CN111153711A - 一种具有高耐火极限可快速降温发泡陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有高耐火极限可快速降温发泡陶瓷及其制备方法，所述发泡陶瓷的合成原料包括如下物质：铝源，菱镁矿，晶体促进剂，锆英粉，发泡剂，所述发泡陶瓷中含有原位生成的莫来石和堇青石。本申请通过铝源以及菱镁矿的存在，在晶体促进剂的作用下，先生成镁铝尖晶石，并在下一个温度梯度下向堇青石以及莫来石转变，由于两个的连续转化过程，因此属于镁铝尖晶石的原位转化，从而可以提供一个较为稳定的骨架结构，可进一步提高发泡陶瓷的热稳定性。由于其生成的大量的为晶体而非玻璃体，因此能够提高发泡陶瓷的强度和热稳定性，从而可以增强发泡陶瓷的防爆性能，又能实现发泡陶瓷的快速退火。

Description

一种具有高耐火极限可快速降温发泡陶瓷及其制备方法
技术领域
本申请涉及一种具有高耐火极限可快速降温发泡陶瓷及其制备方法。
背景技术
发泡陶瓷一般以抛光瓷渣、花岗岩锯泥、铁矿尾矿和锂尾矿等固体废物作为主要原料，引入适量无机物，采用先进的生产工艺经高温发泡焙烧而成。发泡陶瓷因其封闭孔的结构特点，常温状态下具有保温隔热、隔音降噪、防水防潮的功能。但发泡陶瓷热稳定性是目前亟需解决的问题，特别是闭孔发泡陶瓷的闭气孔率高达90％以上，在受热的情况下温度逐渐升高，闭气孔内的气体膨胀，达到极限即会爆炸，整块发泡陶瓷就会四分五裂，失去保温防火、隔墙降噪的作用，严重威胁建筑物的使用安全。复合材料通常具有不同材料相互取长补短的良好综合性能。复合材料兼有两种或两种以上材料的特点，能改善单一材料的性能，如提高强度、增加韧性和改善介电性能等。作为高温结构材料用的陶瓷复合材料，主要用于宇航，军工等部门。此外，在机械、化工、电子技术等领域也广泛采用各种陶瓷复合材料。
发明内容
为了解决上述问题，本申请一方面提供了一种具有高耐火极限可快速降温发泡陶瓷，所述发泡陶瓷的合成原料包括如下物质：铝源，菱镁矿，晶体促进剂，锆英粉，发泡剂，所述发泡陶瓷中含有原位生成的莫来石和堇青石。本申请通过铝源以及菱镁矿的存在，在晶体促进剂的作用下，先生成镁铝尖晶石，并在下一个温度梯度下向堇青石以及莫来石转变，由于两个的连续转化过程，因此属于镁铝尖晶石的原位转化，从而可以提供一个较为稳定的骨架结构，可进一步提高发泡陶瓷的热稳定性。由于其生成的大量的为晶体而非玻璃体，因此能够提高发泡陶瓷的强度和热稳定性，从而可以增强发泡陶瓷的防爆性能，又能实现发泡陶瓷的快速退火。
优选的，所述晶体促进剂为氟化钙或者氟化铝。晶体促进剂的一个重要作用是提供氟，因此其他金属氟化物也可以作为本申请的晶体促进剂，也可本申请的保护范围之内。
优选的，所述铝源为高岭土或者铝矾土。
优选的，所述发泡剂为黑碳化硅、绿碳化硅、二氧化锰中的一种或者两种以上的任意配比。
优选的，所述菱镁矿为经700-1100℃温度下焙烧而成的焙烧菱镁矿。本申请所说的焙烧菱镁矿是轻烧，并不是完美分解而得到的氧化镁。
优选的，还包括基料，所述基料为固体废弃物，所述固体废弃物为抛光渣、花岗岩锯泥、金尾矿、锂尾矿、页岩中的一种或者两种以上的任意配比。基料作为发泡陶瓷的玻璃相加入，附着到本申请形成的骨架上，在增强骨架的同时，可在骨架的形成过程中提供SiO2、Al2O3等物质，因此本申请对于基料没有要求，基本上SiO2和Al2O3含量高的矿渣都可以采用。
优选的，所述发泡陶瓷的合成原料包括如下份数的物质：基料：70-85份；铝源：5-15份；菱镁矿：3-10份；晶体促进剂：1-5份；锆英粉：5-10份；发泡剂：0.2-1份。
另一方面，提供了一种具有高耐火极限可快速降温发泡陶瓷的合成方法，包括如下步骤：
提供基料、铝源、菱镁矿、晶体促进剂、发泡剂以及锆英石并进行混合；
