CN114853499A - 一种刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

一种刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114853499A
CN114853499A CN202210343017.1A CN202210343017A CN114853499A CN 114853499 A CN114853499 A CN 114853499A CN 202210343017 A CN202210343017 A CN 202210343017A CN 114853499 A CN114853499 A CN 114853499A
Authority
CN
China
Prior art keywords
parts
corundum powder
ceramic
ceramic material
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210343017.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114853499B (zh
Inventor
刘本学
朱陆益
许东
王新强
张光辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong University
Original Assignee
Shandong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University filed Critical Shandong University
Priority to CN202210343017.1A priority Critical patent/CN114853499B/zh
Publication of CN114853499A publication Critical patent/CN114853499A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114853499B publication Critical patent/CN114853499B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/06—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances
    • C04B38/063—Preparing or treating the raw materials individually or as batches
    • C04B38/0635—Compounding ingredients
    • C04B38/0645—Burnable, meltable, sublimable materials
    • C04B38/067—Macromolecular compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/62204—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products using waste materials or refuse
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/66—Monolithic refractories or refractory mortars, including those whether or not containing clay
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3225—Yttrium oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3227—Lanthanum oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3232—Titanium oxides or titanates, e.g. rutile or anatase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3244—Zirconium oxides, zirconates, hafnium oxides, hafnates, or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9607—Thermal properties, e.g. thermal expansion coefficient
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/60—Production of ceramic materials or ceramic elements, e.g. substitution of clay or shale by alternative raw materials, e.g. ashes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

