RU2479552C1 - Method of producing heat insulating material - Google Patents
Method of producing heat insulating material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2479552C1 RU2479552C1 RU2011144655/03A RU2011144655A RU2479552C1 RU 2479552 C1 RU2479552 C1 RU 2479552C1 RU 2011144655/03 A RU2011144655/03 A RU 2011144655/03A RU 2011144655 A RU2011144655 A RU 2011144655A RU 2479552 C1 RU2479552 C1 RU 2479552C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- potassium titanate
- mixture
- amorphous
- heat insulating
- tio
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области производства теплоизоляционных материалов для техники, промышленности строительных и огнеупорных материалов и строительства, и может быть использовано для повышения энергоэффективности термического оборудования, для выполнения теплоизолирующего слоя промышленных установок, работающих при высоких температурах (печи, тепловые и холодильные установки; трубопроводы сжиженного газа, теплоизоляции фундаментов зданий и сооружений, работающих в условиях вечной мерзлоты (низких температур), а также для обеспечения пожаробезопасности установок, зданий и сооружений.The invention relates to the field of production of heat-insulating materials for engineering, the building and refractory materials industry and construction, and can be used to increase the energy efficiency of thermal equipment, to perform a heat-insulating layer of industrial plants operating at high temperatures (furnaces, thermal and refrigeration units; liquefied gas pipelines , thermal insulation of the foundations of buildings and structures operating in permafrost (low temperatures), as well as for fire safety cookies for installations, buildings and structures.
Волокнистые кристаллические титанаты калия широко используются в качестве компонента легковесных огнеупорных материалов и гранулированных наполнителей. Это связано с их высокой механической прочностью (прочность на разрыв до 2 ГПа), низкой теплопроводностью (0,02-0,03 Вт/(см·К)) и высокой отражающей способностью для излучения в ближней области ИК-спектра (тепловое излучение), составляющей для различных его модификаций 93-97% при толщине 0,3 мм (см., например, статью: Mitsuhashi Т., Tanaka H., Fujiki Y., Thermal properties of sintered potassium hexatitanate. J. Ceram. Soc. Jap. - 1982. - V.90. - No1047. - P.676-678).Fibrous crystalline potassium titanates are widely used as a component of lightweight refractory materials and granular fillers. This is due to their high mechanical strength (tensile strength up to 2 GPa), low thermal conductivity (0.02-0.03 W / (cm · K)) and high reflectivity for radiation in the near infrared region (thermal radiation) , which constitutes 93-97% for its various modifications with a thickness of 0.3 mm (see, for example, the article: Mitsuhashi T., Tanaka H., Fujiki Y., Thermal properties of sintered potassium hexatitanate. J. Ceram. Soc. Jap . - 1982. - V.90. - No1047. - P.676-678).
Простейшим вариантом теплоизоляционных материалов и легковесных наполнителей на основе волокнистых кристаллических титанатов калия являются материалы, получаемые при просушивании водных дисперсий, состоящих из титаната калия или его смесей с другими минеральными волокнами и теплоизоляционными материалами.The simplest version of heat-insulating materials and lightweight fillers based on fibrous crystalline potassium titanates are materials obtained by drying aqueous dispersions consisting of potassium titanate or its mixtures with other mineral fibers and heat-insulating materials.
Например, известен способ по патенту Японии №60065199 от 1985.04.13, МПК: B01D 39/20; D21H 13/46, в котором листовой теплоизоляционный материал получают на основе волокнистых титанатов калия (90-10%) и водных дисперсий ультратонкого минерального алюмосиликатного волокна (10-90%), и вспученной слюды (20% сверх суммарного содержания волокон); материал пригоден к эксплуатации без деформации при температурах до 800°С. Подобные материалы имеют прекрасные теплоизоляционные характеристики; однако недостатком данного способа является очень низкая механическая прочность получаемых материалов, они легко крошатся при минимальных механических воздействиях. В этой связи более привлекательны теплоизоляционные материалы на основе смесей титанатов калия и жидкостекольного связующего.For example, the known method according to Japanese patent No. 60065199 from 1985.04.13, IPC: B01D 39/20; D21H 13/46, in which sheet thermal insulation material is obtained on the basis of fibrous potassium titanates (90-10%) and aqueous dispersions of ultrathin mineral aluminosilicate fiber (10-90%), and expanded mica (20% over the total fiber content); the material is suitable for operation without deformation at temperatures up to 800 ° C. Such materials have excellent thermal insulation characteristics; however, the disadvantage of this method is the very low mechanical strength of the materials obtained, they easily crumble with minimal mechanical stress. In this regard, thermal insulation materials based on mixtures of potassium titanates and a liquid glass binder are more attractive.
