一種高溫抗蠕變莫來(lái)石-堇青石制品及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高溫耐火材料，具體涉及一種高溫抗蠕變莫來(lái)石-堇青石制品及其制備方法。該制品以燒結(jié)莫來(lái)石、堇青石、白剛玉、熔融石英、藍(lán)晶石、氧化鋁微粉、膨潤(rùn)土微粉、熟滑石微粉、高嶺土為主要原料，經(jīng)混料、困料、成型-干燥、最后高溫?zé)贫伞Ｍㄟ^(guò)采用科學(xué)的配料比例和級(jí)配，選用合理的制造方法，制備了本發(fā)明的高溫抗蠕變莫來(lái)石-堇青石制品。與其他產(chǎn)品相比，本發(fā)明的高溫抗蠕變莫來(lái)石-堇青石制品具有顯氣孔率低、體積密度高、抗蠕變性好、抗熱震性好和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，主要適用于中溫材料燒結(jié)如化工行業(yè)中的汽車電瓶用氧化鈷、磷酸鐵鋁原料燒成。
【專利說(shuō)明】一種高溫抗蠕變莫來(lái)石-堇青石制品及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高溫耐火材料，具體涉及一種高溫抗蠕變莫來(lái)石-堇青石制品。【背景技術(shù)】
[0002]堇青石(Cordierite)具有熱膨脹系數(shù)低、抗熱震性能好等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于汽車尾氣凈化裝置、耐熱涂層、催化劑載體、熱交換機(jī)材料、泡沫陶瓷、電子封裝材料、印刷電路板等，以及一些冷熱驟變的環(huán)境中，比如陶瓷換熱器、熱風(fēng)爐、支柱磚、匣體，棚板等等。但由于堇青石機(jī)械強(qiáng)度不高、荷重軟化點(diǎn)低、合成溫度范圍窄，用傳統(tǒng)方法較難獲得純相堇青石，從而限制了它的優(yōu)良性能的發(fā)揮。
[0003]莫來(lái)石(Mullite)是一種優(yōu)質(zhì)的耐火材料，具有高溫蠕變值小，荷重軟化點(diǎn)高，機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，但其熱膨脹系數(shù)相對(duì)較大，且因其主要為共價(jià)鍵化合物，原子在低溫下的體擴(kuò)散速度較慢，傳統(tǒng)燒結(jié)致密化溫度較高，一般都在1550~1600°C。
可見(jiàn)，堇青石熱膨脹系數(shù)低，抗熱震性好，但高溫性能一般，機(jī)械強(qiáng)度不高，而莫來(lái)石高溫蠕變值小，機(jī)械強(qiáng)度高，但抗熱震性不好。因此，為兼顧材料的高溫性能、機(jī)械 強(qiáng)度及抗熱震性能，將堇青石和莫來(lái)石進(jìn)行復(fù)合是提高材料性能的有效措施。
[0004]專利200510107317.6公開(kāi)了一種泥漿結(jié)合成型的抗熱震耐火磚，它是由45~75wt%的莫來(lái)石、5~15wt%的堇青石粉、5~15wt%的紅柱石、5~10wt%的氧化鋁微粉和8~15wt%的白泥構(gòu)成基料,與基料總重量3~15wt%的泥衆(zhòng)結(jié)合制成。雖然該耐火材料的熱震穩(wěn)定性能夠達(dá)到110次以上，但是其荷重軟化溫度以及強(qiáng)度相對(duì)較低，用于高溫燃燒時(shí)容易導(dǎo)致軟化、碎裂，因此使用壽命很短。
[0005]專利200610037794.4公開(kāi)了一種高熱震性莫來(lái)石-堇青石耐火磚，它是由30~50wt%的合成莫來(lái)石、15~25wt%的合成堇青石、10~20wt%的娃線石、5~10wt%的紅柱石、5~10wt%的氧化招微粉和4~6wt%的粘土制成。該耐火材料的熱震穩(wěn)定性能夠達(dá)到120次以上，但是其荷重軟化溫度以及常溫耐壓強(qiáng)度仍然偏低，而且高溫蠕變率高、體積密度低、孔隙率偏高，用于高溫燃燒室時(shí)容易導(dǎo)致軟化、碎裂，使用壽命有待進(jìn)一步提高。
[0006]綜上分析，資料對(duì)莫來(lái)石-堇青石制品的報(bào)道多集中在如何提高材料的抗熱震性，而對(duì)如何提高材料的高溫抗蠕變性的研究相對(duì)較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明主要是針對(duì)上述技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種顯氣孔率低、體積密度高、抗蠕變性好、抗熱震性好和使用壽命長(zhǎng)的莫來(lái)石-堇青石制品及其制備方法。