本发明涉及一种刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料及其制备方法，包括原料刚玉粉、铝灰、无机酸、酚类化合物、醛类化合物、无机碱、遮光纳米粉体。本发明利用工业固废铝灰与无机酸反应生成的聚合铝胶体作为助烧剂，降低泡沫陶瓷烧成温度，同时利用酚类化合物与醛类化合物的原位羟醛缩合反应和可控相分离进程，在陶瓷浆料中反应生成直径可控球形造孔剂，其同时具有低温胶结作用。本发明的泡沫陶瓷使用温度≥1600℃，1600×24h下的加热永久线性收缩＜2％，热面1000℃导热系数≤0.175W/m·K，体积密度为600‑800kg/m3，抗压强度大于5MPa，具有优异的高温稳定性和隔热节能效果，可应用于多种高温工况，显著提高高耗能产业能效比和降低碳排放。

Description

一种刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料及其制备方法，属于耐火隔热节能技术领域。
背景技术
能源消耗主要来自于工业、建筑和运输耗能，其中工业耗能占总消耗60％。陶瓷烧成、钢铁冶炼、水泥煅烧、电解铝都是耗能较大的工业领域，它们的高温热处理工况大多超过1000℃，甚至超过1600℃，在向火面铺设耐火隔热材料有利于减少工况热能散失，节约能源，助力二氧化碳减排。应用于高温环境的耐火隔热材料需兼具高温稳定，低导热系数，并且具有一定的结构强度。
泡沫陶瓷材料是一种以陶瓷为三维交联骨架，内部填充大量空隙的多孔材料。根据孔结构的连通状态，泡沫陶瓷可以分为开孔泡沫陶瓷和闭孔泡沫陶瓷。闭孔结构对热对流传热的阻隔能力更强，通常闭孔泡沫陶瓷具有更低的导热系数和节能效果。
中国专利文献CN202110537350.1公开了以石英砂为原料，碳酸钙为发泡剂，硼砂为助熔剂，氧化锌、钠长石、锂长石、锂辉石为调节剂，制备一种表面致密的超轻全闭孔泡沫陶瓷的方法，由于该泡沫陶瓷的三维交联骨架为低耐火度的石英，不适宜应用于高温环境(大于1600℃)。中国专利文献CN202110878443.0公开了一种利用氧化铝粉为陶瓷基体，以颗粒状软木为造孔剂制备氧化铝多孔陶瓷的方法，虽然这种氧化铝多孔陶瓷可应用于高温窑炉炉衬材料，但是颗粒状软木为不规则形状，通过高温烧去后的孔结构为不规则球形孔，这种孔结构对空气热对流和热传导阻隔能力有限，材料的隔热性能差。另外，该方法需要烧成温度高于1500℃，产品生产能耗大，不利于降低生产成本和市场推广。
总结已有耐火隔热用泡沫陶瓷的研究报道可知，现有技术在制备泡沫陶瓷材料时存在以下问题：(1)耐火度低，高温稳定性差，不能满足1600℃以上的高温环境应用需求；(2)导热系数偏高，隔热性能不足，使用过程中对高温工况的节能效果不佳；(3)材料的烧成温度偏高，导致产品生产能效比大，成本高，市场应用不易接受。
因此，亟需研发一种兼具高温稳定性强、导热系数低、生产低能效、低成本的泡沫陶瓷材料及其制备方法。
发明内容：
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料及其制备方法，该泡沫陶瓷材料耐火度高、导热系数低，同时生产低能效、低成本。
术语解释：
超低导热：导热系数λ值为0.2W/m·K通常作为材料是否具有隔热节能效果的分界值， GB/T 17369-1998《建筑绝热材料的应用类型和基本要求》规定，建筑绝热材料的λ值一般不大于0.175W/m·K，本发明的超低导热为导热系数λ值小于0.175W/m·K。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料，包括如下重量份的原料：
刚玉粉70～80份，
铝灰3～5份，
无机酸1～2份，
酚类化合物20～30份，
醛类化合物20～30份，
无机碱5～10份，
遮光纳米粉体10～20份。
根据本发明优选的，刚玉粉粒度为D50＝5～10微米与D50＝20～30微米的组合，D50＝5～10 微米：D50＝20～30微米的粉体质量比为8:1～10:1，两种粉体中Na的质量含量小于0.1％。
根据本发明优选的，铝灰为电解铝产生的一次铝灰，铝的质量含量大于等于60％。
根据本发明优选的，所述的无机酸为磷酸、硝酸、盐酸、硫酸中的一种或两种以上组合。
进一步优选的，所述的无机酸为为硝酸和盐酸的混合物，硝酸与盐酸的质量比为(4- 5)：1。
根据本发明优选的，酚类化合物为1,3-萘二酚、4-乙基间苯二酚、间苯二酚、3-氨基酚中的一种或两种以上组合。
进一步优选的，酚类化合物为间苯二酚。
根据本发明优选的，醛类化合物为C1～C3的一元醛类化合物。
进一步优选的，醛类化合物为甲醛或乙醛。
根据本发明优选的，无机碱为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种以上组合。
进一步优选的，无机碱为氨水。
根据本发明优选的，遮光纳米粉体为氧化钇、氧化锆、氧化钛、氧化镧中的一种或两种以上组合。
上述刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将铝灰、无机酸、水按照质量比(3～5):(1～2):(50～80)加入防爆反应釜，搅拌混合使物料混合均匀，搅拌加热至80～90℃反应8-12小时，得到聚合铝胶体助烧剂；
(2)将70～80份刚玉粉分散到20～30份水中，然后加入酚类化合物20～30份，醛类化合物 20～30份，无机碱5～10份，加热到100～120℃，反应3-5小时，得到含造孔剂陶瓷浆料；
(3)将聚合铝胶体助烧剂与含造孔剂陶瓷浆料混合，加入遮光纳米粉体10～20份，球磨 3～5小时，得到悬浮陶瓷浆料；
(4)将悬浮陶瓷浆料倾倒入模具中，将模具的阳模压缩至设定高度，得到陶瓷湿坯；
