一种原位合成莫来石晶须增韧陶瓷蓄热体及其制备方法
【专利摘要】本发明提供一种原位合成莫来石晶须增韧陶瓷蓄热体及其制备方法，原位合成莫来石晶须增韧陶瓷蓄热体是由煤系高岭土，氧化铝微粉，莫来石粉料，粘合剂，水溶性增塑剂和水经过混料、捏泥、练泥、微波定型、烘干、烧制制备得到的。依照上述技术方案制备出来的蓄热体是由高强度，高模量的莫来石陶瓷晶须和莫来石基体构成的复合材料，其微观结构的基质组织间生成了均匀的莫来石晶须；此外，该方法制备工艺简单，成本较低，易于工业化生产。
【专利说明】一种原位合成莫来石晶须增韧陶瓷蓄热体及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无机非金属陶瓷领域，尤其是涉及一种原位合成莫来石晶须增韧陶瓷蓄热体及其制备方法。
【背景技术】
[0002]在蓄热式高温空气燃烧技术中，蓄热室是回收烟气余热和预热助燃空气的载体，蓄热体是蓄热室的核心材料，承担着冷热介质热量传递的任务，是蓄热式技术能否高效运作的关键。
[0003]蓄热体的工作环境极其恶劣，对它的结构形状、透热深度、比表面积、蓄热能力、导热性能、耐热冲击性、传热性能、耐氧化性、结构强度等都提出了很高的要求。综合考虑上述要求，一般都将蓄热体做成莫来石质的、具有蜂窝状通孔的陶瓷体。但是陶瓷材料存在着质脆易碎，韧性不好的缺点。
[0004]从这一观念出发，设计出一种热学和力学性能都十分优良的须状结构并将其均匀复合在脆性的陶瓷基体中，以提高其断裂能就显得很有必要。由于莫来石晶须具有优良的高温力学性能，以其作为增韧相能显著改善基体质脆的缺点，提高强度和韧性。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的第一个问题是提供一种原位合成莫来石晶须增韧陶瓷蓄热体。
[0006]为解决上述问题，本发明采用的技术方案是:
[0007]—种原位合成莫来石晶须增韧陶瓷蓄热体，是由包括下述原料制备而得的:
[0008]煤系高岭土，氧化铝微粉，`莫来石粉料，粘合剂，增塑剂和水；
[0009]其中，煤系高岭土和氧化铝微粉按照氧化铝和氧化硅的重量比为16~20:5~8配料；
[0010]莫来石粉料的投料量等于煤系高岭土和氧化铝微粉的重量之和。
[0011]优选的，以煤系高岭土、氧化铝微粉和莫来石粉料的总重量为百分之百计，粘合剂投料量为2~4wt%，增塑剂投料量为2~4wt%，水投料量为14~17wt%。
[0012]本发明对粘合剂没有特别的限制，优选为水溶性的粘合剂，更优选为羧甲基纤维素。
[0013]本发明对增塑剂没有特殊的限制，优选为水性丙烯酸类乳液，例如苯丙乳液可以应用在本发明的实施例中，本发明中使用水性丙烯酸类乳液具有环保的作用。
[0014]优选的，煤系高岭土和氧化铝微粉按照氧化铝和氧化硅的重量比为18:7配料。
[0015]优选的，所述煤系高岭土的目数为200~325目。
[0016]优选的，所述氧化铝微粉的目数为1000~1250目，纯度为99%。
[0017]优选的，所述莫来石粉料的目数为80~100目。
[0018]优选的，所述粘合剂为羧甲基纤维素。
[0019]优选的，所述增塑剂为水性丙烯酸类乳液。[0020]本发明要解决的第二个问题是提供一种原位合成莫来石晶须增韧陶瓷蓄热体的制备方法，包括以下步骤:
[0021](I)以煤系高岭土和氧化铝微粉为原料，按氧化铝和氧化硅的重量比为15~20:5~8的比例配料，在球磨机中混合并细磨3~4h，得一次混合料；
[0022](2)加入与所述一次混合料的重量相等的莫来石粉料，继续混合并细磨3~4h，得二次混合料；
[0023](3)以所述二次混合料的总重量为100%，加入粘合剂2~4wt%，增塑剂2~4wt%，水14~17wt%，在捏泥机中充分捏合成均匀泥料；
[0024](4)练泥3遍以上，困料24~48h;
[0025](5)真空条件下，精炼泥2遍以上，随即挤制成蜂窝状的泥坯；
[0026](6)所述泥坯经过微波定型，烘干后，切割修型；
[0027](7)烧结后，随炉冷却，100°C时出窑，得到莫来石晶须增韧的陶瓷蓄热体。
[0028]优选的，步骤(7)中，所述烧结是以14°C /min的升温速度进行升温，升温至900~1000°C时，保温2h ;继续升温至1100~1300°C时，保温3h。
