專利名稱：結(jié)構(gòu)隔熱一體化高強氧化鋁空心球陶瓷及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空心球陶瓷的制備方法，尤其是涉及一種結(jié)構(gòu)隔熱一體化高強氧化鋁 空心球陶瓷及制備方法。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)能源日益枯竭，而新能源發(fā)展緩慢的今天，當前最迫切的任務(wù)是開發(fā)輕質(zhì)、 高強、熱震穩(wěn)定性好、使用溫度高能滿足輕質(zhì)結(jié)構(gòu)超高溫爐所需的內(nèi)襯材料，改變傳統(tǒng)的超 高溫窯爐由于采用重質(zhì)結(jié)構(gòu)而存在的熱容量大、升溫速率低、能耗大、使用壽命短、中期維 修量大等缺點，節(jié)約能源，為人類可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。
由于隔熱材料是通過引入氣孔的方式來獲得低熱導(dǎo)率，引入大量氣孔導(dǎo)致隔熱材 料重?zé)€收縮率提高、荷重軟化溫度降低、高溫蠕變嚴重、耐壓強度降低，從而使隔熱材料 的使用溫度很難提高，并使應(yīng)用范圍受到限制，因此尋找新的方法制備新的高溫隔熱材料 一直是各國專家的工作重點。1986年蘇聯(lián)材料工作者采用增加Al2O3含量和成球預(yù)燒的辦 法，生產(chǎn)出使用溫度可達1750°C的高溫隔熱材料；20世紀80年代中期又成功地生產(chǎn)出輕 質(zhì)氧化鋁空心球陶瓷，氧化鋁纖維等輕質(zhì)隔熱材料，使用溫度可達1500 1800°C，不但可 做隔熱層，也可以與火焰直接接觸。在現(xiàn)有的各種材質(zhì)的隔熱材料中，氧化鋁隔熱材料品種 最多，使用溫度高，隔熱節(jié)能效果好，是當今重點發(fā)展的隔熱材料，其中輕質(zhì)氧化鋁空心球 陶瓷是隔熱耐火材料技術(shù)進步的一個標志，它克服了原有泡沫氧化鋁產(chǎn)品強度低、高溫抗 蠕變性能差的缺點，可直接接觸火焰，可作為內(nèi)襯結(jié)構(gòu)材料使用，推動傳統(tǒng)高溫窯爐結(jié)構(gòu)改 造，為設(shè)計新型窯爐結(jié)構(gòu)奠定基礎(chǔ)。
輕質(zhì)氧化鋁空心球陶瓷以氧化鋁空心球和α -Al2O3微粉為基本組成，引入結(jié)合劑 提供粘結(jié)力采用震動加壓成型方法制造。輕質(zhì)氧化鋁空心球陶瓷制品是一種球體連接網(wǎng) 絡(luò)，點面結(jié)合，以點為主，氧化鋁空心球球殼呈拱壁形，具有分散力的作用，有較強的抗壓能 力，α-Al2O3微粉填充空隙，加強球體之間的結(jié)合強度，進一步提高輕質(zhì)氧化鋁空心球陶瓷 制品耐壓強度。其中氧化鋁空心球相當于輕質(zhì)氧化鋁空心球陶瓷的骨料，輕質(zhì)氧化鋁空心 球陶瓷的強度與空心球與α -Al2O3微粉的比例及結(jié)合劑種類有關(guān)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)隔熱一體化高強氧化鋁空心球陶瓷及制備方法。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一、一種結(jié)構(gòu)隔熱一體化高強氧化鋁空心球陶瓷
原料由氧化鋁空心球和α -Al2O3微粉組成，外加結(jié)合劑為磷酸和硫酸鋁銨復(fù)合水 溶液。
所述的氧化鋁空心球粒徑為0. 2 5mm作為骨料，用量為30 70wt%
采用D5tl在1 7μπι的α-Al2O3微粉作為結(jié)合基質(zhì)料，用量為30 70wt%。
所述的磷酸含量為5 25wt%和硫酸鋁銨含量為3 15wt%的水溶液作為外加結(jié)合劑，所用結(jié)合劑比例為α -Al2O3微粉的25 35wt%。
二、一種結(jié)構(gòu)隔熱一體化高強氧化鋁空心球陶瓷的制備方法
按配方稱量好0. 2 5mm的30 70wt %氧化鋁空心球作為骨料，加入配置好的 磷酸和硫酸鋁銨復(fù)合水溶液攪拌均勻，復(fù)合水溶液中磷酸含量為5 25wt%和硫酸鋁銨含 量為3 15wt%，其用量為α -Al2O3微粉25 35wt% ；攪拌到讓所有空心球表面潤濕，再 加入30 70wt% α -Al2O3微粉，攪拌均勻，然后采用震動加壓方式制備各種所需尺寸定型 磚和異形磚，經(jīng)200°C烘干之后可直接砌筑，或在1500 1700°C保溫4 10小時燒成后再 用。
本發(fā)明具有的有益效果是