(5)将陶瓷湿坯在100-120℃下干燥20-26小时，得到定型陶瓷素坯；
(6)将陶瓷素坯以2～5℃/min升温至400-600℃，保温1-3小时；然后以5～10℃/min 升温至1000-1300℃，保温1-3小时，随炉自然降温至室温，即得刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料。
根据本发明优选的，步骤(4)中，压缩方式为冷等静压，压制压力为150MPa-200MPa，保压时间为10-30min。
本发明采用特定的刚玉粉，低Na含量刚玉粉作为主要原料，Na的质量含量小于0.1％，泡沫陶瓷烧成后具有更好的耐高温特性。
本发明采用铝灰与无机酸反应生成的的聚合铝胶体作为助烧剂，聚合铝胶体活性高，低温干燥后即具有胶结陶瓷素坯的作用，随着热处理温度的提高，聚合铝胶体发生系列物相转变，胶结强度越来越大，并且促进刚玉粉烧结致密，极大降低泡沫陶瓷的烧成温度。
本发明采用酚类化合物与醛类化合物发生羟醛缩合反应制得含造孔剂陶瓷浆料，反应过程中严格控制无机碱加入量、反应温度，控制产物的相分离进程，获得具有尺寸可调控的酚醛树脂球形颗粒，填充于刚玉粉体形成的基体中。球形酚醛树脂颗粒作为造孔模板剂在高温烧成过程中被去除，留下丰富的闭孔结构。另外，原位反应生成的球形酚醛树脂颗粒具有胶粘活性，也起到胶结陶瓷坯体定型的作用。
本发明在陶瓷坯体中均匀引入遮光纳米粉体，具有高折射率的特性，对红外辐射的反射能力强。红外辐射是高温环境传热的主要机制，通过引入遮光纳米粉体，使本发明的泡沫陶瓷高温热导率得到极大降低。
本发明的有益效果：
1、本发明的泡沫陶瓷材料具有可控的球形泡孔结构，并含有高红外反射组分，具有超低热导率(热面1000℃热导率小于0.175W/mK)，同时耐火度高，使用温度≥1600℃，经过 1600℃ 24小时二次热处理后，线性收缩小于2％，体积密度为600-800kg/m3，抗压强度大于5MPa，因此，本发明的刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料兼具突出的高温稳定性和低导热系数，同时还具有高抗压强度。
2、本发明的泡沫陶瓷制备方法具有能耗低的特点，烧成温度小于1200℃，产业化可推广性好，产品竞争力强。
附图说明：
图1是实施例1获得的泡沫陶瓷光学照片；
图2是实施例1获得的泡沫陶瓷的XRD图谱；
图3是实施例1获得的泡沫陶瓷的抗压强度曲线；
图4是实施例1获得的泡沫陶瓷的热膨胀系数曲线；
图5是实施例1获得的泡沫陶瓷的导热系数曲线；
图6是实施例1获得的泡沫陶瓷的截面泡孔结构；
图7是实施例2获得的泡沫陶瓷的导热系数曲线；
图8是实施例3获得的泡沫陶瓷的截面泡孔结构。
具体实施方法
下面将对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更清楚地说明本发明的技术方案，因此只作示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
利用本发明的工艺设置的各组分成分、相对含量、工艺步骤、烧结制度可以得到超低导热高温稳定的泡沫陶瓷材料。
实施例1：
一种刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料，包括如下重量份数的组分：刚玉粉72份，铝灰 3份，硝酸与盐酸的质量比为4:1的混合物1份，间苯二酚20份，甲醛20份，氨水8份，氧化钇15份。
铝灰中的铝质量含量为65％，通过电感耦合等离子体-质谱联用(ICP-MS)技术测试得到。
刚玉粉为D50＝5～10微米：D50＝20～30微米质量比为8：1，利用X射线荧光光谱分析 (XRF)方法测得两种粒度的粉体的Na质量含量分别为0.038％(D50＝5～10微米)和0.049％(D50＝20～30微米)。
刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料制备方法，如下步骤：
(1)将3份铝灰、1份无机酸混合物、55份水加入防爆反应釜，加料顺序应为水、无机酸、铝灰，铝灰少量多次加入，开启搅拌，将反应釜升温至80℃，搅拌10小时使各物料反应充分，待停止反应降至室温时，得到灰白色的半透明溶液，略粘稠，得到聚合铝胶体助烧剂；
(2)按质量比8：1取D50＝5～10微米和D50＝20～30微米的两种粉体共计72份，将粉体倒入球磨罐，在球磨罐中依次加入20份间苯二酚，20份甲醛，8份氨水，20份水，将球磨罐置于100℃烘箱中，放置3小时，在加热的环境下，间苯二酚与甲醛在氨水的作用下发生羟醛缩合反应，经过相分离过程，形成球状间苯二酚-甲醛树脂球状颗粒，均匀分布在陶瓷粉之间，反应结束后，得到含造孔剂陶瓷浆料；
(3)步骤(1)和(2)得到的聚合铝胶体助烧剂和含造孔剂陶瓷浆料混合，并加入15份氧化钇，封闭球磨罐在球磨4小时，得到悬浮陶瓷浆料；
(4)将悬浮陶瓷浆料倾倒入模具中，根据刚玉粉的加入量和目标泡沫陶瓷密度，利用等静压的方法，将模具压至特定尺寸，并保压一定时间，脱模后即可得到陶瓷湿坯；
(5)将陶瓷湿坯置于110℃烘箱中干燥24小时，得到定型陶瓷素坯；
(6)将陶瓷素坯置于程序升温炉中，以2℃/min从室温升温至500℃，保温1小时，接着以5℃/min升温至1200℃，保温1小时，随炉自然降温至室温，即得泡沫陶瓷材料。
得到的泡沫陶瓷材料光学照片如图1所示，进行XRD测试，测试结果如图2所示。抗压强度、热膨胀系数、导热系数分别见图3、4、5所示，通过图3-图5可以看出，得到的泡沫陶瓷材料抗压强度高，热膨胀系数小，导热系数小，泡沫陶瓷的截面泡孔结构见图6，说明内部为均匀的多孔结构。
实施例2.