[0029]本发明具有的优点和积极效果是:
[0030]1、依照上述技术方案制备出来的蓄热体是由高强度，高模量的莫来石陶瓷晶须和莫来石基体构成的复合材料，其微观结构的基质组织间生成了均匀的莫来石晶须，因而提高了蓄热体的断裂性能，是一种强韧型、长寿命的蓄热体。
`[0031]2、蓄热体本来就是莫来石质的，莫来石和莫来石晶须除了微观形貌不同，因而某些性能不同以外，大多数性能是相同或相近的，所以用莫来石做基质，以莫来石晶须做补强增韧相，两者有很强的相容性。
[0032]3、晶须的原位生成法相比外加法的优越性在于:外加晶须的表面容易被污染，与基体的结合界面不干净，易有不良的反应物产生。此外，外加晶须不容易分离，容易在基体中偏聚，可能会影响产品力学性能的稳定性，而采用原位合成的方法则可以避免上述情况发生。补强增韧相是通过在基体中的化学反应产生的，固以表面无污染，与基体的结合界面干净，相容性好不均匀，可以克服外加的不足。
[0033]4、制备工艺简单，成本较低，易于工业化生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1是实施例3制得的蓄热体晶须的电镜照片。
【具体实施方式】
[0035]实施例1
[0036]本实施例中，以重量百分比计，选用的煤系高岭土的主要成分为:
[0037]SiO2:45.08% ；A1203:37.89% ;灼碱:15.95% ；Ti02:0.43% ；
[0038]Fe2O3:0.2% ；MgO:0.079% ；CaO:0.095%。
[0039]制备方法包括如下步骤:
[0040](I)称取煤系高岭土 280kg，氧化铝微粉220kg，其中氧化铝微粉的目数为1000目，纯度为99%,煤系高岭土的目数为250目。[0041](2)将上述原料倒入球磨机中，混磨3h，加入预过80目筛的莫来石粉料500kg，再混磨3h。
[0042](3)取步骤(2)得到的混合料100kg，倒入捏合机，加入羧甲基纤维素3kg，水性丙烯酸类乳液3kg和水16kg,捏合均匀。
[0043](4)将步骤(3)得到的泥料加入练泥机初练3遍，困料24h。
[0044](5)将困好的泥料在真空状态下精炼两遍后，在挤出机挤制成型。
[0045](6)微波定型，烘干箱烘干后，切割修型。其中，微波频率为2450MHz，输出功率为6kw。
[0046](7)按照以下烧成制度烧制:
[0047]升温速度14°C /min ；
[0048]970°C时保温 2h;
[0049]1200°C时，保温 3h ;
[0050]然后，随炉冷却，100°C时出窑，得到莫来石晶须增韧的陶瓷蓄热体。
[0051]实施例2
[0052]本实施例中，以重量`百分比计，选用的煤系高岭土的主要成分为:
[0053]SiO2:45.08% ；A1203:37.89% ;灼碱:15.95% ；Ti02:0.43% ；
[0054]Fe2O3:0.2% ；MgO:0.079% ；CaO:0.095%。
[0055]制备方法包括如下步骤:
[0056](I)称取煤系高岭土 280kg，氧化铝微粉230kg，其中氧化铝微粉的目数为1000目，纯度为99%,煤系高岭土的目数为250目。
[0057](2)将上述原料倒入球磨机中，混磨3h，加入预过80目筛的莫来石粉料500kg，再混磨3h。
[0058](3)取步骤(2)得到的混合料100kg，倒入捏合机，加入羧甲基纤维素3kg，水性丙烯酸类乳液3kg和水16kg,捏合均匀。
[0059](4)将步骤(3)得到的泥料加入练泥机初练3遍，困料24h。
[0060](5)将困好的泥料在真空状态下精炼两遍后，在挤出机挤制成型。
[0061](6)微波定型，烘干箱烘干后，切割修型。其中，微波频率为2450MHz，输出功率为6kw。
[0062](7)按照以下烧成制度烧制:
[0063]升温速度14°C /min ；
[0064]970°C时保温 2h;
[0065]1200°C时，保温 3h ;
[0066]然后，随炉冷却，100°C时出窑，得到莫来石晶须增韧的陶瓷蓄热体。
[0067]实施例3