硫酸鋁銨結(jié)合劑能有效提高氧化鋁空心球耐壓能力，但由于其原位分解生產(chǎn)的納 米氧化鋁含量過少，難以有效提高陶瓷力學(xué)強度，在熱震試驗中表現(xiàn)出沿球斷裂；磷酸與氧 化鋁空心球陶瓷中的氧化鋁組份能原位反應(yīng)生成磷酸鋁而產(chǎn)生助燒結(jié)作用，能大幅度提高 氧化鋁空心球陶瓷力學(xué)強度，但卻降低氧化鋁空心球的耐壓能力，在熱震試驗中表現(xiàn)出穿 球斷裂。硫酸鋁銨和磷酸復(fù)合結(jié)合劑完全克服了硫酸鋁銨和磷酸單一結(jié)合劑針對氧化鋁空 心球耐壓能力和氧化鋁空心球陶瓷力學(xué)強度的缺點，實現(xiàn)了兩者之間優(yōu)點的完美結(jié)合。與 致密耐火材料相比具有低密輕質(zhì)、抗熱震、保溫性能好、低熱容量等特點，與普通隔熱材料 相比具有耐壓強度高、荷重軟化溫度高、重?zé)€收縮率低等特性，其不但可以做隔熱層，也 可以與火焰直接接觸，是輕質(zhì)結(jié)構(gòu)超高溫窯爐理想的內(nèi)襯結(jié)構(gòu)材料。在燒結(jié)溫度為1700°C 的條件下，優(yōu)化制得的輕質(zhì)氧化鋁空心球陶瓷密度為1. 20 1. 80g/cm3，常溫壓縮強度為 18 55MPa，是輕質(zhì)結(jié)構(gòu)超高溫窯爐理想的內(nèi)襯結(jié)構(gòu)材料。
具體實施方式
根據(jù)需要制備不同密度的結(jié)構(gòu)隔熱一體化氧化鋁空心球陶瓷配方如表1所示；采 用復(fù)合結(jié)合劑為磷酸含量在5 25wt%、硫酸鋁銨含量在3 15wt%的水溶液；輕質(zhì)氧化 鋁空心球陶瓷耐壓強度在10 55MPa，抗折強度在5 13MPa。表2和表3是不同濃度結(jié) 合劑和密度的輕質(zhì)氧化鋁空心球陶瓷壓縮強度和抗彎強度。
表1不同密度的輕質(zhì)氧化鋁空心球陶瓷級配及α -Al203微粉比例
權(quán)利要求
1.一種結(jié)構(gòu)隔熱一體化高強氧化鋁空心球陶瓷，其特征在于原料由氧化鋁空心球和 α -Al2O3微粉組成，外加結(jié)合劑為磷酸和硫酸鋁銨復(fù)合水溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種結(jié)構(gòu)隔熱一體化高強氧化鋁空心球陶瓷，其特征在于 所述的氧化鋁空心球粒徑為0. 2 5mm作為骨料，用量為30 70Wt%
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種結(jié)構(gòu)隔熱一體化高強氧化鋁空心球陶瓷，其特征在于 采用D5tl在1 7 μ m的α -Al2O3微粉作為結(jié)合基質(zhì)料，用量為30 70wt%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種結(jié)構(gòu)隔熱一體化高強氧化鋁空心球陶瓷，其特征在于 所述的磷酸含量為5 25wt%和硫酸鋁銨含量為3 15wt%的水溶液作為外加結(jié)合劑，所 用結(jié)合劑比例為α -Al2O3微粉的25 35wt%0
5.用于權(quán)利要求1所述的一種結(jié)構(gòu)隔熱一體化高強氧化鋁空心球陶瓷的制備方法，其 特征在于按配方稱量好0. 2 5mm的30 70wt%氧化鋁空心球作為骨料，加入配置好的 磷酸和硫酸鋁銨復(fù)合水溶液攪拌均勻，復(fù)合水溶液中磷酸含量為5 25wt%和硫酸鋁銨含 量為3 15wt%，其用量為α -Al2O3微粉25 35wt% ；攪拌到讓所有空心球表面潤濕，再 加入30 70wt% α -Al2O3微粉，攪拌均勻，然后采用震動加壓方式制備各種所需尺寸定型 磚和異形磚，經(jīng)200°C烘干之后可直接砌筑，或在1500 1700°C保溫4 10小時燒成后再 用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種結(jié)構(gòu)隔熱一體化高強氧化鋁空心球陶瓷及制備方法。以0.2～5mm的30～70wt％氧化鋁空心球作為骨料，加入磷酸和硫酸鋁銨復(fù)合水溶液攪拌均勻，其中磷酸含量為5～25wt％和硫酸鋁銨含量為3～15wt％，其用量為α-Al2O3微粉25～35wt％；攪拌，再加入30～70wt％α-Al2O3微粉，再攪拌均勻，采用震動加壓方式制備定型磚和異形磚，經(jīng)200℃烘干之后可直接砌筑，或在1500～1700℃保溫4～10小時燒成后再用。與致密耐火材料相比具有低密輕質(zhì)、抗熱震、保溫性能好、低熱容量等特點，與普通隔熱材料相比具有耐壓強度高、荷重軟化溫度高、重?zé)€收縮率低等特性，其不但可以做隔熱層，也可以與火焰直接接觸，是輕質(zhì)結(jié)構(gòu)超高溫窯爐理想的內(nèi)襯結(jié)構(gòu)材料。
文檔編號C04B35/622GK102030517SQ20101052022
公開日2011年4月27日 申請日期2010年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月26日
發(fā)明者王家邦 申請人:浙江大學(xué)