一種氧化鋯纖維板及制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于耐火材料技術領域，涉及一種應用于超高溫領域爐壁熱面材質(zhì)和背襯 材質(zhì)等領域的輕質(zhì)隔熱結構材料，具體涉及一種氧化鋯纖維板及制備方法。
【背景技術】
[0002] 目前市場超高溫窯爐的爐壁熱面材料和外部保溫層均采用貴金屬隔熱屏，為了實 現(xiàn)降本增效和節(jié)能降耗的目的，超高溫窯爐爐壁熱面層和保溫隔熱屏有被超高溫耐火材料 代替的趨勢。作為超高溫耐火材料代表產(chǎn)品的氧化鋯制品由于其熔點高（2715°C)，強度大， 抗腐蝕及高溫抗氧化性能優(yōu)良，廣泛應用于2300°C以上的高溫氧化場合；目前氧化鋯重質(zhì) 制品開始使用于超高溫窯爐的爐壁熱面層，大有代替和取代貴金屬絕熱制品的趨勢；但氧 化鋯重質(zhì)制品由于質(zhì)量大、成本高，熱效率低、高溫使用過程中出現(xiàn)熱穩(wěn)定性差，易開裂等 問題，嚴重限制了其在超高溫窯爐的使用。
[0003]作為超高溫耐火材料代表產(chǎn)品的氧化物陶瓷纖維在空氣或氧化氣氛下強度高、熱 導率低、抗腐蝕及高溫抗氧化性能優(yōu)良，可用于1600°C以上的高溫氧化場合，其中以氧化鋯 纖維的性價比最高，使用溫度達2500°C時仍能保持完整的纖維狀態(tài)，抗氧化、耐酸堿腐蝕、 化學穩(wěn)定性穩(wěn)定、隔熱性能優(yōu)異。由氧化鋯纖維制備的氧化鋯纖維板的最高使用溫度可達 2300°C，不僅保持了氧化鋯纖維高溫隔熱的優(yōu)良特性，而且具有優(yōu)良的機械性能和精確的 幾何尺寸，可直接作為超高溫窯爐爐壁熱面材質(zhì)和背襯材質(zhì)。
[0004] 氧化鋯纖維的制備技術主要掌握在發(fā)達國家手里，而我國僅能夠小批量制備，且 氧化鋯纖維的性能與發(fā)達國家的性能存在差距；從國外進口的氧化鋯纖維及制品價格非 常昂貴，因此研發(fā)我國具有自主知識產(chǎn)權的氧化鋯纖維制備技術并實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，具有 重要現(xiàn)實意義；現(xiàn)有技術中專利公開號CN101234906A公開了一種氧化鋯纖維板的制備 方法，專利公開號CN101462876A公開了一種氧化鋯陶瓷纖維板的制備方法，專利公開號 CN102181962A公開了一種細直徑氧化鋯纖維及其纖維板的制備方法和CN103755220A公開 了一種氧化鋯陶瓷纖維板的制備方法，然而上述四種專利均屬于濕法制備氧化鋯纖維板， 濕法制備氧化鋯纖維板的生產(chǎn)工藝復雜、制備過程繁瑣、勞動強度大、生產(chǎn)效率低、人工成 本高，且其內(nèi)有機物含量較高，纖維板僅在低溫進行處理，制備的氧化鋯纖維板具有剛性 小，強度低，超高溫使用后極易出現(xiàn)粉化和掉渣現(xiàn)象，熱收縮率較大，壽命短，特殊領域的高 溫使用受限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提出一種氧化鋯纖維板及制備方法，使其能克服目前超高溫領域 高溫窯爐熱面材料和背襯材料用重質(zhì)絕熱材料質(zhì)量大、成本高，熱效率低、使用過程中熱穩(wěn) 定性差，易開裂的問題，改善和提高濕法制備的氧化鋯纖維板作為熱面材料強度低、高溫粉 化嚴重和壽命短，達到降本增效，節(jié)能降耗的目的，并使所制備的氧化鋯纖維板具有低容 重、高氣孔率、低導熱系數(shù)、高結構強度和熱穩(wěn)定性好的特點。
