一种陶瓷纤维、其制备方法及工业窑炉内衬的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无机材料技术领域，尤其涉及一种陶瓷纤维、其制备方法及工业窑炉 内衬。
【背景技术】
[0002] 陶瓷纤维，是一种新型轻质的耐火材料，具有容重轻、耐高温、热稳定性好、热传导 率低、热容小、抗机械振动好、受热膨胀小、隔热性能好等优点。中国从上世纪70年代开始陶 瓷纤维的生产研究，主要采用焦宝石、煤矸石、高岭岩等天然矿物原料进行低温陶瓷纤维的 生产；以焦宝石、煤矸石、高岭岩等天然矿物原料生产的陶瓷纤维，因其原料杂质多、纯度 低，制备的陶瓷纤维最高使用温度一般在1200°C以下，限制了其在高温领域的应用。
[0003] 随着高温领域对陶瓷纤维的要求，逐步开发出了以氧化铝粉、石英砂为主要原料， 添加氧化锆等成分，制备出了含锆陶瓷纤维，提高了陶瓷纤维的耐温度，把陶瓷纤维的最高 使用温度提高至1350°C，可用于工业窑炉内衬，拓展了陶瓷纤维的应用领域。
[0004] 现有的含锆陶瓷纤维的主要成分中，Al2〇3-般在30%~40%，Si0 2含量一般在 45%以上，Zr02含量在15%以下，这种含锆陶瓷纤维虽然耐温度较高，但是稳定性较差，在 高温下容易变形。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种陶瓷纤维、其制备方法及工业窑炉内衬，本发明中的 陶瓷纤维同时具有较高的耐温度和较高的高温稳定性。
[0006] 本发明提供一种陶瓷纤维，包括以下质量分数的组分：
[0007] Al2〇3:40%~60%，Si〇2:20%~40%，Zr〇2:15%~20%。
[0008] 优选的，所述AI2O3的质量分数为45~55%。
[0009] 优选的，所述Si〇2的质量分数为30~38%。
[0010] 优选的，所述Zr〇2的质量分数为15~17%。
[0011] 优选的，所述陶瓷纤维的直径为2~4μπι。
[0012]本发明提供一种陶瓷纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0013] Α)将铝源、锆源和硅源混合，得到混合物料；
[0014] Β)将所述步骤Α)中的混合物料熔融，得到熔融的物料；
[0015] C)将所述步骤Β)中熔融的物料拉伸成纤维，得到陶瓷纤维；
[0016] 所述陶瓷纤维中包括以下质量分数的组分:Al2〇3:40%~60%，Si〇2:20%~40%， Zr〇2:15%~20%。
[0017] 优选的，所述铝源包括氧化铝粉；
[0018] 所述错源包括错英砂；
[0019] 所述硅源包括石英砂。
[0020] 优选的，所述氧化铝粉的重量份数为40~55份；
[0021]所述锆英砂的重量份数为20~35份；
[0022]所述石英砂的重量份数为20~35份。
[0023]优选的，所述步骤B)中熔融的温度为2000~2400°C。
[0024] 一种工业窑炉内衬，由上述陶瓷纤维制成。
[0025] 本发明提供了一种陶瓷纤维，包括以下质量分数的组分:Al2〇3:40%~60%，Si〇2: 20%~40%，2"2:15%~20%。本发明调整了六1203和3丨0 2的用量，可确保本发明中的陶瓷 纤维在高温下，优先析出莫来石，而不是析出方英石，莫来石活性小、晶粒生长慢，能够提高 产品的稳定性；15~20%这一含量范围的Zr0 2能够有效抑制莫来石的生长，提高产品的使 用温度。实验结果表明，本发明提供的陶瓷纤维耐热温度在1350°C以上，在1350°C下加热24 小时，加热永久线变化< -2.5%，并且提高加热温度至1400°C后，其加热永久线变化的波动 较小，在-3%左右;渣球率< 12% (粒径>212μπι)，抗拉强度为0.06MPa~0.09MPa，平均500 °(3下的导热系数为0.075W/m · K~0.085W/m · K，并且具有更加优异的耐碱侵蚀性能。
【附图说明】
[0026] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 提供的附图获得其他的附图。
[0027] 图1为本发明实施例中陶瓷纤维耐碱侵蚀实验的样品图；
[0028] 图2为本发明实施例1中陶瓷纤维耐碱侵蚀实验图；
[0029] 图3为本发明实施例2中陶瓷纤维耐碱侵蚀实验图；
[0030] 图4为本发明实施例3中陶瓷纤维耐碱侵蚀实验图；
[0031 ]图5为本发明实施例4中陶瓷纤维耐碱侵蚀实验图；
[0032]图6为本发明比较例1中陶瓷纤维耐碱侵蚀实验图。
【具体实施方式】
[0033] 本发明提供了一种陶瓷纤维，包括以下质量分数的组分:Al2〇3:40%~60%，Si〇2: 20%~40%，Zr02:15%~20%。
[0034]本发明提供的陶瓷纤维同时具有较高的耐温度和较高的高温稳定性。
[0035] 在本发明中，所述陶瓷纤维中AI2O3的质量分数为40~60%，优选为45~55 %，更优 选为45~49% ;所述Si02的质量分数为20~40%，优选为30~38%，更优选为32~34% ;所 述Zr02的质量分数为15~20 %，优选为15~17 %。具体的，在本发明的实施例中，可采用以 下配比：Al2〇345%、Zr0215%、Si0 240% ;Al2〇345 %、Zr0217%、Si0238% ;Al2〇349%、 Zr0215%、Si0232%或Ah〇349%、Zr0217%、Si0 234%。