一种刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料，包括如下重量份数的组分：刚玉粉78份，铝灰 5份，硫酸1份，1,3-萘二酚25份，乙醛25份，氢氧化钾6份，氧化锆20份。
铝灰中的铝质量含量为70％，通过电感耦合等离子体-质谱联用(ICP-MS)技术测试得到。
刚玉粉为D50＝5～10微米：D50＝20～30微米质量比为9：1，利用X射线荧光光谱分析 (XRF)方法测得两种粒度的粉体的Na质量含量分别为0.04％(D50＝5～10微米)和0.043％ (D50＝20～30微米)。
刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将5份铝灰、1份无硫酸、55份水加入防爆反应釜，加料顺序应为水、无机酸、铝灰，铝灰少量多次加入，开启搅拌，将反应釜升温至90℃，搅拌10小时使各物料反应充分。待停止反应降至室温时，得到灰白色的半透明溶液，略粘稠，得到聚合铝胶体助烧剂；
(2)按质量比9：1取D50＝5～10微米和D50＝20～30微米的两种粉体共计78份，将粉体倒入球磨罐，在球磨罐中依次加入1,3-萘二酚25份，乙醛25份，氢氧化钾6份，28份水，将球磨罐置于110℃烘箱中，放置3小时。在加热的环境下，1,3-萘二酚与乙醛在氢氧化钾的作用下发生羟醛缩合反应，经过相分离过程，形成球状1,3-萘二酚-乙醛树脂球状颗粒，均匀分布在陶瓷粉之间。反应结束后，得到含造孔剂陶瓷浆料。
(3)步骤(1)和(2)得到的聚合铝胶体助烧剂和含造孔剂陶瓷浆料混合，并加入20份氧化锆，封闭球磨罐在球磨3小时，得到悬浮陶瓷浆料。
(4)将悬浮陶瓷浆料倾倒入模具中，根据刚玉粉的加入量和目标泡沫陶瓷密度，利用等静压的方法，将模具压至特定尺寸，并保压一定时间，脱模后即可得到陶瓷湿坯。
(5)将陶瓷湿坯置于110℃烘箱中干燥24小时，即可得到定型陶瓷素坯。
(6)将陶瓷素坯置于程序升温炉中，以3℃/min从室温升温至500℃，保温1小时，接着以8℃/min升温至1200℃，保温1小时，随炉自然降温至室温，即得泡沫陶瓷材料。得到的泡沫陶瓷材料导热系数分别见图7。
实施例3.