Так известен способ получения гранулированного огнеупорного материала согласно патенту Японии №63050373 от 1988.03.03, МПК С04В 38/00; получаемый материал пригоден для использования при производстве теплоизоляционных материалов, фильтров и носителей катализаторов, который изготавливают на основе смеси волокнистых микро- или нанокристаллов K2Ti6O13, имеющих отношение длина/диаметр в пределах 50-500 (100 весовых частей), а также 23% водного раствора силиката лития (25 весовых частей) и воды (70 весовых частей). Материал, полученный на основе сферических гранул указанной смеси и связующего, после обжига при 800°С имеет теплопроводность 0,0021 Вт/(м·К) при 350°С, но его механическая прочность не превышает 0,2 МПа.So the known method of producing granular refractory material according to Japanese patent No. 63050373 from 1988.03.03, IPC SB 38/00; the resulting material is suitable for use in the manufacture of heat-insulating materials, filters and catalyst supports, which are made on the basis of a mixture of fibrous micro- or nanocrystals K 2 Ti 6 O 13 having a length / diameter ratio in the range of 50-500 (100 weight parts), and 23% aqueous solution of lithium silicate (25 parts by weight) and water (70 parts by weight). The material obtained on the basis of spherical granules of this mixture and a binder after firing at 800 ° C has a thermal conductivity of 0.0021 W / (m · K) at 350 ° C, but its mechanical strength does not exceed 0.2 MPa.
Другой вариант простейших теплоизоляционных материалов на основе титанатов калия изготавливают на основе композиций, содержащих, помимо волокнистых кристаллических титанатов калия, также глинистые минералы, используемые в качестве временного технологического связующего. Так, например, известен способ получения пористого теплоизоляционного материала, имеющего высокую механическую прочность, согласно патенту Японии №63236777 от 1988.10.03, МПК С04В 38/00. Материал изготавливают на основе смеси слоистых глинистых минералов (например, монтмориллонит) и волокнистых кристаллов (например, титанат калия, взятых в весовом соотношении 5:1), которые диспергируются в растворителе и затем просушиваются при комнатной температуре с образованием листового пористого материала, имеющего плотность 0,23-0,30 г/см3, теплопроводность 0,057 кДж/(м·К). Однако прочность на изгиб получаемого материала составляет всего 0,12 МПа.Another variant of the simplest thermal insulation materials based on potassium titanates is made on the basis of compositions containing, in addition to fibrous crystalline potassium titanates, clay minerals used as a temporary technological binder. So, for example, a known method of obtaining a porous heat-insulating material having high mechanical strength, according to Japanese patent No. 63236777 from 1988.10.03, IPC SB 38/00. The material is made on the basis of a mixture of layered clay minerals (for example, montmorillonite) and fibrous crystals (for example, potassium titanate, taken in a 5: 1 weight ratio), which are dispersed in a solvent and then dried at room temperature to form a porous sheet material with a density of 0 , 23-0.30 g / cm 3 , thermal conductivity 0.057 kJ / (m · K). However, the bending strength of the resulting material is only 0.12 MPa.
