专利名称：纳米微孔保温材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米微孔结构的保温材料。
背景技术：
高性能的保温材料对于节能降耗具有重要的意义。纳米微孔保温材料由于其特有的显微结构而具备了非常优异的保温性能，其导热系数甚至可以低于真空的导热系数。钢铁工业为高能耗工业，若高炉内衬使用高性能的保温材料，将有效地提高能源利用率。但高炉内衬保温材料除了必须具备超低的导热系数外，还应该具备一定的机械强度和高温(800 1000°C )下长期使用的稳定性。USP. 6，818，273公开了一种具有微孔结构的保温材料组成物，它包含30 90%微 细的金属氧化物粉体，并在表面覆盖了有助于提高热阻的云母层。但该保温材料的使用温度仅为620°C。USP. 6,936,326公开的保温材料组成物包含30_90 %微细金属氧化物粉体，0-30%红外遮光剂，0-10%陶瓷纤维，0-15%无机粘接剂。采用的无机粘接剂为水玻璃，磷酸铝或各种硼化物，其主要目的为提高强度并防止组成物在干压成型以后出现反弹。组成物中还包含了 5-15%的硬硅酸钙，并认为如果添加了 5-15%的硬硅酸钙，可以不使用无机粘接剂。但组成物中不管是包含了无机粘接剂，还是硬硅酸钙，都将影响保温材料的高温稳定性。USP. 6，921，506保温材料组成物包含10-100 % 二氧化硅微粉；0. 5-6 %碳粉；0-40%红外遮光剂；0-50%无机轻质填料，如气相二氧化硅，珍珠岩，膨胀粘土，玻璃微珠等。无机轻质填料虽然有助于提高保温材料的气孔率，提高强度和绝热性能，但其中有些原料，如膨胀珍珠岩，玻璃微珠等，将不利于材料的高温稳定性。组成物中还引入了 2-10%无机纤维，如E-玻璃，S-玻璃，R-玻璃，ECR-玻璃，C-玻璃，A-玻璃或其它陶瓷纤维，这些玻璃纤维同样不利于保温材料高温性能。CN 102659437A公开的保温材料组成物以废粉料作为红外遮光剂，与纳米二氧化硅、无机增强纤维复合，其导热系数为0. 037W/mk(800°C)，但900°C/12小时保温，样品的线收缩达2%左右。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种新颖的纳米微孔保温材料，克服现有技术中存在的缺陷。本发明所述的纳米微孔保温材料，其特征在于，所述纳米微孔保温材料由包括下列步骤的制备方法制得(I)将包括纳米级二氧化硅、红外遮光剂、增强纤维及耐火物质等原料搅拌混合，得到混合物(2)将由步骤(I)所得的混合物干压成型(至需要的形状及厚度)，并在800°c条件下烧结至少I小时，得到目标物(本发明所述的微孔保温材料)；其中，以所用原料的总重量为100%计,纳米级二氧化娃占40wt % 80wt %,红外遮光剂占IOwt 30wt*%,增强纤维占5wt*% 15wt*%,耐火物占5wt*% 15wt*% 所述红外遮光剂为能吸收或分散红外辐射的物质，所述增强纤维为耐火陶瓷纤维，所述耐火物为高温陶瓷粉体材料。 所述微孔保温材料的导热系数为0. 030ff/mk 0. 032ff/mk(800°C )，耐压强度为320KPa 600KPa，1000°C /12小时保温，所述微孔保温材料的线收缩小于0. 5%。本发明的组成物采用纳米级二氧化硅构成了保温材料的特有的显微结构，使其具备了纳米尺寸的封闭气孔；采用红外遮光剂减少保温材料的辐射传热，降低高温下的导热系数；采用增强纤维提高保温材料的机械强度；特别是引入了耐火物质，使产品不仅具有优良的绝热性能和机械强度，而且可以在高温下长期使用。
具体实施例方式在本发明一个优选的技术方案中，所用纳米级二氧化硅占以所用原料的总重量50wt % 75wt %。在本发明另一个优选的技术方案中，所用红外遮光剂为具有高辐射性能的陶瓷粉体；本发明推荐使用的红外遮光剂选自硅酸锆、氧化钛、碳化硅或六钛酸钾中一种或几种。在本发明又一个优选的技术方案中，本发明采用的耐火物质为高温结构陶瓷粉体；本发明推荐使用的耐火物质选自氧化铝、氧化锆、氧化铬、氮化硅或或氮化铝中一种或几种。若微孔保温材料中缺少了耐火物质，虽然其仍保持着优异的绝热性能，但在800°C 1000°C高温下长期使用，因高温收缩将不可避免地在拼结处产生缝隙，使保温层整体的保温性能降低，所以，添加5wt% 15wt%耐火物质，有助于提高保温材料的热稳定性。