一种刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料，包括如下重量份数的组分：刚玉粉80份，铝灰 5份，硝酸与盐酸的质量比为5:1的混合物2份，3-氨基酚23份，甲醛23份，氨水10份，氧化钛20份。
铝灰中的铝质量含量为72％，通过电感耦合等离子体-质谱联用(ICP-MS)技术测试得到。
刚玉粉为D50＝5～10微米：D50＝20～30微米质量比为8：1，利用X射线荧光光谱分析 (XRF)方法测得两种粒度的粉体的Na质量含量分别为0.060％(D50＝5～10微米)和0.048％ (D50＝20～30微米)。
刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将5份铝灰、2份无机酸混合物、70份水加入防爆反应釜，加料顺序应为水、无机酸、铝灰，铝灰少量多次加入，开启搅拌，将反应釜升温至85℃，搅拌10小时使各物料反应充分。待停止反应降至室温时，得到灰白色的半透明溶液，略粘稠，得到聚合铝胶体助烧剂；
(2)按质量比8：1取D50＝5～10微米和D50＝20～30微米的两种粉体80份，将粉体倒入球磨罐，在球磨罐中依次加入23份3-氨基酚，23份甲醛，步骤(1)得到的助烧剂全部，10份氨水，26份水，将球磨罐置于120℃烘箱中，放置5小时。在加热的环境下，3-氨基酚与甲醛在氨水的作用下发生羟醛缩合反应，经过相分离过程，形成球状3-氨基酚-甲醛树脂球状颗粒，均匀分布在陶瓷粉之间。反应结束后，得到含造孔剂陶瓷浆料。
(3)步骤(1)和(2)得到的聚合铝助烧剂和含造孔剂陶瓷浆料混合，并加入20份氧化钛，封闭球磨罐球磨5小时，得到悬浮陶瓷浆料。
(4)将悬浮陶瓷浆料倾倒入模具中，根据刚玉粉的加入量和目标泡沫陶瓷密度，利用等静压的方法，将模具压至特定尺寸，并保压一定时间，脱模后即可得到陶瓷湿坯。
(5)将陶瓷湿坯置于110℃烘箱中干燥24小时，即可得到定型陶瓷素坯。
将陶瓷素坯置于程序升温炉中，以4℃/min从室温升温至500℃，保温1小时，接着以 8℃/min升温至1200℃，保温1小时，随炉自然降温至室温，即得泡沫陶瓷材料。
得到的泡沫陶瓷材料的截面泡孔结构见图8。
对比例1
同实施例1所述的刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料，不同的是，
72份刚玉粉全部为D50＝5～10微米，相比较于实施例1，烧成的泡沫陶瓷尺寸收缩大于 10％，表观密度偏离设计密度，产品尺寸不符合用户需求。
对比例2
同实施例1所述的刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料，不同的是，
步骤(2)称取的72份刚玉粉全部为D50＝20～30微米，相比较于实施例1，烧成的泡沫陶瓷抗压强度小于0.3MPa，表面掉粉严重。
对比例3
同实施例2所述的刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料，不同的是，
氨水为12份，相比较于实施例2，烧成的泡沫陶瓷泡孔偏大，抗压强度小于0.5MPa，热面1000℃导热系数大于0.25W/mK。
对比例4
同实施例2所述的刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料，不同的是，
D50＝5～10微米刚玉粉体Na质量含量大于0.1％，相比于实施例3，烧成的泡沫陶瓷在 1600℃二次热处理24小时，线性收缩大于5％，耐火度不能满足应用需求。
实验例
对实施例1-3制得的泡沫陶瓷的体积密度、抗压强度、热面1000℃导热系数，1600℃
二次热处理24小时线收缩率进行了测试和对比，结果如表1
表1.对实施例1-3制得的泡沫陶瓷的物理性能对比
Figure BDA0003575379120000081
与现有技术制备的泡沫陶瓷相比，实施例1-3制备的泡沫陶瓷具有体积密度低，高温导热系数低，耐火度高，烧成温度低的技术优势。本发明超低导热高温稳定的泡沫陶瓷材料在高温耐火隔热节能领域具有重要应用，本发明超低导热高温稳定的泡沫陶瓷材料制备方法具有较好的产业化优势。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料，包括如下重量份的原料：
刚玉粉70～80份，
铝灰3～5份，
无机酸1～2份，
酚类化合物20～30份，
醛类化合物20～30份，
无机碱5～10份，
遮光纳米粉体10～20份。
2.根据权利要求1所述的刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料，其特征在于，刚玉粉粒度为D50＝5～10微米与D50＝20～30微米的组合，D50＝5～10微米：D50＝20～30微米的粉体质量比为8:1～10:1，两种粉体中Na的质量含量小于0.1％。
3.根据权利要求1所述的刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料，其特征在于，铝灰为电解铝产生的一次铝灰，铝的质量含量大于等于60％。
4.根据权利要求1所述的刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料，其特征在于，所述的无机酸为磷酸、硝酸、盐酸、硫酸中的一种或两种以上组合，优选的，所述的无机酸为为硝酸和盐酸的混合物，硝酸与盐酸的质量比为(4-5)：1。
5.根据权利要求1所述的刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料，其特征在于，酚类化合物为1,3-萘二酚、4-乙基间苯二酚、间苯二酚、3-氨基酚中的一种或两种以上组合，优选的，酚类化合物为间苯二酚。
