CN1223547C - 一种制备轻质高强氧化铝空心球陶瓷的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轻质高强氧化铝空心球陶瓷的制备方法。该轻质高强氧化铝陶瓷以磷酸溶液为结合剂，α-Al2O3微粉为基质料，氧化铝空心球为骨料，与致密耐火材料相比具有低密轻质、抗热震、保温性能好、低热容量等特点，与普通隔热材料相比具有耐压强度高、荷重软化温度高、重烧线收缩率低等特性，其不但可以做隔热层，也可以与火焰直接接触，是轻质结构超高温窑炉理想的内衬结构材料。此外，采用磷酸结合轻质氧化铝空心球制品具有低温烧结就可获得高强度的特点，经900℃保温4h后就可直接用于窑炉砌筑，在使用过程中通过二次烧结进一步提高其强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备轻质高强氧化铝空心球陶瓷的制备方法。
背景技术
在传统能源日益枯竭，而新能源发展缓慢的今天，当前最迫切的任务是开发轻质、高强、热震稳定性好、使用温度高能满足轻质结构超高温炉所需的内衬材料，改变传统的超高温窑炉由于采用重质结构而存在的热容量大、升温速率低、能耗大、使用寿命短、中期维修量大等缺点，节约能源，为人类可持续发展服务。
由于隔热材料是通过引入气孔的方式来获得低热导率，引入大量气孔导致隔热材料重烧线收缩率提高、荷重软化温度降低、高温蠕变严重、耐压强度降低，从而使隔热材料的使用温度很难提高，并使应用范围受到限制，因此寻找新的方法制备新的高温隔热材料一直是各国专家的工作重点。1986年苏联材料工作者采用增加Al2O3含量和成球预烧的办法，生产出使用温度可达1750℃的高温隔热材料；20世纪80年代中期又成功地生产出轻质氧化铝空心球陶瓷，氧化铝纤维等轻质隔热材料，使用温度可达1500～1800℃，不但可做隔热层，也可以与火焰直接接触。在现有的各种材质的隔热材料中，氧化铝隔热材料品种最多，使用温度高，隔热节能效果好，是当今重点发展的隔热材料，其中轻质氧化铝空心球陶瓷是隔热耐火材料技术进步的一个标志，它克服了原有泡沫氧化铝产品强度低、高温抗蠕变性能差的缺点，可直接接触火焰，可作为内衬结构材料使用，推动传统高温窑炉结构改造，为设计新型窑炉结构奠定基础。
轻质氧化铝空心球陶瓷以氧化铝空心球和α-Al2O3微粉为基本组成，引入结合剂提供粘结力采用震动加压成型方法制造。轻质氧化铝空心球陶瓷制品是一种球体连接网络，点面结合，以点为主，氧化铝空心球球壳呈拱壁形，具有分散力的作用，有较强的抗压能力，a-Al2O3微粉填充空隙，加强球体之间的结合强度，进一步提高轻质氧化铝空心球陶瓷制品耐压强度。其中氧化铝空心球相当于轻质氧化铝空心球陶瓷的骨料，其强度对轻质氧化铝空心球陶瓷材料产生明显影响。轻质氧化铝空心球陶瓷的强度与氧化铝空心球的级配、空心球与α-Al2O3微粉的比例及结合剂种类有关。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备轻质高强氧化铝空心球陶瓷的制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
1)把氧化铝空心球按4～3mm、3～2mm、2～1mm、1～0.2mm筛选分级后，依次按4～25∶7～16∶10～15∶14～39的重量百分比要求进行级配；
2)在级配好的氧化铝空心球中先加入磷酸结合剂，搅拌均匀，再加入α-Al2O3微粉搅拌10～100分钟，其中α-Al2O3微粉含量在氧化铝空心球陶瓷中占25～50wt％，磷酸结合剂用量控制在α-Al2O3微粉重量的30～35wt％；
3)采用振动加压方式制备各种所需尺寸定型砖和异形砖，或作不定型浇注料，定型砖或异形砖经50～90℃烘干脱模之后于1700℃保温2～8小时烧成，或者是定型砖或异形砖经50～90℃烘干脱模之后于900℃烧成后直接砌筑，在使用过程中提高结合强度。
所说的α-Al2O3微粉的D50为0.2～7μm。
所说的磷酸结合剂为浓度为8～60wt％的化学纯磷酸溶液。