[0036] 在本发明中，所述陶瓷纤维的直径优选为2~4μπι，更优选为3μπι;所述陶瓷纤维的 渣球率优选< 12% (粒径>212μπι)。
[0037] 本发明还提供了一种陶瓷纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0038] Α)将铝源、锆源和硅源混合，得到混合物料；
[0039] Β)将所述步骤Α)中的混合物料熔融，得到熔融的物料；
[0040] C)将所述步骤B)中熔融的物料拉伸成纤维，得到陶瓷纤维；
[0041 ] 所述陶瓷纤维中包括以下质量分数的组分:Al2〇3:40%~60 %，Si02:20%~40 %， Zr02:15%~20%。
[0042] 在本发明中，所述铝源优选包括氧化铝粉;所述锆源优选包括锆英砂;所述硅源优 选包括石英砂。具体的，在本发明的实施例中，所述锆英砂的粒径优选为80~120目，更优选 为90~110目，其中Zr0 2含量2 65%、Si02含量2 31 %、Fe2〇3含量<0.1 % ;所述氧化铝粉的 粒径优选为120~200目，更优选为150~180目，其中Al2〇3含量2 97.5 %、Fe2〇3含量< 0.05% ;;所述石英砂的粒径优选为80~120目，更优选为90~110目，其中Si02含量2 98.5%、Fe2〇3含量<0.1 % ;以重量份数计，所述氧化铝粉优选为40~55份，更优选为45~50 份;所述锆英砂优选为20~35份，更优选为25~30份;所述石英砂优选为20~35份，更优选 为25~30份。本发明优选采用启动混料设备完成上述铝源、锆源和硅源的混合。
[0043] 得到混合物料后，本发明将所述混合物料熔融，得到熔融的物料，在本发明中，所 述熔融的温度优选为2000~2400°C，更优选为2100~2300°C。
[0044] 本发明将熔融的物料采用离心甩丝或喷吹的方法拉伸成纤维，得到陶瓷纤维。在 本发明中，所述离心甩丝和喷吹技术均是本领域技术人员常用的成纤维的方法。
[0045]按照上述方法得到的陶瓷纤维中，包括以下质量分数的组分:A1203:40%~60%， Si〇2:20%~40%，Zr〇2:15%~20%。
[0046]本发明还提供了一种工业窑炉内衬，由上述陶瓷纤维制成，本发明可以将所述陶 瓷纤维编织成陶瓷纤维毯，以应用于温度在1200°C~1350°C的工业窑炉中。在本发明中，所 述陶瓷纤维编织陶瓷纤维毯的方法为本领域技术人员常用的方法。
[0047]本发明按照GB/T17911-2006加热永久线变化测定方法测试了本实施例得到的陶 瓷纤维毯在1350°C和1400°C下的永久加热线变化，结果表明，本实施例得到的陶瓷纤维的 在1350°C下的永久加热线变化为<_2.5%，并且提高加热温度至1400°(3后，其加热永久线 变化的波动较小，在-3 %左右。
[0048] 本发明按照GB/T17911-2006抗拉强度测定方法测试了本实施例得到的陶瓷纤维 的抗拉强度，结果表明，本实施例中陶瓷纤维的抗拉强度为0. 〇6MPa~0.09MPa。
[0049]本发明按照YB/T4130-2005水流量平板法测试了本实施例得到的陶瓷纤维的导热 系数，结果表明，本实施例中陶瓷纤维的导热系数为0.075~0.085W/m · K(平均500°C)。
[0050]取本发明中的陶瓷纤维毯样品，样品长度为150mm、宽度为100mm，取3块，在其中一 块样品中部挖取直径为30mm、深度为10mm大小的2个小孔，各称取6g碳酸钠放在小孔中，其 余两块样品分别放在其上部及底部，然后放置在电加热炉中，在1260°C下加热6h，检测其耐 碱侵蚀性能优劣，结果表明，本发明中的陶瓷纤维制成的陶瓷纤维毯受侵蚀程度较低，具有 优良的耐碱侵蚀性能。
[0051 ] 本发明提供了 一种陶瓷纤维，包括以下质量分数的组分:AI2O3:40 %~60%，Si〇2: 20%~40%，2"2:15%~20%。本发明调整了六1203和3丨0 2的用量，可确保本发明中的陶瓷 纤维在高温下，优先析出莫来石，而不是析出方英石，莫来石活性小、晶粒生长慢，能够提高 产品的稳定性；15~20%这一含量范围的Zr0 2能够有效抑制莫来石的生长，提高产品的使 用温度。实验结果表明，本发明提供的陶瓷纤维耐热温度在1350°C以上，在1350°C下加热24 小时，加热永久线变化< -2.5%，并且提高加热温度至1400°C后，其加热永久线变化的波动 较小，在-3%左右;渣球率< 12% (粒径>212μπι)，抗拉强度为0.06MPa~0.09MPa，平均500 °(3下的导热系数为0.075~0.085W/m · K。
[0052] 为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种陶瓷纤维、其制备 方法及工业窑炉内衬进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。
[0053] 实施例1
[0054]称取45重量份氧化铝粉、25重量份锆英砂、30重量份石英砂，各原料同时放入气动 混料设备，经自动混料完成后，将混合均匀的原料输送到电阻中，在2100°C的温度下进行熔 融，然后将熔融好的熔融液，从电阻炉底部放出，在熔融液放出的过程中，采用离心甩丝技 术，把熔融液拉伸成陶瓷纤维，该陶瓷纤维的化学组分为:Al 2〇345% ; Zr0215% ; Si0240 %。
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