Известен также способ получения легковесного теплоизоляционного материала, который, согласно патенту Японии №6316467 от 1994.11.15, МПК В28В 1/52; С04В 32/00; С04В 35/00; С04В 35/63; С04В 35/80; С04В 35/81, получают просушиванием смесей на основе нановолокон K2TiO3 (5-80%) и минерального алюмосиликатного волокна (20-95%) диспергированных в водной суспензии глинистого минерала. Однако, механическая прочность подобных материалов также невелика.There is also known a method of obtaining a lightweight thermal insulation material, which, according to Japanese patent No. 6316467 dated 1994.11.15, IPC B28B 1/52; C04B 32/00;
С другой стороны, введение в состав сырьевых смесей на основе титанатов калия значительного количества минеральных связующих, увеличивающих механическую прочность конечного продукта (глинистые минералы, коллоидный кремнезем, кальций-алюминатный цемент), особенно при последующем высокотемпературном обжиге, резко снижает теплоизолирующие и теплоотражающие свойства конечного материала. Например, в способе получения легковесного теплоизоляционного материала согласно патенту Японии №2007161561 от 2007.06.28, МПК С03В 32/00, С03В 23/02, С03В 38/00, легковесный теплоизоляционный материал получают на основе смесей, содержащих (в весовых частях): волокнистый титанат калия (25-35), коллоидный кремнезем (100), ZrO2 и/или SiC (30-40) и дополнительный волокнистый упрочняющий наполнитель (10-20); смесь приготавливают в виде водной суспензии (200-300 весовых частей H2O на 100 весовых частей твердых компонентов смеси), а затем используют для формирования изделий под давлением и отверждают. Полученный таким образом плотный материал является уже не теплоизоляционным, а огнеупорным конструкционным материалом.On the other hand, the introduction into the composition of raw mixes based on potassium titanates a significant amount of mineral binders that increase the mechanical strength of the final product (clay minerals, colloidal silica, calcium-aluminate cement), especially during subsequent high-temperature firing, dramatically reduces the heat-insulating and heat-reflecting properties of the final material . For example, in the method for producing a lightweight thermal insulation material according to Japan Patent No. 2007161561 dated 2007.06.28, IPC C03B 32/00, C03B 23/02, C03B 38/00, a lightweight thermal insulation material is obtained on the basis of mixtures containing (in parts by weight): fibrous potassium titanate (25-35), colloidal silica (100), ZrO 2 and / or SiC (30-40) and an additional fibrous reinforcing filler (10-20); the mixture is prepared in the form of an aqueous suspension (200-300 parts by weight of H 2 O per 100 parts by weight of the solid components of the mixture), and then used to form articles under pressure and solidify. The dense material thus obtained is no longer heat insulating, but a refractory structural material.
К этой же группе материалов можно отнести огнеупорный материал, получаемый согласно способу по патенту США №3253936 от 1966.31.05, МПК С04В 28/24, изготавливаемый на основе пластических смесей волокнистых кристаллов K2TiO3 (40-80 весовых частей) гидратируемого связующего, например кальций-алюминатного цемента, (20-40 весовых частей) с добавлением негидратируемого связующего, например коллоидной дисперсии кременезема, силиката или алюмината (45-85%) в воде (5-40%), твердеющих в течение не более 3 ч с низкой усадкой (не более 3%). Таким образом можно получить изделия сложной формы без использования прессования и дополнительного уплотнения смесей. Недостатком данного способа является высокая плотность получаемых материалов (около 1,75 г/см3) и они не могут быть использованы как теплоизоляция.The same group of materials includes refractory material obtained according to the method according to US patent No. 3253936 dated 1966.31.05, IPC С04В 28/24, made on the basis of plastic mixtures of K 2 TiO 3 fiber crystals (40-80 weight parts) of a hydrated binder, for example calcium-aluminate cement (20-40 parts by weight) with the addition of a non-hydratable binder, for example a colloidal dispersion of kremenesem, silicate or aluminate (45-85%) in water (5-40%), hardening for no more than 3 hours with low shrinkage (not more than 3%). Thus, it is possible to obtain products of complex shape without the use of pressing and additional compaction of mixtures. The disadvantage of this method is the high density of the materials obtained (about 1.75 g / cm 3 ) and they cannot be used as thermal insulation.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ поучения структурированного теплоизоляционного материала патент США №3629116 от 1971.12.21, МПК С04В 43/04, в котором материал получают на основе сырьевых смесей, включающих минеральное или керамическое волокно (15-89%), титанат калия (10-70%) и связующее на основе аморфного кремнезема (1-35%), приготовленное в виде 15-40% водной дисперсии, с последующим формованием в дегидрирующей форме. При вакуумном формовании и последующей сушке при температуре около 150°С в течение 1-1,5 ч полученный материал имеет прочность на разрыв 0,2 МПа, при плотности 0,3 г/см3, а также теплопроводность 0,013 Вт/(см·К) при 540°С и коэффициент отражения теплового излучения 75-80% (при использовании MgO в качестве эталона). В описании изобретения отмечается, что полученный при сушке материал может подвергаться последующему высокотемпературному обжигу и сохраняет свои свойства до температур порядка 920-975°С.Closest to the proposed invention is a method of teaching a structured heat-insulating material, US patent No. 3629116 dated 1971.12.21, IPC С04В 43/04, in which the material is obtained on the basis of raw mixes, including mineral or ceramic fiber (15-89%), potassium titanate ( 10-70%) and a binder based on amorphous silica (1-35%), prepared in the form of 15-40% aqueous dispersion, followed by molding in dehydrogenating form. When vacuum molding and subsequent drying at a temperature of about 150 ° C for 1-1.5 hours, the resulting material has a tensile strength of 0.2 MPa, at a density of 0.3 g / cm 3 and a thermal conductivity of 0.013 W / (cm · K) at 540 ° C and a reflection coefficient of thermal radiation of 75-80% (when using MgO as a reference). In the description of the invention it is noted that the material obtained during drying can be subjected to subsequent high-temperature firing and retains its properties to temperatures of the order of 920-975 ° C.
