一種原位合成莫來(lái)石晶須增韌陶瓷蓄熱體及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種原位合成莫來(lái)石晶須增韌陶瓷蓄熱體及其制備方法，原位合成莫來(lái)石晶須增韌陶瓷蓄熱體是由煤系高嶺土，氧化鋁微粉，莫來(lái)石粉料，粘合劑，水溶性增塑劑和水經(jīng)過(guò)混料、捏泥、練泥、微波定型、烘干、燒制制備得到的。依照上述技術(shù)方案制備出來(lái)的蓄熱體是由高強(qiáng)度，高模量的莫來(lái)石陶瓷晶須和莫來(lái)石基體構(gòu)成的復(fù)合材料，其微觀結(jié)構(gòu)的基質(zhì)組織間生成了均勻的莫來(lái)石晶須；此外，該方法制備工藝簡(jiǎn)單，成本較低，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種原位合成莫來(lái)石晶須增韌陶瓷蓄熱體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)非金屬陶瓷領(lǐng)域，尤其是涉及一種原位合成莫來(lái)石晶須增韌陶瓷蓄熱體及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)中，蓄熱室是回收煙氣余熱和預(yù)熱助燃空氣的載體，蓄熱體是蓄熱室的核心材料，承擔(dān)著冷熱介質(zhì)熱量傳遞的任務(wù)，是蓄熱式技術(shù)能否高效運(yùn)作的關(guān)鍵。
[0003]蓄熱體的工作環(huán)境極其惡劣，對(duì)它的結(jié)構(gòu)形狀、透熱深度、比表面積、蓄熱能力、導(dǎo)熱性能、耐熱沖擊性、傳熱性能、耐氧化性、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等都提出了很高的要求。綜合考慮上述要求，一般都將蓄熱體做成莫來(lái)石質(zhì)的、具有蜂窩狀通孔的陶瓷體。但是陶瓷材料存在著質(zhì)脆易碎，韌性不好的缺點(diǎn)。
[0004]從這一觀念出發(fā)，設(shè)計(jì)出一種熱學(xué)和力學(xué)性能都十分優(yōu)良的須狀結(jié)構(gòu)并將其均勻復(fù)合在脆性的陶瓷基體中，以提高其斷裂能就顯得很有必要。由于莫來(lái)石晶須具有優(yōu)良的高溫力學(xué)性能，以其作為增韌相能顯著改善基體質(zhì)脆的缺點(diǎn)，提高強(qiáng)度和韌性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的第一個(gè)問(wèn)題是提供一種原位合成莫來(lái)石晶須增韌陶瓷蓄熱體。
[0006]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種原位合成莫來(lái)石晶須增韌陶瓷蓄熱體，是由包括下述原料制備而得的:
[0008]煤系高嶺土，氧化鋁微粉，`莫來(lái)石粉料，粘合劑，增塑劑和水；
[0009]其中，煤系高嶺土和氧化鋁微粉按照氧化鋁和氧化硅的重量比為16~20:5~8配料；
[0010]莫來(lái)石粉料的投料量等于煤系高嶺土和氧化鋁微粉的重量之和。
[0011]優(yōu)選的，以煤系高嶺土、氧化鋁微粉和莫來(lái)石粉料的總重量為百分之百計(jì)，粘合劑投料量為2~4wt%，增塑劑投料量為2~4wt%，水投料量為14~17wt%。
[0012]本發(fā)明對(duì)粘合劑沒(méi)有特別的限制，優(yōu)選為水溶性的粘合劑，更優(yōu)選為羧甲基纖維素。
[0013]本發(fā)明對(duì)增塑劑沒(méi)有特殊的限制，優(yōu)選為水性丙烯酸類(lèi)乳液，例如苯丙乳液可以應(yīng)用在本發(fā)明的實(shí)施例中，本發(fā)明中使用水性丙烯酸類(lèi)乳液具有環(huán)保的作用。
[0014]優(yōu)選的，煤系高嶺土和氧化鋁微粉按照氧化鋁和氧化硅的重量比為18:7配料。
[0015]優(yōu)選的，所述煤系高嶺土的目數(shù)為200~325目。