本发明具有的有益的效果是：该轻质高强氧化铝陶瓷以磷酸溶液为结合剂，α-Al2O3微粉为基质料，氧化铝空心球为骨料，与致密耐火材料相比具有低密轻质、抗热震、保温性能好、低热容量等特点，与普通隔热材料相比具有耐压强度高、荷重软化温度高、重烧线收缩率低等特性，其不但可以做隔热层，也可以与火焰直接接触，是轻质结构超高温窑炉理想的内衬结构材料。此外，采用磷酸结合轻质氧化铝空心球制品具有低温烧结就可获得高强度的特点，经900℃保温4h后就可直接用于窑炉砌筑，在使用过程中通过二次烧结进一步提高其强度。
具体实施方式
本发明根据不连续尺寸颗粒的堆积和连续尺寸颗粒的分布与堆积对氧化铝空心球进行最佳匹配，并采用磷酸溶液作为结合剂制备出性能优良的轻质氧化铝空心球陶瓷。不同密度的轻质氧化铝空心球陶瓷匹配如表1所示；采用的磷酸溶液的浓度为12.5％～50％；轻质氧化铝空心球陶瓷耐压强度在10～30MPa，抗折强度在5～12MPa。表2和表3是不同磷酸溶液浓度和密度的轻质氧化铝空心球陶瓷抗折强度和耐压强度。此外，采用25％浓度磷酸为结合剂制备的密度为1.4g/cm3的轻质氧化铝空心球陶瓷经900℃烧结后耐压强度能达到11.8MPa，可直接用于窑炉砌筑，在使用过程中通过二次烧结可进一步提高其强度，具有的完烧结强度高的特点。
表1不同密度的轻质氧化铝空心球陶瓷级配及)a-Al2O3微粉比例
| 编号 | 体积密度，g/cm3 | 氧化铝空心球匹配比例，wt％ | α-Al2O3微粉，wt％ | |||
| 4～3mm | 3～2mm | 2～1mm | 1～0.2mm | |||
| G1 | 1.2 | 25 | 16 | 15 | 14 | 30 |
| G2 | 1.4 | 10 | 12 | 15 | 28 | 35 |
| G3 | 1.6 | 4 | 7 | 10 | 39 | 40 |
表2磷酸结合轻质氧化铝空心球陶瓷的耐压强度
| 编号 | 结合剂 | 结合剂浓度 | 耐压强度，MPa | ||
| 密度(1.2)g/cm3 | 密度(1.4)g/cm3 | 密度(1.6)g/cm3 | |||
| E1 | 磷酸 | 50％ | 11.28 | 22.80 | 29.67 |
| E2 | 25％ | 18.23 | |||
| E3 | 12.5％ | 12.72 | |||
表3磷酸结合轻质氧化铝空心球陶瓷的抗折强度
| 编号 | 结合剂 | 结合剂浓度 | 抗折强度，MPa | ||
| 密度(1.2)g/cm3 | 密度(1.4)g/cm3 | 密度(1.6)g/cm3 | |||
| E1 | 磷酸 | 50％ | 5.07 | 9.30 | 11.45 |
| E2 | 25％ | 7.50 | |||
| E3 | 12.5％ | 6.56 | |||
Claims (3)
1、一种轻质高强氧化铝空心球陶瓷的制备方法，其特征在于制备工艺过程如下：
1)把氧化铝空心球按4～3mm、3～2mm、2～1mm、1～0.2mm筛选分级后，依次按4～25∶7～16∶10～15∶14～39的重量百分比要求进行级配；
2)在级配好的氧化铝空心球中先加入磷酸结合剂，搅拌均匀，再加入α-Al2O3微粉搅拌10～100分钟，其中α-Al2O3微粉含量在氧化铝空心球陶瓷中占25～50wt％，磷酸结合剂用量控制在α-Al2O3微粉重量的30～35wt％；
3)采用振动加压方式制备各种所需尺寸定型砖和异形砖，或作不定型浇注料，定型砖或异形砖经50～90℃烘干脱模之后于1700℃保温2～8小时烧成，或者是定型砖或异形砖经50～90℃烘干脱模之后于900℃烧成后直接砌筑，在使用过程中提高结合强度。
2、根据权利要求1所述的一种轻质高强氧化铝空心球陶瓷的制备方法，其特征在于：所说的α-Al2O3微粉的D50为0.2～7μm。
3、根据权利要求1所述的一种轻质高强氧化铝空心球陶瓷的制备方法，其特征在于：所说的磷酸结合剂为浓度为8～60wt％的化学纯磷酸溶液。
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