[0008]為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種高溫抗蠕變莫來(lái)石-堇青石制品，它是由主要原料:燒結(jié)莫來(lái)石、堇青石、白剛玉、熔融石英、藍(lán)晶石、氧化鋁微粉、膨潤(rùn)土微粉、熟滑石微粉、高嶺土、和外加結(jié)合劑按照下述重量份配比配制而成:
燒結(jié)莫來(lái)石M70:粒度為0.1~Imm的燒結(jié)莫來(lái)石5~15份 燒結(jié)莫來(lái)石M45:粒度小于0.089mm的燒結(jié)莫來(lái)石3~7份粒度為0.5~Imm的燒結(jié)莫來(lái)石3~7份 粒度為I~1.5mm的燒結(jié)莫來(lái)石3~8份 粒度為0.1~Imm的堇青石8~12份 粒度為I~3mm的堇青石6~10份 白剛玉4~12份 熔融石英2~7份 藍(lán)晶石5~15份 氧化鋁微粉5~15份 膨潤(rùn)土微粉I~3份 熟滑石微粉5~12份 高嶺土 10~20份 外加結(jié)合劑0.01~0.1份。
[0009]所述燒結(jié)莫來(lái)石M70的理化性能指標(biāo)為:A1203:45-47wt% ；Si02: 50_52wt% ；Fe203:
0.9-1.lwt% ；CaO:0.15-0.25wt% ;吸水率 2.32 wt%，體積密度 2.50 g/cm3。
[0010]所述燒結(jié)莫來(lái)石M45的理化性能指標(biāo)為:A1203:45-47wt% ；Si02: 50_52wt% ；Fe203:
0.9-1.lwt% ；CaO:0.15-0.25wt% ;吸水率 2.32wt%，體積密度 2.50g/cm3。
[0011]所述的白剛玉的粒度為0.053mm。
[0012]所述的熔融石英的粒度為0.279mm。
[0013]所述的藍(lán)晶石的粒度為0.173mm。
[0014]所述的氧化鋁微粉為a -Al2O3微粉。
[0015]所述的高嶺土為蘇州三號(hào)高嶺土，粒度為0.053mm。
[0016]所述外加結(jié)合劑為亞硫酸紙漿廢液、羥甲基纖維素、糊精、環(huán)氧樹(shù)脂中的一種。
[0017]所述的高溫抗蠕變莫來(lái)石-堇青石制品的制造方法，具體工藝步驟為:
O混料:按所要求比例將原料置于立式不銹鋼攪拌機(jī)中混合均勻；
2)困料:將步驟I)中混合均勻的原料置于臥式絞龍機(jī)中，并加入干粉料總質(zhì)量的6%~10%的水進(jìn)行絞出，堆放困料28~33d ；
3)成型-干燥:將步驟2)中堆放困料置于強(qiáng)制式流星攪拌機(jī)中攪拌15~20min后，再輸送至500噸油壓機(jī)中壓制成坯，整坯后放置自然陰干；
4)燒制:將步驟3)中干坯置于四孔高溫推板式隧道窯中進(jìn)行燒制，在1450°C~1465°C油窯溫度下燒制8~12小時(shí)，既得制品。
[0018]本發(fā)明的技術(shù)原理:對(duì)于高溫抗蠕變莫來(lái)石-堇青石材料來(lái)說(shuō),不但要求材料具有合適的常溫強(qiáng)度，而且要求材料在高溫下具有較好的抗蠕變斷裂的能力。其中核心的問(wèn)題是要避免材料制備過(guò)程中產(chǎn)生玻璃相，從而防止材料在使用過(guò)程中的軟化斷裂；另外，提高材料中的晶粒結(jié)合程度、減少材料中晶界滑移與位錯(cuò)的數(shù)量也是防止材料蠕變斷裂的另
一重要途徑。
[0019]莫來(lái)石-堇青石耐火材料是以莫來(lái)石為骨料，堇青石為基料，燒結(jié)而成。由于堇青石基料的熱膨脹系數(shù)小于莫來(lái)石骨料，兩者的膨脹系數(shù)不匹配，使得兩相界面形成微細(xì)裂紋，極大的提高了莫來(lái)石-堇青石材料的熱穩(wěn)定性。為解決在提高燒成溫度的同時(shí)，產(chǎn)生大量玻璃相問(wèn)題，在生產(chǎn)莫來(lái)石-堇青石耐火材料時(shí)，多選用合成堇青石和合成莫來(lái)石作為原料。
[0020]高溫耐火制品生產(chǎn)中，原料配方將決定材質(zhì)、材性，本發(fā)明以燒結(jié)莫來(lái)石、堇青石、白剛玉、熔融石英、藍(lán)晶石作為骨料，以氧化鋁微粉、膨潤(rùn)土微粉、熟滑石微粉、高嶺土為基質(zhì)料和外加劑一起配制成莫來(lái)石-堇青石制品的原料，采用科學(xué)的配料比例和級(jí)配，實(shí)現(xiàn)了制品骨架通過(guò)基質(zhì)中原位生成的莫來(lái)石晶粒和堇青石晶粒牢固聯(lián)接，并起到了增韌的作用。適當(dāng)延長(zhǎng)保溫時(shí)間和提高燒成溫度，不同程度上加強(qiáng)了燒結(jié)，促進(jìn)了基質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及骨料與基質(zhì)間的緊密結(jié)合的形成，同時(shí)降低了氣孔率，從而可以有效的改善制品的高溫抗蠕變性。
