天天看点

6种轻量耐火材料制备方法,哪一种更经济适用?

轻质耐火材料的制备方法通常与传统的轻质耐火材料相似,主要由骨料和基材组成,根据材料体系或用途,可以选择压制成型,浇注成型等成型方法,然后在中高温下燃烧后直接使用或不燃烧。然而,传统的耐火材料使用致密骨料,而轻质耐火材料使用轻质骨料,轻质骨料对轻质耐火材料的结构和性能具有决定性的影响。当然,也有一些轻质耐火材料的制备方法,其轻质骨料制备方法几乎相同,其完整性和均匀性更好。考虑到轻质骨料是轻质耐火材料制备中最重要的部分,下面仅介绍一些轻质骨料制备方法。一般来说,轻质骨料的制备方法主要基于轻质绝缘耐火材料,这些方法主要包括烧坏加成法、发泡法、原位分解合成法、局部烧结法、凝胶注射法、溶胶-凝胶法和纳米颗粒烧结法。

6种轻量耐火材料制备方法,哪一种更经济适用?

摩尔陶瓷模块

(1) 倦怠

烧结法又称穿孔器烧坏法,这种方法通常用于制备轻质耐火材料和保温材料,是在配料中添加一定数量的易燃残渣,如稻壳、木屑、淀粉、有机聚合物微球、煤粉、石油焦、焦炭和聚苯乙烯等有机物质。这种类型的材料也称为穿孔材料和穿孔材料。在高温下,这些穿孔材料被燃烧并转化为蒸发形成孔隙的气体。这种方法是生产绝缘耐火材料最常用的方法。Mohanta等人制备了在1700°C的热处理温度下孔率高于20%和66%,以鳄梨为穿孔剂,甘蔗为结合剂的氧化铝多孔陶瓷;Sandoval等人以高岭土、滑石粉和活性氧化铝为主要原料,利用淀粉作为穿孔剂和结合剂,在1330°C的热处理温度为4h下制备轻质锆石多孔陶瓷Isobe等人以碳纤维为穿孔器,在1600°C的热处理温度下保温2h, 而制备的轻质氧化铝陶瓷孔隙率为38%,其抗弯强度可达171MPa。

这种方法的优点是孔径,孔隙率和孔隙分布可以通过穿孔材料的尺寸,形状和数量来控制。缺点是原料混合不均匀会导致孔隙分布不均匀。当可燃物无休止地燃烧时,它们容易产生黑色的核心。当添加聚苯乙烯球等一些有机合成穿孔器时,烧结时会产生一些有毒气体,也会对环境造成污染。

(2) 发泡法

发泡法又称发泡法,是将发泡剂、发泡稳定剂和水按照一定比例混合制成稳定、气泡粒径小且发泡均匀的液体。成型后,通过将样品放入恒温和恒定湿度护理罐中,然后放入恒温干燥罐中进行干燥,通过热处理生产样品。陈环等采用发泡法制备了体积密度和孔隙,核壳结构(外部致密,内部多孔)和轻质刚玉聚集体,温度分别为3.08g/cm3和10.9%,在1000c时的导热系数为0.75W/m.K.。

与泡沫浸渍工艺相比,该方法可以调节样品的形状,孔隙和密度。反过来,多孔材料也准备好满足预期。该方法特别适用于闭孔陶瓷产品的生产。与第一种发泡法相比,这种方法更容易生产出体积密度小的保温产品,但发泡法也有其缺点,即生产工艺较复杂,生产控制较困难,生产效率相对较低。

(3)原位分解合成方法

原位分解合成是利用样品在高温下分解产生的气体制备多孔材料的方法,其中在烧结过程中除去气体或结晶水,从而形成孔隙。[0017] 李树晶等通过Al(OH)3的原位分解产生孔隙,并生产出孔径小、孔隙分布均匀的多孔莫莱石材;方奕等以粘土粉为原料,有机高分子作为穿孔剂和粘结剂,同时加入少量Al(OH)3细粉,在1400°C下烧结,制成多孔铝土矿骨料;Yan等人以镁砂矿和Al(OH)3为主要原料,以TIO2为添加剂,采用原位分解合成轻质多孔尖晶石陶瓷,样品孔隙率达到53%,其平均孔径、褶皱强度和环境压力强度分别为5.95米、8.5MPa和21MPa。

虽然原位合成技术具有合成成本低、孔径小、孔隙分布相对均匀等诸多优点。但是,存在很多问题,如所示:反应物的含量和反应速度的比例有较大影响,而且更难控制,这是样品的可塑性较高,物料孔隙率不会很高。

(4) 凝胶注射模具法

凝胶注射法是将某些化学物质添加到浆料的原料中,并通过一定的化学反应获得多孔材料。该方法的原理是,通过触发器和催化剂的作用,浆料原料中的有机单体可以完全交联并聚合成三维网状结构,从而可以固化浆料原料。然后将产品干燥并进行热处理以获得产品。Fukushima等人将鼹鼠颗粒散射在凝胶中,然后加入冰结构蛋白质添加剂,这些添加剂在1500°C烧结之前被冷冻和干燥。所得绝缘材料在室温下的导热系数为0.23~0.38W/(m.K),压力强度为1-22MPa。

与其他方法相比,凝胶注射膜成型方法具有许多优点:成本低,对原材料的要求低,可应用于广泛的领域;成型更容易控制,可以制备不同规格的复杂部件;交联毛坯的强度高于常规方法。

(5) 溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法(Sol-Gel法,或SG法)通过无机或金属醇盐作为前驱体均匀混合,原料经过水解和缩合的化学反应,再通过凝胶的聚合,从而制备出具有三维网状结构的凝胶。凝胶经干燥和热处理后可生成纳米结构材料。

溶胶-凝胶法制制备的窄范围材料孔径分布可以通过溶液组成和热处理工艺来调节孔径大小,但该方法的原料有限,生产效率相对较低,合成温度高,团聚严重,这是目前研究中比较活跃的方法。

(6)纳米粒子烧结法

纳米颗粒一般具有较高的比表面积和烧结活性,通过引入纳米颗粒可以增加反应过程,然后不能排除孔隙并以封闭孔隙的形式在样品中,从而获得轻质聚集体。Perko等人用11nm氧化锆覆盖亚微米级氧化锆,在1400°C热处理温度下保温2h制成氧化锆多孔陶瓷,其相对密度为60%,强度可达430MPa;傅等人以氧化铝微粉为主要原料,利用淀粉作为穿孔剂和结合剂,然后引入少量氧化铝溶胶,在1800°C热处理保温3h,制备体积密度为3.05g/cm3,平均孔径为0.43μm的轻质刚玉骨料。纳米颗粒的加入使孔径从微米减小到纳米级,纳米孔径分别使浇注材料的折叠强度和环境压力强度提高了50%和125%。但是,由于纳米颗粒作为原料制备试样的成本很高,因此难以大规模应用。