CN108610088A - 一种氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氧化铝‑莫来石多孔隔热陶瓷及其制备方法。其技术方案是：以30～55wt％的莫来石细粉、30～55wt％的板状刚玉细粉、3～8wt％的α‑Al2O3微粉、3～8wt％的ρ‑Al2O3微粉、1～7wt％的硅微粉和0.1～0.3wt％的分散剂为原料，混合；再按所述原料∶聚苯乙烯泡沫球的体积比为100∶(30～50)和所述原料∶硅溶胶的质量比为100∶(10～25)，向所述原料中加入所述聚苯乙烯泡沫球和所述硅溶胶，湿混均匀，浇注成型，在20～40℃条件下养护24～48h，脱模；然后于40～110℃条件下干燥24～48h，在1300～1600℃条件下热处理1～5h，制得氧化铝‑莫来石多孔隔热陶瓷。本发明具有成本低廉和工艺简单的特点，所制制品高温性能优异和隔热性能良好。

Description

一种氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明属于多孔隔热陶瓷技术领域。具体涉及一种氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷及其制备方法。
背景技术
莫来石是Al2O3-SiO2二元相图中唯一稳定的二元化合物，多孔氧化铝-莫来石陶瓷相较于莫来石陶瓷具有更高的物理性能，因此广泛应用于过滤装置、催化剂载体和窑炉炉衬等。
在传统多孔陶瓷研究领域，关于多孔陶瓷的高温性能方面报道甚少，大部分报道均集中在多孔陶瓷的原料、造孔方法、添加剂对多孔莫来石陶瓷结构和性能的影响。如相关文献中，Rizwan等(R.Ahmad,M.S.Anwar,J.Kim,I.-H.Song,S.Z.Abbas,S.A.Ali,F.Ali,J.Ahmad,H.Bin Awais,M.Mehmood,Porosity features and gas permeability analysisof bi-modal porous alumina and mullite for filtration applications,CeramicsInternational,2016,42:18711-18717)结合了燃尽法和颗粒的部分烧结方法，制备出了孔径为双峰分布的多孔莫来石陶瓷，同样的，文中也没有提到多孔陶瓷的高温性能。Deng等(Deng X,Wang J,Liu J,Zhang H,Li F,Duan H,et al.Preparation andcharacterization of porous mullite ceramics via foam-gelcasting,CeramicsInternational,2015,41:9009-9017)采用发泡法制备出了莫来石多孔陶瓷，着重研究了料浆的流变行为，文中也没有提到其高温性能。
又如相关专利技术中，“一种莫来石-氧化铝多孔陶瓷的制备方法”(CN103708814)，该技术以聚硅氧烷为原料，添加聚硅氧烷交联剂，经交联、固化、干燥和烧结制得无开裂高强莫来石-氧化铝多孔陶瓷，但该技术制备的莫来石-氧化铝多孔陶瓷密度大和气孔率低，也没有提到材料的高温性能。再如“一种低成本保温隔热轻质多孔莫来石陶瓷的制备方法”(CN 103145444)，该技术以工业莫来石粉、淀粉、增稠剂和分散剂搅拌混合，加水搅拌得到陶瓷浆料，发泡后凝胶注模，加热固化，高温烧成，得到多孔莫来石陶瓷，其孔隙率大和导热系数低，然而该技术中没有提到陶瓷的高温抗折。
综上可知，在多孔陶瓷领域涉及到高温性能的文献接近空白，例如高温抗折、热导率；而随着工业的进步，工作条件愈加严苛，多孔陶瓷的高温性能难以满足使用要求。
发明内容
本发明旨在克服现有的技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、成本低廉的氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷的制备方法，用该方法制备的氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷隔热性能良好和高温性能优异。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：以30～55wt％的莫来石细粉、30～55wt％的板状刚玉细粉、3～8wt％的α-Al2O3微粉、3～8wt％的ρ-Al2O3微粉、1～7wt％的硅微粉和0.1～0.3wt％的分散剂为原料，混合；再按所述原料∶聚苯乙烯泡沫球的体积比为100∶(30～50)和所述原料∶硅溶胶的质量比为100∶(10～25)，向所述原料中加入所述聚苯乙烯泡沫球和所述硅溶胶，湿混均匀，浇注成型，在20～40℃条件下养护24～48h，脱模；然后于40～110℃条件下干燥24～48h，在1300～1600℃条件下热处理1～5h，制得氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷。
所述莫来石细粉的Al2O3含量为70～73wt％，莫来石细粉的粒径小于200μm。
所述板状刚玉细粉的Al2O3含量大于99wt％，板状刚玉细粉的粒径小于200μm。
所述α-Al2O3微粉的Al2O3含量大于99wt％，α-Al2O3微粉的粒径小于15μm。
所述ρ-Al2O3微粉的Al2O3含量大于90wt％，ρ-Al2O3微粉的粒径小于15μm。
所述硅微粉的SiO2含量大于90wt％，粒径小于1μm。
所述散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和聚乙二醇中的一种或两种。
所述聚苯乙烯泡沫球的粒径小于2mm。
所述硅溶胶的SiO2的固含量大于20wt％，硅溶胶的平均粒径小于100nm。
由于采取上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下积极效果：
本发明采用的原料易得，其制备过程只需将原料混合均匀，浇注成型，干燥后烧成，成本低廉和工艺简单。
本发明利用硅微粉和活性氧化铝高温下原位生成的莫来石陶瓷结合相来增强制品的高温力学性能；同时引入聚苯乙烯泡沫球，在高温条件下原位生成气孔降低材料的热导率。
本发明制备的氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷经检测：体积密度为1.10～1.70g/cm3；1400℃条件下的高温抗折强度为2～6MPa；400℃条件下的热导率为0.200～0.350W/(m·K)。