Основными недостатками данного способа являются низкая механическая прочность, недостаточно высокое значение коэффициента отражения теплового излучения, являющееся следствием введения в состав сырьевой смеси большого количества минерального волокна и коллоидного кремнезема, что снижает теплоизоляционные свойства и увеличивает кажущуюся плотность материала, а также невозможность использовать материал при повышенных температурах.The main disadvantages of this method are low mechanical strength, insufficiently high reflection coefficient of thermal radiation, resulting from the introduction of a large amount of mineral fiber and colloidal silica into the composition of the raw material mixture, which reduces the thermal insulation properties and increases the apparent density of the material, as well as the inability to use the material at elevated temperatures .
Задачей настоящего изобретения является повышение механической прочности легковесного материала, состоящего из волокнистых кристаллов титаната калия и улучшение теплоизоляционных и теплоотражающих свойств в расширенном температурном интервале.The objective of the present invention is to increase the mechanical strength of a lightweight material consisting of fibrous crystals of potassium titanate and to improve the heat-insulating and heat-reflecting properties in an extended temperature range.
Техническим результатом, достигаемым при решении поставленной задачи, является получение материала, обладающего высокой механической прочностью и низкой теплопроводностью при повышенном значении коэффициента отражения теплового излучения.The technical result achieved in solving the problem is to obtain a material having high mechanical strength and low thermal conductivity with an increased value of the reflection coefficient of thermal radiation.
Поставленная задача достигается тем, что в способе получения теплоизоляционного материала, включающем приготовление сырьевой смеси, состоящей из титаната калия и аморфного кремнезема, формование на ее основе изделия и его последующую термическую обработку, согласно предлагаемому техническому решению в составе сырьевой смеси используют аморфный титанат калия, характеризуемый мольным соотношением TiO2:K2O, изменяющимся в пределах от 4,2 до 5,3; а аморфный кремнезем вводят в количестве, необходимом для получения мольного соотношения оксидов (TiO2+SiO2):K2O, равного 6:1; при этом содержание SiO2 в составе смеси в пересчете на сухой остаток не должно быть менее 7 мас.% или превышать 18,5 мас.%, затем подвергают изделие обжигу при температуре не ниже 940°С.This object is achieved in that in a method for producing a heat-insulating material, including preparing a raw material mixture consisting of potassium titanate and amorphous silica, molding the product on its basis and its subsequent heat treatment, according to the proposed technical solution, amorphous potassium titanate, characterized by the molar ratio of TiO 2 : K 2 O, varying from 4.2 to 5.3; and amorphous silica is introduced in an amount necessary to obtain a molar ratio of oxides (TiO 2 + SiO 2 ): K 2 O equal to 6: 1; the content of SiO 2 in the mixture in terms of dry residue should not be less than 7 wt.% or exceed 18.5 wt.%, then subject the product to firing at a temperature of at least 940 ° C.