6.根据权利要求1所述的刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料，其特征在于，醛类化合物为C1～C3的一元醛类化合物，优选的，醛类化合物为甲醛或乙醛。
7.根据权利要求1所述的刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料，其特征在于，无机碱为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种以上组合，优选的，无机碱为氨水。
8.根据权利要求1所述的刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料，其特征在于，遮光纳米粉体为氧化钇、氧化锆、氧化钛、氧化镧中的一种或两种以上组合。
9.权利要求1-8任一所述的刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将铝灰、无机酸、水按照质量比(3～5):(1～2):(50～80)加入防爆反应釜，搅拌混合使物料混合均匀，搅拌加热至80～90℃反应8-12小时，得到聚合铝胶体助烧剂；
(2)将70～80份刚玉粉分散到20～30份水中，然后加入酚类化合物20～30份，醛类化合物20～30份，无机碱5～10份，加热到100～120℃，反应3-5小时，得到含造孔剂陶瓷浆料；
(3)将聚合铝胶体助烧剂与含造孔剂陶瓷浆料混合，加入遮光纳米粉体10～20份，球磨3～5小时，得到悬浮陶瓷浆料；
(4)将悬浮陶瓷浆料倾倒入模具中，将模具的阳模压缩至设定高度，得到陶瓷湿坯；
(5)将陶瓷湿坯在100-120℃下干燥20-26小时，得到定型陶瓷素坯；
(6)将陶瓷素坯以2～5℃/min升温至400-600℃，保温1-3小时；然后以5～10℃/min升温至1000-1300℃，保温1-3小时，随炉自然降温至室温，即得刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，压缩方式为冷等静压，压制压力为150MPa-200MPa，保压时间为10-30min。
CN202210343017.1A 2022-03-31 2022-03-31 一种刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料及其制备方法 Active CN114853499B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210343017.1A CN114853499B (zh) 2022-03-31 2022-03-31 一种刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210343017.1A CN114853499B (zh) 2022-03-31 2022-03-31 一种刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114853499A true CN114853499A (zh) 2022-08-05
CN114853499B CN114853499B (zh) 2023-04-07

Family

ID=82628770

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210343017.1A Active CN114853499B (zh) 2022-03-31 2022-03-31 一种刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114853499B (zh)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1443615A (en) * 1973-07-24 1976-07-21 Ngk Spark Plug Co Method of firing formed ceramic body
CN87106332A (zh) * 1986-09-16 1988-06-01 兰克西敦技术公司 具有致密表面的多孔陶瓷复合材料
JPH0891957A (ja) * 1994-09-26 1996-04-09 Kikusui Kagaku Kogyo Kk 多孔質セラミックの加工法および製品
US20070232707A1 (en) * 2004-09-29 2007-10-04 Sgl Carbon Ag Method of increasing the cell volume of PUR foams
JP2008174812A (ja) * 2007-01-19 2008-07-31 Nippon Valqua Ind Ltd 多孔質成形体およびその製造方法ならびにその用途
CN106542846A (zh) * 2016-11-01 2017-03-29 贵州师范大学 一种高比表面积高强度氧化铝泡沫陶瓷的制备方法
CN106865586A (zh) * 2017-02-24 2017-06-20 西北农林科技大学 一种制备氧化铝类气凝胶的方法
CN108002807A (zh) * 2017-11-17 2018-05-08 郑州游爱网络技术有限公司 一种比表面积大的多孔陶瓷及其制备方法
CN108689695A (zh) * 2018-05-29 2018-10-23 景德镇陶瓷大学 一种铝灰在高铝陶瓷中的应用方法及其制得的产品
CN109704722A (zh) * 2019-02-26 2019-05-03 东北大学 一种用铝灰制备泡沫陶瓷浆料的方法