因此，本发明具有成本低廉和工艺简单的特点，所制备的氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷高温性能优异和隔热性能良好，具有较高的工业推广价值。
附图说明
图1是本发明制备的一种氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷的SEM图；
图2为图1所示技术方案的原料未加莫来石时所制制品的衍射图。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及到的物料统一描述如下，实验例中不再赘述：
所述莫来石细粉的Al2O3含量为70～73wt％，莫来石细粉的粒径小于200μm。
所述板状刚玉细粉的Al2O3含量大于99wt％，板状刚玉细粉的粒径小于200μm。
所述α-Al2O3微粉的Al2O3含量大于99wt％，α-Al2O3微粉的粒径小于15μm。
所述ρ-Al2O3微粉的Al2O3含量大于90wt％，ρ-Al2O3微粉的粒径小于15μm。
所述硅微粉的SiO2含量大于90wt％，粒径小于1μm。
所述聚苯乙烯泡沫球的粒径小于2mm。
所述硅溶胶的SiO2的固含量大于20wt％，硅溶胶的平均粒径小于100nm。
实施例1
一种氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
以30～35wt％的莫来石细粉、50～55wt％的板状刚玉细粉、3～6wt％的α-Al2O3微粉、5～8wt％的ρ-Al2O3微粉、1～3wt％的硅微粉和0.1～0.4wt％的分散剂为原料，混合；再按所述原料∶聚苯乙烯泡沫球的体积比为100∶(30～38)和所述原料∶硅溶胶的质量比为100∶(10～15)，向所述原料中加入所述聚苯乙烯泡沫球和所述硅溶胶，湿混均匀，浇注成型，在20～40℃条件下养护24～48h，脱模；然后于40～110℃条件下干燥24～48h，在1300～1600℃条件下热处理1～5h，制得氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷。
所述分散剂为三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的混合物
本实施例制备的氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷经检测：体积密度为1.30～1.70g/cm3；1400℃条件下的高温抗折强度为4～6MPa；400℃条件下的热导率为0.300～0.350W/(m·K)。
实施例2
一种氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
以35～40wt％的莫来石细粉、45～50wt％的板状刚玉细粉、3.5～6.5wt％的α-Al2O3微粉、4.5～7.5wt％的ρ-Al2O3微粉、2～4wt％的硅微粉和0.1～0.4wt％的分散剂为原料，混合；再按所述原料∶聚苯乙烯泡沫球的体积比为100∶(33～41)和所述原料∶硅溶胶的质量比为100∶(12.5～17.5)，向所述原料中加入所述聚苯乙烯泡沫球和所述硅溶胶，湿混均匀，浇注成型，在20～40℃条件下养护24～48h，脱模；然后于40～110℃条件下干燥24～48h，在1300～1600℃条件下热处理1～5h，制得氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷。
所述分散剂为三聚磷酸钠和聚乙二醇的混合物
本实施例制备的氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷经检测：体积密度为1.25～1.65g/cm3；1400℃条件下的高温抗折强度为3.5～5.5MPa；400℃条件下的热导率为0.275～0.325W/(m·K)。
实施例3
一种氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
以40～45wt％的莫来石细粉、40～45wt％的板状刚玉细粉、4～7wt％的α-Al2O3微粉、4～7wt％的ρ-Al2O3微粉、3～5wt％的硅微粉和0.1～0.4wt％的分散剂为原料，混合；再按所述原料∶聚苯乙烯泡沫球的体积比为100∶(36～44)和所述原料∶硅溶胶的质量比为100∶(15～20)，向所述原料中加入所述聚苯乙烯泡沫球和所述硅溶胶，湿混均匀，浇注成型，在20～40℃条件下养护24～48h，脱模；然后于40～110℃条件下干燥24～48h，在1300～1600℃条件下热处理1～5h，制得氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷。
所述分散剂为六偏磷酸钠。
本实施例制备的氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷经检测：体积密度为1.20～1.60g/cm3；1400℃条件下的高温抗折强度为3～5MPa；400℃条件下的热导率为0.250～0.300W/(m·K)。
实施例4
一种氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
以45～50wt％的莫来石细粉、35～40wt％的板状刚玉细粉、4.5～7.5wt％的α-Al2O3微粉、3.5～6.5wt％的ρ-Al2O3微粉、4～6wt％的硅微粉和0.1～0.4wt％的分散剂为原料，混合；再按所述原料∶聚苯乙烯泡沫球的体积比为100∶(39～47)和所述原料∶硅溶胶的质量比为100∶(17.5～22.5)，向所述原料中加入所述聚苯乙烯泡沫球和所述硅溶胶，湿混均匀，浇注成型，在20～40℃条件下养护24～48h，脱模；然后于40～110℃条件下干燥24～48h，在1300～1600℃条件下热处理1～5h，制得氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷。
所述分散剂为三聚磷酸钠。
本实施例制备的氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷经检测：体积密度为1.15～1.55g/cm3；1400℃条件下的高温抗折强度为2.5～4.5MPa；400℃条件下的热导率为0.225～0.275W/(m·K)。