Возможно приготовление сырьевой смеси на основе сухих или увлажненных порошков аморфных титаната калия и кремнезема или их водных дисперсий. При использовании увлажненных порошков или их водных дисперсий, содержащих 15-40% воды, обжиг изделий проводят после их просушивания.It is possible to prepare a raw mixture based on dry or moistened powders of amorphous potassium titanate and silica or their aqueous dispersions. When using moistened powders or their aqueous dispersions containing 15-40% water, the products are fired after drying.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена микрофотография исходного порошка титаната калия, иллюстрирующая его макроструктуру; на фиг.2 - рентгеновская дифрактограмма исходного аморфного титаната калия; на фиг.3 - термограмма сырьевой смеси, содержащей 90% аморфного титаната калия и 10% аморного кремнезема; на фиг.4 - рентгеновские дифрактограммы теплоизоляционного материала, полученного при обжиге этой смеси при 940°С (А), а также использованного при составлении смеси титаната калия без добавки аморфного кремнезема (Б), 1 - дифракционные максимумы, соответствующие структуре K2Ti4O9 (тетратитанат калия), 2 - структуре K2Ti6O13 (гексатитанат калия); а на фиг.5 - электронная микрофотография этого материала.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 is a photomicrograph of a starting potassium titanate powder illustrating its macrostructure; figure 2 - x-ray diffraction pattern of the original amorphous potassium titanate; figure 3 is a thermogram of a raw material mixture containing 90% amorphous potassium titanate and 10% amorphous silica; figure 4 - x-ray diffraction patterns of the insulating material obtained by firing this mixture at 940 ° C (A), as well as used in the preparation of the mixture of potassium titanate without the addition of amorphous silica (B), 1 - diffraction maxima corresponding to the structure of K 2 Ti 4 O 9 (potassium tetratitanate), 2 - to the structure of K 2 Ti 6 O 13 (potassium hexatitanate); and figure 5 is an electron micrograph of this material.
Способ получения теплоизоляционного материала осуществляется следующим образом. Путем тщательного перемешивания приготавливают сырьевую смесь, состоящую из порошков титаната калия и аморфного кремнезема, при этом титанат калия в составе сырьевой смеси используют в аморфной форме, характеризуемой мольным соотношением TiO2:K2O, изменяющимся в пределах от 4,2 до 5,3; аморфный кремнезем вводят в количестве, необходимом для получения в составе сырьевой смеси мольного соотношения компонентов (TiO2+SiO2):K2O, равного 6:1; при этом содержание SiO2 в составе смеси в пересчете на сухой остаток не должно быть менее 7 мас.% в случае использования титаната калия, характеризуемого максимальным допустимым значением TiO2:K2O=5,3, и не должно превышать 18,5 мас.% в случае использования титаната калия, характеризуемого минимально допустимым значением TiO2:K2O=4,2. Далее проводят формование изделий на основе полученной сырьевой смеси и ее последующую термическую обработку путем обжига при температуре не ниже 940°С. Допускается использование увлажненных сырьевых смесей или их приготовление на основе коллоидных растворов (водных дисперсий) аморфного кремнезема; при этом перед обжигом проводят просушивание отформованных изделий.A method of obtaining a thermal insulation material is as follows. By thorough mixing, a raw mixture is prepared consisting of powders of potassium titanate and amorphous silica, while potassium titanate in the composition of the raw mix is used in an amorphous form characterized by a molar ratio of TiO 2 : K 2 O varying from 4.2 to 5.3 ; amorphous silica is introduced in an amount necessary to obtain in the composition of the raw material mixture the molar ratio of components (TiO 2 + SiO 2 ): K 2 O equal to 6: 1; the content of SiO 2 in the mixture, calculated on the dry residue should not be less than 7 wt.% in the case of potassium titanate, characterized by the maximum allowable value of TiO 2 : K 2 O = 5.3, and should not exceed 18.5 wt .% in the case of using potassium titanate, characterized by the minimum acceptable value of TiO 2 : K 2 O = 4,2. Next, molding products based on the obtained raw material mixture and its subsequent heat treatment by firing at a temperature of at least 940 ° C are carried out. It is allowed to use moistened raw mixes or to prepare them based on colloidal solutions (aqueous dispersions) of amorphous silica; in this case, before drying, the molded products are dried.