混合完毕之后进行烧结，所述烧结过程使得铝源和镁源在第一温度下生成镁铝尖晶石，随后在第二温度下生成堇青石。混合完毕之后进行烧结，所述烧结过程使得铝源和镁源在第一温度下生成镁铝尖晶石，随后在第二温度下生成堇青石。第一温度选取在1000-1100℃，第二温度选取在1200-1350℃，主要的目的在于进行一个梯步转化，从而在镁铝尖晶石形成的基础上，原位生成堇青石以及莫来石的混合骨架，从而可以更好的起到支撑整体结构的作用。
优选的，所述第二温度高于第一温度。
优选的，包括如下步骤：
S1.配料：原料按重量份数取如下原料：基料：60-80份；铝源：10-20份；菱镁矿：10-20份；晶体促进剂：3-10份；锆英粉：5-10份；发泡剂：0.2-1份，基料以及高岭土的粒度控制在100～200目；
S2.球磨机湿磨：按如下质量比，原料：球：水＝1：2：0.6的比例入球磨罐，混合料经球磨机湿磨，细度控制万孔筛余小于5.0％；
S3.造粒：将湿磨后的混合料，喷雾造粒，粒径控制在40目～80目≥80％，干燥后含水率<7％；
S4.布料：造粒后的粉料通过输送机送至料仓，经陈腐24小时后，用布料机在模具内布料，布料前，在模具四周和底部用耐火纸铺贴，布料深度为模具深度的三分之二；
S5.烧结：经辊道窑或隧道窑烧结成产品。
本申请能够带来如下有益效果：本申请通过铝源以及菱镁矿的存在，在晶体促进剂的作用下，在较低温度下生成镁铝尖晶石，并持续向莫来石以及堇青石转变，由于两个的连续转化过程，因此属于镁铝尖晶石的原位转化，从而可以提供一个较为稳定的混合骨架结构，锆英粉在此过程中，也能起到辅助提高热稳定性作用，且可以对于堇青石以及莫来石骨架的形成起到一定的导向作用，从而得到高热稳定性以及高强度的发泡陶瓷。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为产品1的XRD图。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本申请进行详细阐述。
如图中所示，为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。
另外，在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
本申请通过如下的合成以及表征方面的实施例来说明该申请的具体实施方式，具体合成步骤如下：
S1.配料：按照表1的所示的原料进行取料，基料以及高岭土的粒度控制在100～200目；焙烧后的菱镁矿采用的方式是800℃焙烧半小时。
表1：
Figure BDA0002364208880000051
S2.球磨机湿磨：按如下质量比，原料：球：水＝1：2：0.6的比例入球磨罐，混合料经球磨机湿磨，细度控制万孔筛余小于5.0％；
S3.造粒：将湿磨后的混合料，喷雾造粒，粒径控制在40目～80目≥80％，干燥后含水率<7％；
S4.布料：造粒后的粉料通过输送机送至料仓，经陈腐24小时后，用布料机在模具内布料，布料前，在模具四周和底部用耐火纸铺贴，布料深度为模具深度的三分之二；
S5.烧结：经辊道窑或隧道窑进行两段烧结，以第一时间、第一温度进行第一段的烧结，然后中间间隔一间隔时间，最后再以第二时间、第二温度进行第二段的烧结，最终得到烧结后的产品，具体参数见表2；
表2：
Figure BDA0002364208880000061
S6.进行产品的表征，包括XRD，容重，抗压强度，耐火极限，热导系数的表征，对于XRD，产品1的XRD参见图1，其他产品与之类似，但是峰高有相应的差异，其他参数见表3。
表3：
产品编号 容重(kg/m3) 抗压强度(MPa) 耐火极限(h,100mm厚度) 热导系数(W/(m*K))
1 264 ≥8MPa ≥2h 0.06
2 250 ≥8MPa ≥2h 0.07
3 230 ≥7MPa ≥2h 0.07
4 365 ≥6MPa ≥2h 0.21
5 499 ≥5MPa ≥2h 0.22
6 518 ≥6MPa ≥2h 0.22
7 583 ≥7MPa ≥2h 0.24
8 210 ≥6MPa ≥2h 0.05