[0016]優(yōu)選的，所述氧化鋁微粉的目數(shù)為1000~1250目，純度為99%。
[0017]優(yōu)選的，所述莫來(lái)石粉料的目數(shù)為80~100目。
[0018]優(yōu)選的，所述粘合劑為羧甲基纖維素。
[0019]優(yōu)選的，所述增塑劑為水性丙烯酸類(lèi)乳液。[0020]本發(fā)明要解決的第二個(gè)問(wèn)題是提供一種原位合成莫來(lái)石晶須增韌陶瓷蓄熱體的制備方法，包括以下步驟:
[0021](I)以煤系高嶺土和氧化鋁微粉為原料，按氧化鋁和氧化硅的重量比為15~20:5~8的比例配料，在球磨機(jī)中混合并細(xì)磨3~4h，得一次混合料；
[0022](2)加入與所述一次混合料的重量相等的莫來(lái)石粉料，繼續(xù)混合并細(xì)磨3~4h，得二次混合料；
[0023](3)以所述二次混合料的總重量為100%，加入粘合劑2~4wt%，增塑劑2~4wt%，水14~17wt%，在捏泥機(jī)中充分捏合成均勻泥料；
[0024](4)練泥3遍以上，困料24~48h;
[0025](5)真空條件下，精煉泥2遍以上，隨即擠制成蜂窩狀的泥坯；
[0026](6)所述泥坯經(jīng)過(guò)微波定型，烘干后，切割修型；
[0027](7)燒結(jié)后，隨爐冷卻，100°C時(shí)出窯，得到莫來(lái)石晶須增韌的陶瓷蓄熱體。
[0028]優(yōu)選的，步驟(7)中，所述燒結(jié)是以14°C /min的升溫速度進(jìn)行升溫，升溫至900~1000°C時(shí)，保溫2h ;繼續(xù)升溫至1100~1300°C時(shí)，保溫3h。
[0029]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0030]1、依照上述技術(shù)方案制備出來(lái)的蓄熱體是由高強(qiáng)度，高模量的莫來(lái)石陶瓷晶須和莫來(lái)石基體構(gòu)成的復(fù)合材料，其微觀結(jié)構(gòu)的基質(zhì)組織間生成了均勻的莫來(lái)石晶須，因而提高了蓄熱體的斷裂性能，是一種強(qiáng)韌型、長(zhǎng)壽命的蓄熱體。
`[0031]2、蓄熱體本來(lái)就是莫來(lái)石質(zhì)的，莫來(lái)石和莫來(lái)石晶須除了微觀形貌不同，因而某些性能不同以外，大多數(shù)性能是相同或相近的，所以用莫來(lái)石做基質(zhì)，以莫來(lái)石晶須做補(bǔ)強(qiáng)增韌相，兩者有很強(qiáng)的相容性。
[0032]3、晶須的原位生成法相比外加法的優(yōu)越性在于:外加晶須的表面容易被污染，與基體的結(jié)合界面不干凈，易有不良的反應(yīng)物產(chǎn)生。此外，外加晶須不容易分離，容易在基體中偏聚，可能會(huì)影響產(chǎn)品力學(xué)性能的穩(wěn)定性，而采用原位合成的方法則可以避免上述情況發(fā)生。補(bǔ)強(qiáng)增韌相是通過(guò)在基體中的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的，固以表面無(wú)污染，與基體的結(jié)合界面干凈，相容性好不均勻，可以克服外加的不足。
[0033]4、制備工藝簡(jiǎn)單，成本較低，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1是實(shí)施例3制得的蓄熱體晶須的電鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0035]實(shí)施例1
[0036]本實(shí)施例中，以重量百分比計(jì)，選用的煤系高嶺土的主要成分為:
[0037]SiO2:45.08% ；A1203:37.89% ;灼堿:15.95% ；Ti02:0.43% ；
[0038]Fe2O3:0.2% ；MgO:0.079% ；CaO:0.095%。
[0039]制備方法包括如下步驟:
[0040](I)稱(chēng)取煤系高嶺土 280kg，氧化鋁微粉220kg，其中氧化鋁微粉的目數(shù)為1000目，純度為99%,煤系高嶺土的目數(shù)為250目。[0041](2)將上述原料倒入球磨機(jī)中，混磨3h，加入預(yù)過(guò)80目篩的莫來(lái)石粉料500kg，再混磨3h。
[0042](3)取步驟(2)得到的混合料100kg，倒入捏合機(jī)，加入羧甲基纖維素3kg，水性丙烯酸類(lèi)乳液3kg和水16kg,捏合均勻。
[0043](4)將步驟(3)得到的泥料加入練泥機(jī)初練3遍，困料24h。
[0044](5)將困好的泥料在真空狀態(tài)下精煉兩遍后，在擠出機(jī)擠制成型。
[0045](6)微波定型，烘干箱烘干后，切割修型。其中，微波頻率為2450MHz，輸出功率為6kw。
[0046](7)按照以下燒成制度燒制:
[0047]升溫速度14°C /min ；
[0048]970°C時(shí)保溫 2h;
[0049]1200°C時(shí)，保溫 3h ;
[0050]然后，隨爐冷卻，100°C時(shí)出窯，得到莫來(lái)石晶須增韌的陶瓷蓄熱體。
[0051]實(shí)施例2
[0052]本實(shí)施例中，以重量`百分比計(jì)，選用的煤系高嶺土的主要成分為:
[0053]SiO2:45.08% ；A1203:37.89% ;灼堿:15.95% ；Ti02:0.43% ；
[0054]Fe2O3:0.2% ；MgO:0.079% ；CaO:0.095%。
[0055]制備方法包括如下步驟:
[0056](I)稱(chēng)取煤系高嶺土 280kg，氧化鋁微粉230kg，其中氧化鋁微粉的目數(shù)為1000目，純度為99%,煤系高嶺土的目數(shù)為250目。
[0057](2)將上述原料倒入球磨機(jī)中，混磨3h，加入預(yù)過(guò)80目篩的莫來(lái)石粉料500kg，再混磨3h。
[0058](3)取步驟(2)得到的混合料100kg，倒入捏合機(jī)，加入羧甲基纖維素3kg，水性丙烯酸類(lèi)乳液3kg和水16kg,捏合均勻。
[0059](4)將步驟(3)得到的泥料加入練泥機(jī)初練3遍，困料24h。
[0060](5)將困好的泥料在真空狀態(tài)下精煉兩遍后，在擠出機(jī)擠制成型。
[0061](6)微波定型，烘干箱烘干后，切割修型。其中，微波頻率為2450MHz，輸出功率為6kw。
[0062](7)按照以下燒成制度燒制:
[0063]升溫速度14°C /min ；
[0064]970°C時(shí)保溫 2h;
[0065]1200°C時(shí)，保溫 3h ;
[0066]然后，隨爐冷卻，100°C時(shí)出窯，得到莫來(lái)石晶須增韌的陶瓷蓄熱體。
[0067]實(shí)施例3
[0068]本實(shí)施例中，以重量百分比計(jì)，選用的煤系高嶺土的主要成分為:
[0069]SiO2:43.28% ；A1203:37.27% ;灼堿:15.85% ；Ti02:0.48% ；
[0070]Fe2O3:0.2% ；MgO:0.079% ；CaO:0.095%。
[0071](I)按照煤系高嶺土和氧化鋁微粉重量比為100:74進(jìn)行投料，其中氧化鋁微粉的目數(shù)為1200目，純度為99%，煤系高嶺土的粒度為325目。[0072](2)將上述原料倒入球磨機(jī)中，混磨4h，加入等重的預(yù)過(guò)80目篩的莫來(lái)石粉料，再混磨3h。
[0073](3)取步驟(2)得到的混合料100kg，倒入捏合機(jī)，加入羧甲基纖維素3kg、水性丙烯酸類(lèi)乳液4kg和水15kg,捏合均勻。
[0074](4)將泥料加入練泥機(jī)初練3遍，困料32h。
[0075](5)將困好的泥料在真空狀態(tài)下精煉兩遍后，在擠出機(jī)擠制成型。
[0076](6)微波定型，烘干箱烘干后，切割修型。其中，微波頻率為2450MHz，輸出功率為6KW。
[0077](7)按照以下燒成制度燒制:
[0078]升溫速度14°C /min ；
[0079]970°C時(shí)保溫 2h;
[0080]1200°C時(shí)，保溫 3h ;
[0081]然后，隨爐冷卻，100°C時(shí)出窯，得到莫來(lái)石晶須增韌的陶瓷蓄熱體。
[0082]其各項(xiàng)性能參數(shù)如下表所示:
【權(quán)利要求】
1.一種原位合成莫來(lái)石晶須增韌陶瓷蓄熱體，是由包括下述原料制備而得的: 煤系高嶺土，氧化鋁微粉，莫來(lái)石粉料，粘合劑，增塑劑和水； 其中，煤系高嶺土和氧化鋁微粉按照氧化鋁和氧化硅的重量比為16~20:5~8配料； 莫來(lái)石粉料的投料量等于煤系高嶺土和氧化鋁微粉的重量之和。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位合成莫來(lái)石晶須增韌陶瓷蓄熱體，其特征在于:以煤系高嶺土、氧化鋁微粉和莫來(lái)石粉料的總重量為百分之百計(jì)，粘合劑投料量為2~4wt%，增塑劑投料量為2~4wt%，水投料量為14~17wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的原位合成莫來(lái)石晶須增韌陶瓷蓄熱體，其特征在于:煤系高嶺土和氧化鋁微粉按照氧化鋁和氧化硅的重量比為18:7配料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的原位合成莫來(lái)石晶須增韌陶瓷蓄熱體，其特征在于:所述煤系高嶺土的目數(shù)為200~325目。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的原位合成莫來(lái)石晶須增韌陶瓷蓄熱體，其特征在于:所述氧化鋁微粉的目數(shù)為1000~1250目，純度為99%。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的原位合成莫來(lái)石晶須增韌陶瓷蓄熱體，其特征在于:所述莫來(lái)石粉料的目數(shù)為80~100目。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的原位合成莫來(lái)石晶須增韌陶瓷蓄熱體，其特征在于:所述粘合劑為羧甲基纖維素。
8.根據(jù)權(quán)利要求3-7任一所述的原位合成莫來(lái)石晶須增韌陶瓷蓄熱體，其特征在于:所述增塑劑為水性丙烯酸類(lèi)乳液。
9.權(quán)利要求3所述的原位合成莫來(lái)石晶須增韌陶瓷蓄熱體的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)以煤系高嶺土和氧化鋁微粉為原料，按氧化鋁和氧化硅的重量比為16~20:5~8的比例配料，在球磨機(jī)中混合并細(xì)磨3~4h，得一次混合料； (2)加入與所述一次混合料的重量相等的莫來(lái)石粉料，繼續(xù)混合并細(xì)磨3~4h，得二次混合料； (3)以所述二次混合料的總重量為100%，加入粘合劑2~4wt%，增塑劑2~4wt%，水14~17wt%，在捏泥機(jī)中充分捏合成均勻泥料； (4)練泥3遍以上，困料24~48h； (5)真空條件下，精煉泥2遍以上，隨即擠制成蜂窩狀的泥坯； (6)所述泥坯經(jīng)過(guò)微波定型，烘干后，切割修型； (7)燒結(jié)后，隨爐冷卻，100°C時(shí)出窯，得到莫來(lái)石晶須增韌的陶瓷蓄熱體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的原位合成莫來(lái)石晶須增韌陶瓷蓄熱體的制備方法，其特征在于:步驟(7)中，所述燒結(jié)是以14°C /min的升溫速度進(jìn)行升溫，升溫至900~1000°C時(shí)，保溫2h ;繼續(xù)升溫至1100~1300°C時(shí)，保溫3h。
【文檔編號(hào)】C04B35/622GK103804007SQ201310737216
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】張鐳 申請(qǐng)人:天津康保振特?zé)o機(jī)非金屬科技有限責(zé)任公司