ПримерыExamples
Приготавливают сырьевую смесь, включающую порошок аморфного титаната калия, характеризуемого различным мольным соотношением TiO2:K2O; и порошка аморфного кремнезема (микросилика), взятых в различных весовых соотношениях. Смесь приготавливают в сухом виде или с использованием водной дисперсии аморфного кремнезема, содержащей 30% воды. Полученную сырьевую смесь тщательно перемешивают в гомогенизаторе (смеситель, шаровая мельница) и формуют на ее основе изделия в виде прямоугольных пластин размером 10×10×2 см путем заполнения форм из нержавеющей стали. Полученные изделия подвергают термической обработке путем обжига (при использовании сухих смесей) или, последовательно, просушивания при 150°С в течение 1,5 ч и обжига.A raw mixture is prepared comprising an amorphous potassium titanate powder characterized by a different molar ratio of TiO 2 : K 2 O; and amorphous silica powder (microsilica) taken in various weight ratios. The mixture is prepared in dry form or using an aqueous dispersion of amorphous silica containing 30% water. The resulting raw material mixture is thoroughly mixed in a homogenizer (mixer, ball mill) and products based on it are formed in the form of
В таблице 1 представлены данные о влиянии содержания порошков аморфного титаната калия и кремнезема в сырьевой смеси при использовании титаната калия различного химического состава, а также температуры обжига на свойства теплоизоляционного материала при использовании сухих и увлажненных сырьевых смесей.Table 1 presents data on the effect of the content of powders of amorphous potassium titanate and silica in the raw material mixture when using potassium titanate of different chemical composition, as well as the firing temperature on the properties of the insulating material when using dry and moistened raw mixes.
Из приведенных в таблице 1 примеров следует, что использование в составе сырьевой смеси аморфного титаната калия, характеризуемого мольным соотношением TiO2:K2O менее 4,2 и более 5,3, значительно снижается величина механической прочности полученных изделий; а в случае TiO2:K2O менее 4,2 - резко падает и величина коэффициента отражения теплового излучения. При этом минимальное возможное содержание SiO2 в составе материала в пересчете на сухой остаток составляет 7,0 мас.% (при использовании титаната калия с максимально допустимым мольным соотношением TiO2:K2O=5,3), а его максимально возможное содержание - 18,5 мас.% (при использовании титаната калия с минимально допустимым мольным соотношением TiO2:K2O=4,2).From the examples shown in table 1, it follows that the use of amorphous potassium titanate in the composition of the raw material mixture, characterized by a molar ratio of TiO 2 : K 2 O of less than 4.2 and more than 5.3, significantly reduces the mechanical strength of the obtained products; and in the case of TiO 2 : K 2 O less than 4.2, the reflection coefficient of thermal radiation also drops sharply. The minimum possible content of SiO 2 in the composition of the material, calculated on the dry residue, is 7.0 wt.% (When using potassium titanate with a maximum molar ratio of TiO 2 : K 2 O = 5.3), and its maximum possible content is 18.5 wt.% (When using potassium titanate with a minimum allowable molar ratio of TiO 2 : K 2 O = 4,2).
Температура обжига менее 940°С приводит к резкому снижению механических свойств полученных изделий, а способ формования изделия (пластическое или полусухое формование) не оказывает существенного влияния на механические и теплоизоляционные свойства полученного материала при условии эффективного просушивания отформованных заготовок.A firing temperature of less than 940 ° C leads to a sharp decrease in the mechanical properties of the obtained products, and the method of forming the product (plastic or semi-dry molding) does not significantly affect the mechanical and thermal insulation properties of the obtained material, provided that the formed blanks are dried effectively.
Таким образом, из приведенных примеров следует, что заявляемое техническое решение позволяет синтезировать пористый теплоизоляционный материал, обладающий высокой механической прочностью, низкой теплопроводностью и высокой теплоотражающей способностью.Thus, from the above examples it follows that the claimed technical solution allows us to synthesize a porous heat-insulating material with high mechanical strength, low thermal conductivity and high heat-reflecting ability.