在本发明又一个优选技术方案中，所用增强纤维选用高耐火度陶瓷纤维中一种或几种，如(但不限于)所用增强纤维选自锆酸铝纤维、氧化铝纤维或氧化锆纤维中的一种或几种。在本发明所提供的微孔保温材料中，不含有无机粘接剂或硬硅酸钙，因为这些添加剂将有损于保温材料的高温性质。保温材料的机械强度可以通过组合物中其它组分的调整得以改善，成型过程中容易产生的反弹也可以通过制造方法以及装置得以控制。以下通过实施例对本发明作进一步阐述，其目的仅在于更好理解本发明的内容。因此，所举之例并不限制本发明的保护范围。实施例I将55wt %的纳米二氧化娃，IOwt %六钛酸钾和IOwt %娃酸错，IOwt %氧化锆，以及15wt % %锆酸铝纤维，在高速搅拌机中均匀混合，干压成型为400mm(长)X200mm(宽)X25mm(厚)的板材，最后在800°C下烧结I小时，随炉冷却，得到纳米微孔保温材料A。纳米微孔保温材料A的体积密度250Kg/m3、导热系数0. 023ff/mk (400°C )、0. 030W/mk(800°C )、耐压强度320KPa，1000°C /12小时保温，纳米微孔保温材料A的线收缩小于0. 5%。实施例2将60wt %的纳米二氧化娃，15wt %娃酸错，IOwt %氧化招，IOwt %氧化铝纤维和5wt %锆酸铝纤维，在高速搅拌机中均匀混合，干压成型为 400mm(长)X200mm(宽)X25mm(厚)的板材，最后在800°C下烧结I小时，随炉冷却，得到纳米微孔保温材料B。纳米微孔保温材料B的体积密度280Kg/m3、导热系数0. 025ff/mk (400°C )、0. 032W/mk(800°C )、耐压强度600KPa，1000°C /12小时保温，纳米微孔保温材料B的线收缩小于0. 5%。
权利要求
1.一种纳米微孔保温材料，其特征在于，所述纳米微孔保温材料由包括下列步骤的制备方法制得(1)将包括纳米级二氧化硅、红外遮光剂、增强纤维及耐火物质等原料搅拌混合，得到混合物；(2)将由步骤(I)所得的混合物干压成型，并在800°C条件下烧结至少I小时，得到目标物；其中，以所用原料的总重量为100%计,纳米级二氧化娃占40wt% 80wt%,红外遮光剂占IOwt % 30wt %,增强纤维占5wt % 15wt %,耐火物占5wt % 15wt % ；所述红外遮光剂为具有高辐射性能的陶瓷粉体，所述增强纤维为耐火陶瓷纤维，所述耐火物为高温结构陶瓷粉体；所述纳米微孔保温材料的导热系数为O. 030ff/mk O. 032ff/mk(800°C )，耐压强度为 320KPa 600KPa，1000°C /12小时保温，所述微孔保温材料的线收缩小于O. 5%。
2.如权利要求I所述的微孔保温材料，其特征在于，其中纳米级二氧化硅占以所用原料的总重量50wt% 75wt%。
3.如权利要求I或2所述的微孔保温材料，其特征在于，其中所用红外遮光剂选自硅酸锆、氧化钛、碳化硅或六钛酸钾中一种或几种。
4.如权利要求I或2所述的微孔保温材料，其特征在于，其中所用耐火物质选自氧化铝、氧化锆、氧化铬、氮化硅或氮化铝中的一种或几种。
5.如权利要求I或2所述的微孔保温材料，其特征在于，其中所用增强纤维选自锆酸铝纤维、氧化铝纤维或氧化锆纤维中的一种或几种。全文摘要
本发明涉及一种纳米微孔结构的保温材料。所述保温材料由包括下列步骤的制备方法制得(1)将包括纳米级二氧化硅、红外遮光剂、增强纤维及耐火物质等原料搅拌混合，得到混合物；(2)将由步骤(1)所得的混合物干压成型，并在800℃条件下烧结至少1小时，得到目标物；其中，以所用原料的总重量为100％计，纳米级二氧化硅占40wt％～80wt％，红外遮光剂占10wt％～30wt％，增强纤维占5wt％～15wt％，耐火物占5wt％～15wt％。本发明提供的保温材料不仅具有优良的绝热性能和机械强度，而且可以在高温下长期使用。
文档编号C04B30/02GK102976710SQ201210478519
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月22日 优先权日2012年11月22日
发明者胡一晨, 柯美亚, 吴朝齐, 赵玲娣, 蓝振华, 王中俭 申请人:华东理工大学, 上海柯瑞冶金炉料有限公司