实施例5
一种氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
以50～55wt％的莫来石细粉、30～35wt％的板状刚玉细粉、5～8wt％的α-Al2O3微粉、3～6wt％的ρ-Al2O3微粉、5～7wt％的硅微粉和0.1～0.4wt％的分散剂为原料，混合；再按所述原料∶聚苯乙烯泡沫球的体积比为100∶(42～50)和所述原料∶硅溶胶的质量比为100∶
(20～25)，向所述原料中加入所述聚苯乙烯泡沫球和所述硅溶胶，湿混均匀，浇注成型，在20～40℃条件下养护24～48h，脱模；然后于40～110℃条件下干燥24～48h，在1300～1600℃条件下热处理1～5h，制得氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷。
所述分散剂为聚乙二醇。
本实施例制备的氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷经检测：体积密度为1.10～1.50g/cm3；1400℃条件下的高温抗折强度为2～4MPa；400℃条件下的热导率为0.200～0.250W/(m·K)。
本具体实施方式与现有技术相比具有以下积极效果：
本具体实施方式采用的原料易得，其制备过程只需将原料混合均匀，浇注成型，干燥后烧成，成本低廉和工艺简单。
本具体实施方式利用硅微粉和活性氧化铝高温下原位生成的莫来石陶瓷结合相来增强制品的高温力学性能；同时引入聚苯乙烯泡沫球，在高温条件下原位生成气孔降低材料的热导率。
图1是实施例2制备的一种氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷的SEM图；图2为图1所示技术方案的原料未加莫来石时所制制品的衍射图。从图1可以看出，所制备的氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷基质部分原位生成了莫来石陶瓷结合相，而且基质部分含有大量的气孔。从图2可以看出，经1500℃×3h热处理后，制品中形成了大量的莫来石相，因此可以证明，在实施例2的技术条件下未加莫来石亦能形成新的莫来石相。
本具体实施方式制备的氧化铝-莫来石高温隔热陶瓷经检测：体积密度为1.10～1.70g/cm3；1400℃条件下的高温抗折强度为2～6MPa；400℃下热导率为0.200～0.350W/(m·K)；故高温性能优异，隔热性能良好，具有较高的工业推广价值。
因此本具体实施方式具有成本低廉，工艺简单的特点，所制备的氧化铝-莫来石高温隔热陶瓷高温性能优异，隔热性能良好。

Claims (10)

1.一种氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷的制备方法，其特征在于以30～55wt％的莫来石细粉、30～55wt％的板状刚玉细粉、3～8wt％的α-Al2O3微粉、3～8wt％的ρ-Al2O3微粉、1～7wt％的硅微粉和0.1～0.3wt％的分散剂为原料，混合；再按所述原料∶聚苯乙烯泡沫球的体积比为100∶(30～50)和所述原料∶硅溶胶的质量比为100∶(10～25)，向所述原料中加入所述聚苯乙烯泡沫球和所述硅溶胶，湿混均匀，浇注成型，在20～40℃条件下养护24～48h，脱模；然后于40～110℃条件下干燥24～48h，在1300～1600℃条件下热处理1～5h，制得氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷。
2.根据权利要求1所述氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷的制备方法，其特征在于所述莫来石细粉的Al2O3含量为70～73wt％，莫来石细粉的粒径小于200μm。
3.根据权利要求1所述氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷的制备方法，其特征在于所述板状刚玉细粉的Al2O3含量大于99wt％，板状刚玉细粉的粒径小于200μm。
4.根据权利要求1所述氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷的制备方法，其特征在于所述α-Al2O3微粉的Al2O3含量大于99wt％，α-Al2O3微粉的粒径小于15μm。
5.根据权利要求1所述氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷的制备方法，其特征在于所述ρ-Al2O3微粉的Al2O3含量大于90wt％，ρ-Al2O3微粉的粒径小于15μm。
6.根据权利要求1所述氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷的制备方法，其特征在于所述硅微粉的SiO2含量大于90wt％，粒径小于1μm。
7.根据权利要求1所述氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷的制备方法，其特征在于所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和聚乙二醇中的一种或两种。
8.根据权利要求1所述氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷的制备方法，其特征在于所述聚苯乙烯泡沫球的粒径小于2mm。
9.根据权利要求1所述氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷的制备方法，其特征在于所述硅溶胶的SiO2的固含量大于20wt％，硅溶胶的平均粒径小于100nm。
10.一种氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷，其特征在于所述氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷是根据权利要求1～9项中任一项所述氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷的制备方法所制备的氧化铝-莫来石多孔隔热陶瓷。
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