[0006] 本發(fā)明為完成上述目的采用如下技術方案： 一種氧化鋯纖維板，所述氧化鋯纖維板的原料包括有直徑為3~5ym的氧化鋯纖維、 0. 045mm<粒度< 0. 075mm的氧化鋯空心球、粒度< 0. 003mm的氧化鋯復合微粉和穩(wěn)定劑； 所述的氧化錯纖維板還外加有〇. 〇45mm<粒度< 0. 075mm的有機物小球、粒度< 0. 045mm 的有機物微粉和結合劑；其中，所述的氧化鋯纖維和所述的氧化鋯空心球作為基體，由于氧 化鋯纖維和氧化鋯空心球的容重低，熱膨脹系數(shù)小和熱穩(wěn)定性好，使得纖維板制品具有較 好的熱穩(wěn)定性和隔熱效果，降低高溫爐體的自身重量，改善爐體的熱效率和使用壽命；所述 的氧化鋯空心球還與所述的有機物小球構建為氧化鋯纖維板坯體內(nèi)的三維立體骨架結構， 降低氧化鋯纖維板的坯體容重和原料成本；所述的氧化鋯復合微粉作為基質(zhì)，氧化鋯復合 微粉具有較高的活性，在高溫條件下氧化鋯復合微粉發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變促進氧化鋯纖維板的燒 結，降低了氧化鋯纖維板的熱處理溫度；低加入量的有機物微粉的既保證了氧化鋯纖維板 具有較高的坯體強度，又降低了纖維板在干燥和熱處理過程中的收縮率，提高了纖維板的 成品率，所述結合劑為水溶性結合劑，降低氧化鋯纖維板原料中的含水量，提高氧化鋯纖維 板的坯體強度，降低氧化鋯纖維板的裝窯難度和成品率；所述氧化鋯纖維板原料的質(zhì)量百 分比為：氧化鋯纖維70~81%，氧化鋯復合微粉8. 7~11.9%，氧化鋯空心球9~20%，穩(wěn)定劑 1~1. 3%，穩(wěn)定劑的加入為了穩(wěn)定分散不均勻的單斜氧化鋯微粉；所述結合劑的加入量為原 料總重的16~20%，所述有機物小球的加入量為原料總重的7~24%，所述有機物微粉的加入 量為原料總重的〇~15%。
[0007] 所述的氧化鋯纖維為13wt. %氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯纖維，其化學成分要求為 Zr02+Hf02+穩(wěn)定劑的含量彡99. 4%。
[0008] 所述的氧化鋯空心球為13wt. %氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯空心球，其化學成分要求為 Zr02+Hf02+穩(wěn)定劑的含量彡99. 5%。
[0009] 氧化鋯復合微粉為13wt. %氧化釔穩(wěn)定氧化鋯微粉和單斜氧化鋯微粉的復合粉， 氧化鋯復合微粉中單斜氧化鋯微粉的質(zhì)量百分比為40~85% ;氧化鋯復合微粉的化學成分 要求為Zr02+Hf02+穩(wěn)定劑的含量彡99. 5%。
[0010] 所述的有機物小球為聚乙烯醇小球或聚烯烴小球或塑料小球。
[0011] 所述的有機微粉為石墨粉或聚丙烯酰胺。
[0012] 所述的穩(wěn)定劑為化學純氧化釔和氧化鈰的復合穩(wěn)定劑，穩(wěn)定劑中氧化釔的質(zhì)量百 分比為35~70%。
[0013] 所述的結合劑為淀粉、木質(zhì)素磺酸鈣和糊精的復合粉，結合劑中淀粉的質(zhì)量百分 比為50~95%，余量為木質(zhì)素磺酸鈣和糊精，且木質(zhì)素磺酸鈣和糊精以任意比例配比。
[0014] 一種氧化鋯纖維板的制備方法，其特征為：所述制備方法采用干法制備，其具體步 驟如下： (1) 氧化鋯纖維的處理：先將所述氧化鋯纖維在纖維切斷機切斷至1~2_，或在球磨罐 內(nèi)混合30~40分鐘，過2_篩控制纖維長度小于等于2_，然后將切短或磨短的氧化鋯短纖 維裝入帶塑料薄膜的編織袋內(nèi)封存，以備后用； (2) 將步驟（1)得到的氧化鋯短纖維加入球磨罐內(nèi)，然后再將氧化鋯空心球、穩(wěn)定劑、氧 化鋯復合微粉、有機物小球、有機微粉和結合劑依次加入球磨罐內(nèi)預混30~40分鐘，或在氣 流式微粉混料機內(nèi)混料2分鐘，混合均勻后將預混料裝入帶塑料薄膜的編織袋內(nèi)密封； (3) 將步驟（2)得到的預混料倒入行星式攪拌機內(nèi)，邊攪拌邊加入9%左右的水，混合 4~6分鐘，混合均勻后將混合料裝入帶塑料薄膜的編織袋內(nèi)密封、困料； (4) 將步驟（3)得到的混合料困料24h后在震動成型機上震動成型成纖維板坯體； (5) 將成型后的纖維板坯體在自然條件下常溫放置1~2天，放于40~60°C的烘箱或烘房 內(nèi)干燥1~2天，然后再在100~130°C的溫度下干燥1~2天，待氧化鋯纖維板內(nèi)的游離水完全 排除且具有一定強度后，最后將纖維板坯體放在1800°C的梭式窯內(nèi)密閉熱處理，氧化鋯纖 維板的高溫處理避免了氧化鋯纖維板表面的粉化、脫落和掉渣現(xiàn)象的發(fā)生，保證了制品超 高溫使用時具有良好的熱穩(wěn)定性和較小的變形。
[0015] 本發(fā)明提出的一種氧化鋯纖維板及制備方法，采用上述技術方案，具有如下有益 效果： (1) 采用氧化鋯纖維和氧化鋯空心球作為氧化鋯纖維板的基體，由于氧化鋯纖維和氧 化鋯空心球的容重低，熱膨脹系數(shù)小和熱穩(wěn)定性好，決定了纖維板制品具有較好的熱穩(wěn)定 性和隔熱效果，從而降低了高溫爐體的自身重量，改善了爐體的熱效率和使用壽命； (2) 氧化鋯纖維的小直徑、微粉小粒度和空心球的小粒徑度直接決定了纖維板的隔熱 性能，直接降低了纖維板的熱處理溫度，與小直徑的有機物小球和有機物微粉共同對改善 纖維板內(nèi)各組分及其性能的均勻性等都具有積極的作用，保證了纖維板的低熱處理收縮 率、低容重、高氣孔率及其高成品率； (3) 與濕法相比，干法制備氧化鋯纖維板工藝簡單，制備過程單一，生產(chǎn)效率高，成本較 低； (4) 氧化鋯空心球和有機物小球的加入，構建了坯體內(nèi)的三維立體骨架結構，降低了纖 維板的坯體容重，降低了原料成本； (5) 高溫條件下，具有較高活性的氧化鋯復合微粉的晶型轉(zhuǎn)變促進了氧化鋯纖維板的 燒結，降低了纖維板的熱處理溫度； (6) 氧化鋯纖維板的氧化鋯含量高，無其他雜質(zhì)和無機材料的引入，提高了氧化鋯纖維 板的使用溫度； (7) 有機小球和有機微粉的加入保證纖維板具有較高的坯體強度，高溫下的碳化和氧 化可提高和改善纖維板的氣孔率和熱導率； (8) 低含量的有機物和含水量，減小了纖維板在干燥和熱處理過程中的收縮率，提高了 纖維板的成品率，降低了成本，提高了效率； (9) 水溶性結合劑的加入，降低了泥料內(nèi)的含水量，提高了纖維板的坯體強度，降低了 纖維板的裝窯難度和成品率； (10) 纖維板的高溫處理避免了纖維板表面的粉化、脫落和掉渣現(xiàn)象的發(fā)生，保證了制 品超高溫使用時具有良好的熱穩(wěn)定性和較小的變形。
[0016] 綜上所述，本發(fā)明克服了目前超高溫領域高溫窯爐熱面材料和背襯材料用重質(zhì)絕 熱材料質(zhì)量大、成本高，熱效率低、使用過程中熱穩(wěn)定性差，易開裂的問題，改善和提高了濕 法制備的氧化鋯纖維板作為熱面材料強度低、高溫粉化嚴重和壽命短的問題，達到了降本 增效，節(jié)能降耗的目的，所制備的氧化鋯纖維板具有低容重、高氣孔率、低導熱系數(shù)、高結構 強度和熱穩(wěn)定性好的特點。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明氧化鋯纖維板的數(shù)碼照片。
【具體實施方式】
[0018] 以下非限定性實施例用于詳細解釋本發(fā)明的生產(chǎn)工藝和技術方案。這些實例中， 制品的性能多采用國家標準或行業(yè)標準進行測定，如化學分析、容重、氣孔率、耐壓強度、熱 導率和重燒線變化率等。
[0019] 實施例1:所述氧化鋯纖維板的原料組分及質(zhì)量百分比為：直徑為3~5ym的氧化 錯纖維70%，0. 045mm<粒度< 0. 075mm的氧化錯空心球20%，粒度< 0. 003mm的氧化錯復合 微粉9%，氧化鋯復合微粉中單斜氧化鋯微粉的質(zhì)量百分比為55% ;氧化釔和氧化鈰復合穩(wěn) 定劑1%，復合穩(wěn)定劑中氧化紀的質(zhì)量百分比為60% ;0. 045mm<粒度< 0. 075mm聚乙稀醇小 球的加入量為原料總加入量的15%，粒度< 0. 045mm聚丙烯酰胺的加入量為原料總加入量 的10%，淀粉、木