[0021]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
根據(jù)耐火材料制品的要求，選用莫來(lái)石為主要原料，莫來(lái)石的晶體結(jié)構(gòu)為針狀和柱狀，有利于交織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，可提高制品的抗蠕變性和抗熱震能力；選用堇青石為主要原料，可以提高制品的抗熱震性；選用白剛玉來(lái)強(qiáng)化基質(zhì)，可以提高制品的密度、常溫耐壓強(qiáng)度、荷重軟化溫度及抗侵蝕性能，尤其是抗折蠕變性能；基質(zhì)中的硅源采用熔融石英，其價(jià)格比硅灰低，純度卻比普遍使用的埃肯971U硅灰高很多，所以用熔融石英代替硅灰，不但提高了制品的品質(zhì)，還降低了原料成本；藍(lán)晶石的選用進(jìn)一步改善了材料的線變化率，促進(jìn)了材料的體積穩(wěn)定性。
[0022]采用本發(fā)明的方法制造的高溫抗蠕變莫來(lái)石-堇青石制品，經(jīng)長(zhǎng)興縣質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)中心進(jìn)行檢測(cè)，其技術(shù)指標(biāo)如下表:
【權(quán)利要求】
1.一種高溫抗蠕變莫來(lái)石-堇青石制品，其特征在于:它是由主要原料:燒結(jié)莫來(lái)石、堇青石、白剛玉、熔融石英、藍(lán)晶石、氧化鋁微粉、膨潤(rùn)土微粉、熟滑石微粉、高嶺土、和外加結(jié)合劑按照下述重量份配比配制而成: 燒結(jié)莫來(lái)石M70:粒度為0.1~Imm的燒結(jié)莫來(lái)石5~15份 燒結(jié)莫來(lái)石M45:粒度小于0.089mm的燒結(jié)莫來(lái)石3~7份 粒度為0.5~Imm的燒結(jié)莫來(lái)石3~7份 粒度為I~1.5mm的燒結(jié)莫來(lái)石3~8份 粒度為0.1~Imm的堇青石8~12份 粒度為I~3mm的堇青石6~10份 白剛玉4~12份 熔融石英2~7份 藍(lán)晶石5~15份 氧化鋁微粉5~15份 膨潤(rùn)土微粉I~3份 熟滑石微粉5~12份 高嶺土 10~20份 外加結(jié)合劑0.01~0.1份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫抗蠕變莫來(lái)石-堇青石制品，其特征在于:所述的白剛玉的粒度為0.053mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫抗蠕變莫來(lái)石-堇青石制品，其特征在于:所述的熔融石英的粒度為0.279_。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫抗蠕變莫來(lái)石-堇青石制品，其特征在于:所述的藍(lán)晶石的粒度為0.173mm。`
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫抗蠕變莫來(lái)石-堇青石制品，其特征在于:所述的高嶺土為蘇州三號(hào)高嶺土，粒度為0.053mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫抗蠕變莫來(lái)石-堇青石制品，其特征在于:所述外加結(jié)合劑為亞硫酸紙漿廢液、羥甲基纖維素、糊精、環(huán)氧樹(shù)脂中的一種。
7.一種制備權(quán)利要求1所述的高溫抗蠕變莫來(lái)石-堇青石制品的方法，其特征在于:具體工藝步驟為: O混料:按所要求比例將原料置于攪拌機(jī)中混合均勻； 2)困料:將步驟I)中混合均勻的原料置于絞龍機(jī)中，并加入干粉料總質(zhì)量的6%~10%的水進(jìn)行絞出，堆放困料28~33d ； 3)成型-干燥:將步驟2)中堆放困料置于攪拌機(jī)中攪拌15~20min后，再輸送至500噸油壓機(jī)中壓制成坯，整坯后放置自然陰干； 4)燒制:將步驟3)中干坯置于隧道窯中進(jìn)行燒制，在1450°C~1465°C油窯溫度下燒制8~12小時(shí)，既得制品。
【文檔編號(hào)】C04B35/622GK103664153SQ201310668793
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】陳新源 申請(qǐng)人:長(zhǎng)興宏業(yè)高科高溫耐火材料有限公司