9 490 ≥6MPa ≥2h 0.22
10 528 ≥7MPa ≥2h 0.23
11 624 ≥6MPa ≥2h 0.27
注意：在表3的抗压强度中大于等于某个数值，表示其测量值在该数值以及该数值+1之间。
由此可见，原位生成的莫来石、堇青石可以提供一个低的容重和热导系数，以及满足要求的抗压强度和耐火极限。在晶体促进剂的作用下，先生成镁铝尖晶石，并在下一个温度梯度下向堇青石以及莫来石转变，由于两个的连续转化过程，因此属于镁铝尖晶石的原位转化，从而可以提供一个较为稳定的骨架结构，可进一步提高发泡陶瓷的热稳定性。由于其生成的大量的为晶体而非玻璃体，且在内部是存在的混合晶象，提供更加的连接结构，因此能够提高发泡陶瓷的强度和热稳定性，从而可以增强发泡陶瓷的防爆性能，又能实现发泡陶瓷的快速退火。通过观察，本申请的陶瓷1-3号样品焙烧完毕之后，拿出置于空气中后，其自然冷却的时间约需要2h，而11号样品却需要3h左右。推测是由于其一是孔隙结构发达，其二是1-3号样品形成了较为稳定的晶体结构，更加有利于热量的散发。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种具有高耐火极限可快速降温发泡陶瓷，其特征在于：所述发泡陶瓷的合成原料包括如下物质：铝源，菱镁矿，晶体促进剂，锆英粉，发泡剂，所述发泡陶瓷中含有原位生成的莫来石和堇青石。
2.根据权利要求1所述的一种具有高耐火极限可快速降温发泡陶瓷，其特征在于：所述晶体促进剂为氟化钙或者氟化铝。
3.根据权利要求1所述的一种具有高耐火极限可快速降温发泡陶瓷，其特征在于：所述铝源为高岭土或者铝矾土。
4.根据权利要求1所述的一种具有高耐火极限可快速降温发泡陶瓷，其特征在于：所述发泡剂为黑碳化硅、绿碳化硅、二氧化锰中的一种或者两种以上的任意配比。
5.根据权利要求1所述的一种具有高耐火极限可快速降温发泡陶瓷，其特征在于：所述菱镁矿为经700-1100℃温度下焙烧而成的焙烧菱镁矿。
6.根据权利要求1所述的一种具有高耐火极限可快速降温发泡陶瓷，其特征在于：还包括基料，所述基料为固体废弃物，所述固体废弃物为抛光渣、花岗岩锯泥、金尾矿、锂尾矿、页岩中的一种或者两种以上的任意配比。
7.根据权利要求6所述的一种具有高耐火极限可快速降温发泡陶瓷，其特征在于：所述发泡陶瓷的合成原料包括如下份数的物质：基料：70-85份；铝源：5-15份；菱镁矿：3-10份；晶体促进剂：1-5份；锆英粉：5-10份；发泡剂：0.2-1份。
8.一种具有高耐火极限可快速降温发泡陶瓷的合成方法，其特征在于：包括如下步骤：
提供基料、铝源、菱镁矿、晶体促进剂、发泡剂以及锆英石并进行混合；
混合完毕之后进行烧结，所述烧结过程使得铝源和镁源在第一温度下生成镁铝尖晶石，随后在第二温度下生成堇青石。
9.根据权利要求8所述的一种具有高耐火极限可快速降温发泡陶瓷的合成方法，其特征在于：所述第二温度高于第一温度。
10.根据权利要求8所述的一种具有高耐火极限可快速降温发泡陶瓷的合成方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1.配料：原料按重量份数取如下原料：基料：70-85份；铝源：5-15份；菱镁矿：3-10份；晶体促进剂：1-5份；锆英粉：5-10份；发泡剂：0.2-1份，基料以及高岭土的粒度控制在100～200目；
S2.球磨机湿磨：按如下质量比，原料：球：水＝1：2：0.6的比例入球磨罐，混合料经球磨机湿磨，细度控制万孔筛余小于5.0％；
S3.造粒：将湿磨后的混合料，喷雾造粒，粒径控制在40目～80目≥80％，干燥后含水率<7％；
S4.布料：造粒后的粉料通过输送机送至料仓，经陈腐24小时后，用布料机在模具内布料，布料前，在模具四周和底部用耐火纸铺贴，布料深度为模具深度的三分之二；
S5.烧结：经辊道窑或隧道窑烧结成产品。
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