CN112624793A (zh) * 2021-01-08 2021-04-09 罗焕焕 一种氧化铝基多孔陶瓷材料的制备方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1443615A (en) * 1973-07-24 1976-07-21 Ngk Spark Plug Co Method of firing formed ceramic body
CN87106332A (zh) * 1986-09-16 1988-06-01 兰克西敦技术公司 具有致密表面的多孔陶瓷复合材料
JPH0891957A (ja) * 1994-09-26 1996-04-09 Kikusui Kagaku Kogyo Kk 多孔質セラミックの加工法および製品
US20070232707A1 (en) * 2004-09-29 2007-10-04 Sgl Carbon Ag Method of increasing the cell volume of PUR foams
JP2008174812A (ja) * 2007-01-19 2008-07-31 Nippon Valqua Ind Ltd 多孔質成形体およびその製造方法ならびにその用途
CN106542846A (zh) * 2016-11-01 2017-03-29 贵州师范大学 一种高比表面积高强度氧化铝泡沫陶瓷的制备方法
CN106865586A (zh) * 2017-02-24 2017-06-20 西北农林科技大学 一种制备氧化铝类气凝胶的方法
CN108002807A (zh) * 2017-11-17 2018-05-08 郑州游爱网络技术有限公司 一种比表面积大的多孔陶瓷及其制备方法
CN108689695A (zh) * 2018-05-29 2018-10-23 景德镇陶瓷大学 一种铝灰在高铝陶瓷中的应用方法及其制得的产品
CN109704722A (zh) * 2019-02-26 2019-05-03 东北大学 一种用铝灰制备泡沫陶瓷浆料的方法
CN112624793A (zh) * 2021-01-08 2021-04-09 罗焕焕 一种氧化铝基多孔陶瓷材料的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YE DONG等: "Porous Al2O3 ceramics with spontaneously formed pores and enhanced strength prepared by indirect selective laser sintering combined with reaction bonding", 《CERAMICS INTERNATIONAL》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114853499B (zh) 2023-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3392226B1 (en) Magnesium aluminum spinel brick preparation method and magnesium aluminum spinel brick prepared using same
WO2018006835A1 (zh) 一种具有双重孔结构的耐高温轻质绝热材料及其制备方法
CN101955371B (zh) 一种闭合气孔泡沫陶瓷的制备方法
CN103804013B (zh) 一种多孔超高温陶瓷材料的制备方法
CN101734937A (zh) 一种轻质尖晶石质耐火砖及其制备方法
CN103274711B (zh) 一种高强低导镁铝尖晶石砖
CN103044065B (zh) 多孔氧化物陶瓷窑炉保温材料及其制备方法
CN101672079B (zh) 一种高石粉掺量多孔烧结砖制备方法
CN108395240B (zh) 磷酸镧的制备方法、磷酸镧多孔陶瓷及其制备方法和应用
CN103833383B (zh) 一种闭孔结构的刚玉-镁铝尖晶石质耐火骨料的制备方法
CN104193384A (zh) 一种氧化锆基多孔复合材料及其制备方法
CN112374873A (zh) 一种复合铬刚玉砖及其制备工艺
Liu et al. Kinetics of the reactive sintering of kaolinite-aluminum hydroxide extrudate
CN105777185A (zh) 一种赤泥质多孔陶瓷隔热材料及其制造工艺
CN110105044B (zh) 一种轻质高强纳米级微孔隔热材料
US20220089488A1 (en) Bionic Laminated Thermal Insulation Material
CN102557698A (zh) 一种含铝空心球轻质砖及其制备方法
CN105439620A (zh) 放电等离子烧结制备多孔氮化硅的方法
CN114853499B (zh) 一种刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料及其制备方法
CN108017397A (zh) 含石英砂的耐火砖及其制备方法
CN109111236A (zh) 一种多孔高强莫来石耐火原料的制备方法
CN109320274A (zh) 一种改进的氧化锆纤维板及其制备方法
Dias et al. Production and characterization of glass foams for thermal insulation
CN102390955B (zh) 一种陶粒保温砌块
CN104311109A (zh) 发泡注模、磷酸二氢铝胶结制备泡沫陶瓷的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant