RU2608093C1 - Способ получения теплоизоляционного высокотемпературного материала - Google Patents

Способ получения теплоизоляционного высокотемпературного материала Download PDF

Info

Publication number
RU2608093C1
RU2608093C1 RU2015140421A RU2015140421A RU2608093C1 RU 2608093 C1 RU2608093 C1 RU 2608093C1 RU 2015140421 A RU2015140421 A RU 2015140421A RU 2015140421 A RU2015140421 A RU 2015140421A RU 2608093 C1 RU2608093 C1 RU 2608093C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
additive
heat
temperature
powders
mixture
Prior art date
Application number
RU2015140421A
Other languages
English (en)
Inventor
Вера Ивановна Воскресенская
Михаил Сергеевич Воскресенский
Original Assignee
Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского
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 Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского filed Critical Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского
Priority to RU2015140421A priority Critical patent/RU2608093C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2608093C1 publication Critical patent/RU2608093C1/ru

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
    • 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
    • C04B35/48—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 zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • 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
    • C04B38/0605—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 by sublimating
    • 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
    • C04B38/065—Burnable, meltable, sublimable materials characterised by physical aspects, e.g. shape, size or porosity
    • C04B38/0655—Porous materials

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

Заявляемое техническое решение относится к теплоизоляционным материалам и может быть использовано для тепловой защиты печей, а также в агрегатах с повышенными требованиями к механической прочности материала. Способ получения теплоизоляционного высокотемпературного материала включает изготовление пластичной массы путем смешивания порошков на основе оксида циркония и связующей добавки с добавлением воды до вязкого состояния, добавление в пластическую массу выгорающей добавки и перемешивание их, формование, сушку и термическую обработку в диапазоне температур 1550-2000°C в течение 3 часов. Количество порошка на основе оксида циркония обеспечивают в диапазоне от 75 до 87 мас.% от общей массы смеси порошков и выгорающей добавки. В качестве связующей добавки используют высокотемпературную глину, масса которой составляет от 7 до 15 мас.% от общей массы смеси порошков и выгорающей добавки. В качестве выгорающей добавки применяют поролон, масса которой составляет от 6 до 10 мас.% от общей массы смеси порошков и выгорающей добавки. Технический результат - получение теплоизоляционного материала с улучшенными теплоизоляционными свойствами при высоких температурах. 6 пр., 2 табл., 1 ил.

Description

Изобретение относится к способу получения теплоизоляционного высокотемпературного материала и может быть использовано при тепловой защите высокотемпературных объектов, для футеровки зон нагрева печей, а также там, где требуются повышенные требования к механической прочности материала.
Известен способ получения теплоизоляционного материала на основе оксида алюминия Al2O3 (шамот) [Патент на изобретение РФ №2145311 от 10.02.2000], который заключается в приготовлении пластичной массы на основе порошка оксида алюминия, связующих добавок и выгорающей добавки, формовании полученной пластичной массы и последующей термической обработке. В качестве связующих добавок используют самораспадающийся феррохромовый шлак и жидкое стекло. Для получения пористости материала используют пенообразователь.
Недостатком данного способа является то, что такой материал обладает низкой термостойкостью, рабочей температурой до 1300°C (1350°C кратковременно), что недостаточно для многих процессов спекания.
Наиболее близким аналогом является способ получения теплоизоляционного высокотемпературного материала на основе оксида циркония, используемого в качестве теплоизоляции печей [JP 4124073, кл. C04B 38/00, опубл. 24.04.1992]. Известный способ включает смешивание частиц оксида циркония в виде порошка, волокон и микросфер с органическим и минеральным связующим, введение выгорающей добавки в количестве 2-20 вес. ч. на 100 вес. ч. оксида циркония, перемешивание, формование, сушку и обжиг при температуре 1500-2000°C. Влажность формовочной массы может быть увеличена добавлением воды. В описания патента описание теплопроводности не приводится. Тем не менее, коэффициент теплопроводности полученной керамики может быть определен по ее пористости. Согласно описанию наиболее близкого аналога максимальная пористость (объемная пористость) данной керамики составляет 85% (что следует из приведенной в этой таблице плотности керамики 0,9 кг/л; измеренная открытая пористость составляет 90%). Согласно нашим исследованиям и литературным данным (см. рисунок 1) такая пористость керамики на основе оксида циркония соответствует теплопроводности λ=0,13 Вт/(м⋅град).
Недостатком известного способа является то, что полученный с его использованием материал имеет относительно высокий коэффициент теплопроводности.
Задача изобретения состоит в исключении указанного недостатка, а именно в снижении коэффициента теплопроводности.
Для решения поставленной задачи в способе получения теплоизоляционного высокотемпературного материала, включающем смешивание порошка на основе оксида циркония и связующей добавки, введение выгорающей добавки, перемешивание, формование, сушку и термическую обработку в диапазоне температур 1550-2000°C ,предлагается:
- пластичную массу изготавливать из смеси порошков на основе оксида циркония и связующей добавки с добавлением воды до вязкого состояния;
- перед формованием в пластичную массу добавить выгорающую добавку, перемешать их, просушить и провести термическую обработку;
- обеспечить отношение массы порошка на основе оксида циркония в диапазоне от 75 до 87 мас.% от массы смеси порошков и выгорающей добавки;
- использовать в качестве связующей добавки высокотемпературную глину, масса которой составляет от 7 до 15 мас.% от общей массы смеси порошков и выгорающей добавки;
- применять в качестве выгорающей добавки поролон, масса которой составляет от 6 до 10 мас.% от общей массы смеси порошков и выгорающей добавки.
Сущность предложенного технического решения состоит в следующем.
Способ получения теплоизоляционного высокотемпературного материала включает изготовление пластичной массы путем смешивания порошков на основе оксида циркония и связующей добавки с добавлением воды до вязкого состояния, добавление в пластическую массу выгорающей добавки и перемешивание их, формование, сушку и термическую обработку в диапазоне температур 1550-2000°C.
В процессе сушки удаляют излишнюю влагу.
Введение выгорающей добавки в пластичную массу на стадии формования способствует получению теплоизоляционного высокотемпературного материала с низкой теплопроводностью материала при термической обработки от 1550°C до 2000°C. Указанный диапазон температур способствует получению теплоизоляционного высокотемпературного материала с низкой теплопроводностью в диапазоне λ от 1,0 до 0,06 Вт/(м⋅град).
Термическая обработка при температуре менее 1550°C недостаточна, поскольку не обеспечивает получение целостного механически прочного материала. Термическая обработка более температуры 2000°C не желательна, поскольку приводит к ухудшению, а при температуре более 2400°C к резкому ухудшению как теплоизоляционных свойств материала, так и качества материала в целом, а также способствует термической перегрузке печи. Эти перегрузки могут привести к выходу из строя печи или отдельных ее частей, а также способствовать уменьшению ресурса работы печи. К тому же требуются специальные высокотемпературные печи, способные выдержать температуру более 2400°C.
Отношение массы порошка на основе оксида циркония обеспечивают в диапазоне от 75 до 87 мас.% от общей массы смеси порошков и выгорающей добавки. Такое отношение обеспечивает термостойкость материала во всем интервале температур. При использовании порошка на основе оксида циркония менее 75 мас.% не обеспечивается термостойкость теплоизоляционного высокотемпературного материала. А при использовании более 87 мас.% порошка на основе оксида циркония не обеспечивается получение теплоизоляционного высокотемпературного материала с низкой теплопроводностью.
В качестве связующей добавки используют высокотемпературную глину. Масса связующей добавки составляет от 7 до 15 мас.% от общей массы смеси порошков и выгорающей добавки. Это обеспечивает прочный каркас при получении и спекание материала, не позволяя рассыпаться материалу и потерять форму в процессе термической обработки во всем диапазоне температур. Масса связующей добавки менее 7 мас.% не достаточна для образования плотной структура материала в процессе его термической обработки. А при массе связующей добавки более 15 мас.% происходит резкое уплотнение материала в процессе термической обработки, которое приводит к ухудшению теплоизоляционных свойств материала, что совершенно нежелательно.
В качестве выгорающей добавки применяют поролон. Выгорающая добавка способствует образованию пористости в объеме материала при термической обработке, что приводит к изменению теплопроводности материала. Масса выгорающей добавки составляет от 6 до 10 мас.% от массы смеси порошков и выгорающей добавки. Это способствует обеспечению пористости в диапазоне от 50 до 90% в объеме материала. При этом получают теплопроводность материала на основе оксида циркония после термической обработки, соответствующую диапазону λ от 1,0 до 0,06 Вт/(м⋅град) (фиг. 1). Поскольку теплопроводность материала зависит от пористости материала, то чем больше пористость материала, тем меньше теплопроводность.
Применение указанных выше выгорающей и связующей добавок позволяет сохранить гомогенную пористую форму материала, не позволяя изделиям рассыпаться, и обеспечивает высокую пористость конечного материала в процессе термической обработки во всем диапазоне температур.
Пример осуществления способа 1
Использовали порошок на основе оксида циркония фракцией от (300 до 500)⋅10-6 м в количестве 87 мас.% и смешали с 7 мас.% связующей высокотемпературной добавкой. Удельная поверхность порошка оксида циркония SБЭТ составляла 3,0 м2/г, а связующей добавки - 19,0 м2/г. Удельную поверхность определяли методом низкотемпературной адсорбции SБЭТ. В качестве связующей добавки использовали высокотемпературную каолиновую глину. На основе полученных компонентов смеси изготовили пластичную массу с добавлением воды до вязкого состояния. В полученную пластичную массу добавили выгорающую добавку в количестве 6 мас.%. В качестве выгорающей добавки использовали поролон с размером ячейки (2,0±0,5)⋅10-3 м. После смешения пластичной массы и выгорающей добавки полученные образцы формовали, просушивали при температуре 140°C до удаления излишней влаги и получения образцов в твердой форме. Термическую обработку образцов проводили при температуре 1550°C в течение 5 часов на воздухе. Полученный образец имел размер (50×25×20)⋅10-3 м.
Проведены исследования спеченного образца. Результаты исследований представлены в таблице 1, пример 1.
Предложенный материал обладает следующими техническими характеристиками: гидростатическая плотность 0,84⋅103 кг/м3, пористость 86%; механическая прочность на сжатие до полного разрушения 6 МПа; максимальная термостойкость - сохранение формы изделия до 2400°C; теплопроводность в интервале температур от 20°C до 250°C составляет 0,12 Вт/(м⋅град).
Пример осуществления способа 2
Использовали порошок на основе оксида циркония фракцией, описанной в примере 1, в количестве 84 мас.%, и смешали с 10 мас.% связующей высокотемпературной добавки. На основе полученных компонентов смеси изготовили пластичную массу с добавлением воды до вязкого состояния. В пластичную массу добавили выгорающую добавку в количестве 6 мас.% от массы смеси порошков. Термическую обработку образцов проводили при температуре 1600°C в течение 3 часов на воздухе. Условия приготовления и характеристики материалов соответствуют значениям, приведенным в примере 1. Результаты исследований представлены в таблице 1, пример 2.
Предложенный материал обладает следующими техническими характеристиками: гидростатическая плотность 0,84⋅103 кг/м3, пористость 87%; механическая прочность на сжатие до полного разрушения 7 МПа; максимальная термостойкость - сохранение формы изделия до 2200°C; теплопроводность в интервале температур от 20°C до 250°C составляет 0,12 Вт/(м⋅град).
Пример осуществления способа 3
Использовали порошок на основе оксида циркония фракцией, описанной в примере 1, в количестве 85 мас.% и смешали с 15 мас.% связующей высокотемпературной добавки. В пластичную массу добавили выгорающую добавку в количестве 10 мас.%. Термическую обработку образцов проводили при температуре 1600°C в течение 3 часов на воздухе. Условия приготовления и характеристики материалов соответствуют значениям, приведенным в примере 1. Результаты исследований представлены в таблице 1, пример 3.
Предложенный материал обладает следующими техническими характеристиками: гидростатическая плотность 0,60⋅103 кг/м3, пористость 90%; максимальная термостойкость - сохранение формы изделия до 2000°C; теплопроводность в интервале температур от 20°C до 250°C составляет 0,06 Вт/(м⋅град).
Пример осуществления способа 4
Использовали порошок на основе оксида циркония фракцией, описанной в примере №1, в количестве 83 мас.% и смешали с 7 мас.% связующей высокотемпературной добавки. В пластичную массу добавили выгорающую добавку в количестве 10 мас.%. Термическую обработку образцов проводили при температуре 1620°C в течение 3 часов на воздухе. Условия приготовления и характеристики материалов соответствуют значениям, приведенным в примере 1. Результаты исследований представлены в таблице 1, пример 4.
Предложенный материал обладает следующими техническими характеристиками: гидростатическая плотность 0,60⋅103 кг/м, пористость 90%; максимальная термостойкость - сохранение формы изделия до 2200°C; теплопроводность в интервале температур от 20°C до 250°C составляет 0,06 Вт/(м⋅град).
Пример осуществления способа 5
Использовали порошок на основе оксида циркония фракцией, описанной в примере №1, в количестве 79 мас.% и смешали с 15 мас.% связующей высокотемпературной добавки. В пластичную массу добавили выгорающую добавку в количестве 6 мас.%. Термическую обработку образцов проводили при температуре 1720°C в течение 3 часов на воздухе. Условия приготовления и характеристики материалов соответствуют значениям, приведенным в примере №1. Результаты исследований представлены в таблице 1, приер 5.
Предложенный материал обладает следующими техническими характеристиками: гидростатическая плотность 0,84⋅103 кг/м3, пористость 86%; механическая прочность на сжатие до полного разрушения 4 МПа; максимальная термостойкость - сохранение формы изделия до 2000°C; теплопроводность в интервале температур от 20°C до 250°C составляет 0,12 Вт/(м⋅град).
Пример осуществления способа 6
Использовали порошок на основе оксида циркония фракцией, описанной в примере №1, в количестве 80 мас.% и смешали с 10 мас.% связующей высокотемпературной добавки. В пластичную массу добавили выгорающую добавку в количестве 10 мас.%. Термическую обработку образцов проводили при температуре 2000°C в течение 1 часа в вакууме. Условия приготовления и характеристики материалов соответствуют значениям, приведенным в примере 1. Результаты исследований представлены в таблице 1, пример 6.
Предложенный материал обладает следующими техническими характеристиками: гидростатическая плотность 0,78⋅103 кг/м3, пористость 87%; максимальная термостойкость - сохранение формы изделия до 2200°C; теплопроводность в интервале температур от 20°C до 250°C составляет 0,10 Вт/(м⋅град).
В результате исследований установлено, что разработанный данным способом теплоизоляционный высокотемпературный материал обладает следующими достоинствами: имеет повышенные теплоизоляционные свойства (пониженный коэффициент теплопроводности от 0,06 до 0,12 Вт/(м⋅град) в сравнение с прототипом - 0,13 Вт/(м⋅град).
В таблице 2 представлены результаты исследований теплоизоляционного высокотемпературного материала (т/из мат-л) на основе ZrO2 и близкого аналога при максимальной пористости.
Технический результат - получение теплоизоляционного материала с улучшенными теплоизоляционными свойствами при относительно высоких температурах.
Figure 00000001
Figure 00000002

Claims (1)

  1. Способ получения теплоизоляционного высокотемпературного материала, включающий смешивание порошка на основе оксида циркония и связующей добавки, введение выгорающей добавки, перемешивание, формование, сушку и термическую обработку в диапазоне температур 1550-2000°C, отличающийся тем, что пластичную массу изготавливают из смеси порошков на основе оксида циркония и связующей добавки с добавлением воды до вязкого состояния, перед формованием в пластичную массу добавляют выгорающую добавку, перемешивают их, сушат и проводят термическую обработку, обеспечивают отношение массы порошка на основе оксида циркония в диапазоне от 75 до 87 мас.% от общей массы смеси порошков и выгорающей добавки, используют в качестве связующей добавки высокотемпературную глину, масса которой составляет от 7 до 15 мас.% от общей массы смеси порошков и выгорающей добавки, применяют в качестве выгорающей добавки поролон, масса которой составляет от 6 до 10 мас.% от общей массы смеси порошков и выгорающей добавки.
RU2015140421A 2015-09-22 2015-09-22 Способ получения теплоизоляционного высокотемпературного материала RU2608093C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015140421A RU2608093C1 (ru) 2015-09-22 2015-09-22 Способ получения теплоизоляционного высокотемпературного материала

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015140421A RU2608093C1 (ru) 2015-09-22 2015-09-22 Способ получения теплоизоляционного высокотемпературного материала

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2608093C1 true RU2608093C1 (ru) 2017-01-13

Family

ID=58456020

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015140421A RU2608093C1 (ru) 2015-09-22 2015-09-22 Способ получения теплоизоляционного высокотемпературного материала

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2608093C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1553956A (en) * 1977-04-18 1979-10-17 Corning Glass Works Porous zirconia-containing ceramics
SU973508A1 (ru) * 1981-04-01 1982-11-15 Предприятие П/Я А-7840 Шихта дл получени пористого материала
JPH04124073A (ja) * 1990-09-12 1992-04-24 Shinagawa Refract Co Ltd ジルコニア質複合耐火断熱材
RU2058962C1 (ru) * 1991-07-08 1996-04-27 Украинский государственный научно-исследовательский институт огнеупоров Шихта для изготовления огнеупорных изделий на основе диоксида циркония
JP4124073B2 (ja) * 2003-09-17 2008-07-23 株式会社ティ・カトウ 木材の結合金具

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1553956A (en) * 1977-04-18 1979-10-17 Corning Glass Works Porous zirconia-containing ceramics
SU973508A1 (ru) * 1981-04-01 1982-11-15 Предприятие П/Я А-7840 Шихта дл получени пористого материала
JPH04124073A (ja) * 1990-09-12 1992-04-24 Shinagawa Refract Co Ltd ジルコニア質複合耐火断熱材
RU2058962C1 (ru) * 1991-07-08 1996-04-27 Украинский государственный научно-исследовательский институт огнеупоров Шихта для изготовления огнеупорных изделий на основе диоксида циркония
JP4124073B2 (ja) * 2003-09-17 2008-07-23 株式会社ティ・カトウ 木材の結合金具

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mohanta et al. Processing and properties of low cost macroporous alumina ceramics with tailored porosity and pore size fabricated using rice husk and sucrose
RU2622557C2 (ru) Способ изготовления легких керамических материалов
Abyzov Lightweight refractory concrete based on aluminum-magnesium-phosphate binder
JP5661303B2 (ja) 低温焼成磁器用組成物および低温焼成磁器の製造方法
JP6818022B2 (ja) 焼結ジルコニアムライト耐火性複合材、その生産方法、及びその使用
CN108329051B (zh) 一种超高孔隙率和低坯体收缩率Y2SiO5多孔陶瓷的制备方法
CN102050636A (zh) 一种玄武岩纤维增强多孔陶瓷制品及利用煤矿石制备该制品的方法
Shakir et al. Structure and properties of ZrO2-Al2O3-MgO porous ceramic for biomedical applications
CN106946585B (zh) 一种利用人工合成的微孔尖晶石制备低导热镁铝尖晶石耐火砖的方法
Chen et al. Preparation of Si3N4 foams by DCC method via dispersant reaction combined with protein-gelling
RU2608093C1 (ru) Способ получения теплоизоляционного высокотемпературного материала
Salvini et al. High temperature Al2O3-CA6 insulating foamed ceramics: processing and properties
Santacruz et al. Preparation of cordierite materials with tailored porosity by gelcasting with polysaccharides
Zemlyanoi et al. Dependence of properties of clay-phosphate binder on production technology
JP4967111B2 (ja) アルミナ基多孔質セラミックス及びその製造方法
Sadik et al. Characterization of elaborated Moroccan mullite to improving porous refractories quality
Al-Taie et al. Study the physical properties and thermal conductivity of light weight refractories bricks produced by adding porcelanite to kaolinite
Fakhruddin et al. Effect of glutinous rice flour and dried egg white in fabrication of porous cordierite by gel casting method
RU2643375C1 (ru) Теплоизоляционное огнеупорное изделие
Aramide et al. EFFECTS OF TITANIA AND SINTERING TEMPERATURE ON THE PHASE DEVELOPMENT AND PROPERTIES OF SINTERED MULLITECARBON COMPOSITE SYNTHESIZED FROM OKPELLA KAOLIN
Kashcheev et al. Dependence of properties of acid-resistant products on the molding method
RU2744365C1 (ru) Способ получения вяжущего на основе доломита для изготовления стеновых и отделочных изделий гражданского строительства
RU2484063C1 (ru) Сырьевая смесь для изготовления керамических теплоизоляционных строительных материалов
Zubashchenko et al. Preparation and Properties of Lightweight Refractories Based on Microporous Calcined Alumina
CN102765933A (zh) 一种高Q×f值微波介质陶瓷材料及其制备方法