Достигаемый эффект связан с тем, что сырьевые компоненты, находящиеся в аморфной форме (фиг.1) в виде агломерированных частиц (фиг.2), обладают повышенной реакционной способностью, в результате чего при нагреве между ними протекает химическое взаимодействие, сопровождающееся образованием комбинированной аморфной фазы, которая, согласно данным дифференциального термического анализа (фиг.3), при температуре 960°С кристаллизуется с формированием кристаллической фазы, которая, по своей структуре и свойствам, аналогична гексатитанату калия (фиг.4). При этом атомы кремния занимают позиции атомов титана, образуя волокнистые кристаллы твердого раствора состава K2Ti(6-x)SixO13, в то время как исходный аморфный полититанат калия состава K2O·nTiO2 (n=4,2-5,3) при нагреве в аналогичных условиях кристаллизуется с формированием кристаллической решетки тетратитаната калия и низкопрочной аморфной фазы (см. статью Sanchez-Monjaras Т., Gorokhovsky A.V., Escalante-Garcia J.I. Molten salt synthesis and characterization of polytitanate ceramic precursors with varied TiO2/K2O molar ratio // J. Am. Ceram. Soc. - 2008. - V.91. - №9. - Р.3058-3065).The achieved effect is due to the fact that the raw materials in amorphous form (Fig. 1) in the form of agglomerated particles (Fig. 2) have increased reactivity, as a result of which chemical interaction proceeds between them, accompanied by the formation of a combined amorphous phase , which, according to the differential thermal analysis (Fig. 3), crystallizes at a temperature of 960 ° C with the formation of a crystalline phase, which, in its structure and properties, is similar to potassium hexatitanate (phi g.4). In this case, silicon atoms occupy the positions of titanium atoms, forming fibrous crystals of a solid solution of the composition K 2 Ti (6-x) Si x O 13 , while the initial amorphous potassium polytitanate of the composition K 2 O · nTiO 2 (n = 4,2- 5.3) when heated under similar conditions, it crystallizes with the formation of a crystal lattice of potassium tetratitanate and a low-strength amorphous phase (see article Sanchez-Monjaras T., Gorokhovsky AV, Escalante-Garcia JI Molten salt synthesis and characterization of polytitanate ceramic precursors with varied TiO 2 / K 2 O molar ratio // J. Am. Ceram. Soc. - 2008. - V.91. - No. 9. - P.3058-3065).
Эффект встраивания кремния в структуру гексатитаната калия достигается при общем соотношении сырьевых компонентов, обеспечивающем мольное соотношение оксидов в системе соответствующем K2O:(TiO2+SiO2)≈1:6.The effect of incorporation of silicon into the structure of potassium hexatitanate is achieved with a general ratio of raw materials that provides a molar ratio of oxides in the system corresponding to K 2 O: (TiO 2 + SiO 2 ) ≈1: 6.
В то же время, высокопрочные игольчатые кристаллы K2Ti(6-x)SixO13 могут образовываться только в том случае, если содержание SiO2 в системе не превышает 18,5 мас.%; в противном случае, избыток оксида кремния кристаллизуется в виде кварца, что резко снижает механическую прочность полученного керамического материала и его теплоотражающую способность. При этом формируется пористая структура, образованная взаимопереплетающимися высокопрочными игольчатыми кристаллами титаната-силиката калия (фиг.5).At the same time, high-strength needle crystals of K 2 Ti (6-x) Si x O 13 can be formed only if the content of SiO 2 in the system does not exceed 18.5 wt.%; otherwise, the excess silicon oxide crystallizes in the form of quartz, which dramatically reduces the mechanical strength of the obtained ceramic material and its heat-reflecting ability. When this forms a porous structure formed by intertwining high-strength needle crystals of potassium titanate-silicate (figure 5).
С другой стороны, снижение содержания SiO2 в реакционной системе ниже 3 мас.% - также уменьшает механическую прочность полученного материала благодаря тому, что снижение концентрации K2O не позволяет при обжиге формировать, в дополнение к твердому раствору состава K2Ti(6-x)SixO13, остаточную стеклофазу, обеспечивающую сцепление волокнистых кристаллов и формирование прочного спеченного керамического черепка.On the other hand, a decrease in the content of SiO 2 in the reaction system below 3 wt.% Also reduces the mechanical strength of the obtained material due to the fact that the decrease in the concentration of K 2 O does not allow firing to form, in addition to a solid solution of the composition K 2 Ti (6- x) Si x O 13 , residual glass phase, which provides adhesion of fibrous crystals and the formation of a durable sintered ceramic shard.