[0068]本实施例中，以重量百分比计，选用的煤系高岭土的主要成分为:
[0069]SiO2:43.28% ；A1203:37.27% ;灼碱:15.85% ；Ti02:0.48% ；
[0070]Fe2O3:0.2% ；MgO:0.079% ；CaO:0.095%。
[0071](I)按照煤系高岭土和氧化铝微粉重量比为100:74进行投料，其中氧化铝微粉的目数为1200目，纯度为99%，煤系高岭土的粒度为325目。[0072](2)将上述原料倒入球磨机中，混磨4h，加入等重的预过80目筛的莫来石粉料，再混磨3h。
[0073](3)取步骤(2)得到的混合料100kg，倒入捏合机，加入羧甲基纤维素3kg、水性丙烯酸类乳液4kg和水15kg,捏合均匀。
[0074](4)将泥料加入练泥机初练3遍，困料32h。
[0075](5)将困好的泥料在真空状态下精炼两遍后，在挤出机挤制成型。
[0076](6)微波定型，烘干箱烘干后，切割修型。其中，微波频率为2450MHz，输出功率为6KW。
[0077](7)按照以下烧成制度烧制:
[0078]升温速度14°C /min ；
[0079]970°C时保温 2h;
[0080]1200°C时，保温 3h ;
[0081]然后，随炉冷却，100°C时出窑，得到莫来石晶须增韧的陶瓷蓄热体。
[0082]其各项性能参数如下表所示:
【权利要求】
1.一种原位合成莫来石晶须增韧陶瓷蓄热体，是由包括下述原料制备而得的: 煤系高岭土，氧化铝微粉，莫来石粉料，粘合剂，增塑剂和水； 其中，煤系高岭土和氧化铝微粉按照氧化铝和氧化硅的重量比为16~20:5~8配料； 莫来石粉料的投料量等于煤系高岭土和氧化铝微粉的重量之和。
2.根据权利要求1所述的原位合成莫来石晶须增韧陶瓷蓄热体，其特征在于:以煤系高岭土、氧化铝微粉和莫来石粉料的总重量为百分之百计，粘合剂投料量为2~4wt%，增塑剂投料量为2~4wt%，水投料量为14~17wt%。
3.根据权利要求1或2所述的原位合成莫来石晶须增韧陶瓷蓄热体，其特征在于:煤系高岭土和氧化铝微粉按照氧化铝和氧化硅的重量比为18:7配料。
4.根据权利要求3所述的原位合成莫来石晶须增韧陶瓷蓄热体，其特征在于:所述煤系高岭土的目数为200~325目。
5.根据权利要求3所述的原位合成莫来石晶须增韧陶瓷蓄热体，其特征在于:所述氧化铝微粉的目数为1000~1250目，纯度为99%。
6.根据权利要求3所述的原位合成莫来石晶须增韧陶瓷蓄热体，其特征在于:所述莫来石粉料的目数为80~100目。
7.根据权利要求3所述的原位合成莫来石晶须增韧陶瓷蓄热体，其特征在于:所述粘合剂为羧甲基纤维素。
8.根据权利要求3-7任一所述的原位合成莫来石晶须增韧陶瓷蓄热体，其特征在于:所述增塑剂为水性丙烯酸类乳液。
9.权利要求3所述的原位合成莫来石晶须增韧陶瓷蓄热体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)以煤系高岭土和氧化铝微粉为原料，按氧化铝和氧化硅的重量比为16~20:5~8的比例配料，在球磨机中混合并细磨3~4h，得一次混合料； (2)加入与所述一次混合料的重量相等的莫来石粉料，继续混合并细磨3~4h，得二次混合料； (3)以所述二次混合料的总重量为100%，加入粘合剂2~4wt%，增塑剂2~4wt%，水14~17wt%，在捏泥机中充分捏合成均匀泥料； (4)练泥3遍以上，困料24~48h； (5)真空条件下，精炼泥2遍以上，随即挤制成蜂窝状的泥坯； (6)所述泥坯经过微波定型，烘干后，切割修型； (7)烧结后，随炉冷却，100°C时出窑，得到莫来石晶须增韧的陶瓷蓄热体。
10.根据权利要求9所述的原位合成莫来石晶须增韧陶瓷蓄热体的制备方法，其特征在于:步骤(7)中，所述烧结是以14°C /min的升温速度进行升温，升温至900~1000°C时，保温2h ;继续升温至1100~1300°C时，保温3h。
【文档编号】C04B35/622GK103804007SQ201310737216
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】张镭 申请人:天津康保振特无机非金属科技有限责任公司