;
步骤2、将模具置于搅拌的料浆池中,打开真空泵,通过真空吸滤成型,获得形状稳定的陶瓷纤维板湿坯;
步骤3、将获得的陶瓷纤维板湿坯置于烘干机中烘干40h,烘干温度为160-170℃,直至含水率低于0.7%;
步骤4、将烘干后的陶瓷纤维板湿坯置于1300℃中煅烧,升温速率为7℃/min,煅烧时间为2-3h,然后随炉冷却,得到陶瓷纤维隔热板。
所述步骤2中,真空吸滤成型时控制压力为6MPa,所用模具为四周带孔的不锈钢模具。
实施例四
一种陶瓷纤维隔热板,所述陶瓷纤维隔热板由以下重量份数的原料制成:纳米二氧化钛4份,纳米级氧化铝8 份,五氧化二钒4 份,纳米级碳化硅7 份,微米级碳化硅42份,分散剂4份,锆乳胶4份,白云石粉4-8份,微米级氧化铝48份;所述纳米级氧化铝的粒径为65nm,所述微米级氧化铝的粒径为17μm,所述纳米级二氧化钛的粒径为40nm,所述纳米级碳化硅的粒径为35nm,所述微米级碳化硅的粒径为8μm;所述分散剂为硅酸钠与碳酸钙的混合物,所述硅酸钠与碳酸钙按质量比3:1混合,所述锆乳胶为二氧化锆、三氧化二钇和过氧化氢的混合物,所述二氧化锆和三氧化二钇的质量比为95:5,所述二氧化锆与过氧化氢的质量比为1:5。
在本实施例中,所述陶瓷纤维隔热板的制备工艺包括以下几个步骤:
步骤1、将配比好的纳米二氧化钛、纳米级氧化铝、五氧化二钒、纳米级碳化硅、微米级碳化硅、分散剂、锆乳胶、白云石粉和微米级氧化铝在搅拌机中混合搅拌,直至搅拌均匀;
步骤2、将模具置于搅拌的料浆池中,打开真空泵,通过真空吸滤成型,获得形状稳定的陶瓷纤维板湿坯;
步骤3、将获得的陶瓷纤维板湿坯置于烘干机中烘干40h,烘干温度为160-170℃,直至含水率低于0.7%;
步骤4、将烘干后的陶瓷纤维板湿坯置于1310℃中煅烧,升温速率为7℃/min,煅烧时间为2-3h,然后随炉冷却,得到陶瓷纤维隔热板。
所述步骤2中,真空吸滤成型时控制压力为6MPa,所用模具为四周带孔的不锈钢模具。
上述各实施例制得的陶瓷纤维隔热板的主要性能参数如下表所示:
由上表可知,本发明的陶瓷纤维隔热板的体积密度达到0.50 g/ cm3,在1000℃时的热导热系数达到0.10 W/(m·K),抗折强度不小于0.41 MPa,因此具有优异的隔热性能,而其优良的抗折强度可长期用于高温隔热领域。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。