Увеличение температуры обжига и/или эксплуатации теплоизоляционных материалов, согласно рассматриваемому техническому решению, выше 1350°С - нецелесообразно, поскольку при этой температуре происходит плавление твердого раствора состава K2Ti(6-x)SixO13.An increase in the temperature of firing and / or operation of heat-insulating materials, according to the considered technical solution, above 1350 ° C is impractical, since at this temperature a solid solution of the composition K 2 Ti (6-x) Si x O 13 melts.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011144655/03A RU2479552C1 (en) | 2011-11-03 | 2011-11-03 | Method of producing heat insulating material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011144655/03A RU2479552C1 (en) | 2011-11-03 | 2011-11-03 | Method of producing heat insulating material |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2479552C1 true RU2479552C1 (en) | 2013-04-20 |
Family
ID=49152665
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011144655/03A RU2479552C1 (en) | 2011-11-03 | 2011-11-03 | Method of producing heat insulating material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2479552C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2637246C1 (en) * | 2016-10-12 | 2017-12-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Nanomodifier of construction materials |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3629116A (en) * | 1969-05-01 | 1971-12-21 | Desoto Inc | Structured insulating materials |
RU2422405C1 (en) * | 2009-12-17 | 2011-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) | Crude mixture and method of producing high-strength refractory ceramic based on said mixture |
-
2011
- 2011-11-03 RU RU2011144655/03A patent/RU2479552C1/en active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3629116A (en) * | 1969-05-01 | 1971-12-21 | Desoto Inc | Structured insulating materials |
RU2422405C1 (en) * | 2009-12-17 | 2011-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) | Crude mixture and method of producing high-strength refractory ceramic based on said mixture |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2637246C1 (en) * | 2016-10-12 | 2017-12-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Nanomodifier of construction materials |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lahoti et al. | Effects of Si/Al molar ratio on strength endurance and volume stability of metakaolin geopolymers subject to elevated temperature | |
Temuujin et al. | Preparation and thermal properties of fire resistant metakaolin-based geopolymer-type coatings | |
Sousa et al. | Development of densification-resistant castable porous structures from in situ mullite | |
JPH06272116A (en) | Inorganic fiber | |
CN1915903A (en) | Ceramic material of porous spinel, and preparation method | |
Zawrah et al. | Synthesis and characterization of calcium aluminate nanoceramics for new applications | |
Pichór et al. | Thermal stability of expanded perlite modified by mullite | |
TWI652335B (en) | Insulation material and manufacturing method thereof | |
JP6350703B2 (en) | Large ceramic plate and manufacturing method thereof | |
Singh et al. | Synthesis and characterization of alumina sol and its use as binder in no cement high‐alumina refractory castables | |
Alves et al. | Microstructural characterization and mechanical properties on Al2O3–TiO2 materials obtained by uniaxial pressing and extrusion | |
JP2012031006A (en) | Fire-resistant heat-insulating brick, and method of manufacturing the same | |
Kumar et al. | Low temperature synthesis of high alumina cements by gel‐trapped Co‐precipitation process and their implementation as castables | |
RU2479552C1 (en) | Method of producing heat insulating material | |
RU2327672C2 (en) | Composition for production of heat-insulating material | |
US9957197B1 (en) | Porous geopolymers | |
EP2726431B1 (en) | Porous silica and portlandite material for lining insulation bricks with controlled structure and associated manufacturing method | |
JP2007217208A (en) | Method of manufacturing xonotlite based calcium silicate hydrate porous formed body | |
TWI385127B (en) | Paper sludge-geopolymer composite and fabrication method thereof | |
RU2564330C1 (en) | Composition for producing light-weight refractory material | |
ABDULLAH et al. | Synthesis of geopolymer binder from the partially de-aluminated metakaolinite by-product resulted from alum industry. | |
Khattab et al. | The effect of β-eucryptite on cordierite ceramic materials prepared using a temperature-induced forming technique | |
JPH0159231B2 (en) | ||
Belhouchet et al. | Elaboration and characterization of mullite–zirconia composites from gibbsite, boehmite and zircon | |
JP2757877B2 (en) | Manufacturing method of zonotorite-based compact calcium silicate hydrate |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20180213 Effective date: 20180213 |