绝热材料的制作方法_3

文档序号:9483449阅读:来源:国知局
烧结体为由化学式XAI2O4构成的尖晶石质,所述化学 式中X为化、Fe、Mg、Ni及Mn中的任意种类,即,X为Mg,纤维质层包含由无机材料形成的纤 维的集合体,所述多孔烧结体中,气孔率为70%W上,孔径超过1000ym的气孔为所述多孔 烧结体中的总气孔的lOvol%W下,孔径0.OlJimW上且低于0.8Jim的气孔在孔径1000Jim W下的气孔中占lOvol%W上且30vol%W下,孔径0.8ymW上且低于10ym的气孔在所述 孔径1000ymW下的气孔中占50vol%W上且80%W下,所述纤维质层中的所述纤维中的二 氧化娃成分为55wt%W下,于1000°CW上且1500°CW下的热导率为0. 40W/(m?K)W下。 阳07引本发明包含由化学式XAI2O4构成的尖晶石质(所述化学式中的X为化、Fe、Mg、Ni及Mn中的任意种类,即,Mg)形成的多孔烧结体。
[0074] 由化学式XAI2O4构成的尖晶石质,具体而言X为Mg的儀氧尖晶石,通过在高溫下 的晶粒生长、晶界的结合而产生的气孔的形状、大小的变动小,可W长期间维持抑制热导率 变动的效果,因此优选在高溫下使用。尚需说明,所述化学组成及尖晶石质的构造例如可W 通过粉末X射线衍射法来测定及鉴定。
[0075] 所述多孔烧结体中,气孔率为70%W上,孔径超过1000ym的气孔为所述多孔烧结 体的总气孔的lOvol%W下,孔径0.OlJimW上且低于0.8Jim的气孔在孔径1000JimW下 的气孔中占lOvol%W上且30vol%W下,孔径0. 8ymW上且低于10ym的气孔在所述孔径1000 ymW下的气孔中占50vol%W上且80vol%W下。
[0076] 气孔率可由JISR2614"耐火绝热砖的比重及真气孔率的测定方法"算出。而且, 气孔容积比例可由气孔径分布求得,所述气孔径分布可W通过JISR1655 "精细陶瓷的利 用隶压法的成型体气孔径分布试验方法"进行测定。
[0077] 多孔烧结体的气孔率低于70%,则固体的比例变大,因此传导传热增加,热导率可 能变大。另外,气孔率过高则强度会显著下降,因此气孔率的上限优选为88%。
[0078] 在多孔烧结体中,孔径超过1000ym的所谓巨大气孔若过多存在,则热导率的溫 度依赖性可能会增加,因此,若使孔径超过1000ym的气孔为总气孔的lOvol%W下,则可将 此影响抑制到实用上无问题的水平。
[0079] 孔径0.OlymW上且低于0. 8ym的气孔、所谓微小气孔在孔径1000ymW下的气 孔中占lOvol%W上且30vol%W下,由此,可使每单位体积的气孔数增多,在晶界的声子散 射量增加,从而获得抑制传导传热的效果。
[0080] 所述微小气孔若低于lOvol%,则每单位体积的晶界数减少,会使得抑制传导传热 的效果不充分。另一方面,若所述微小气孔超过30vol%,则难W使气孔率为70%W上,会使 热导率升高。
[0081] 本发明设及的多孔烧结体中,孔径0.8ymW上且低于IOym的气孔在孔径 1000ymW下的气孔中占50vol%W上且80vol%W下。所述微小气孔在本发明的范围内,且 适于抑制福射传热的0. 8ymW上且10ymW下的气孔的量适当存在,由此可W有效地抑制 作为整体在高溫下的热导率的上升。
[0082]上述每一孔径的气孔容积比例,是考虑在表面上形成纤维质层而确定的。因此,可W抑制因提供纤维质层带来的福射传热的增加所导致的在高溫下的绝热性的显著下降,可 W说能够维持本发明的多孔烧结体具有的本来特性。
[0083] 在本发明中,所述纤维质层的所述纤维中的二氧化娃成分为55wt%W下。
[0084]纤维质层在无损于在高溫下的绝热特性的情况下,有效地弥补本发明中的多孔烧 结体的弱点即初性不足及轻量性。
[00化]本发明中的多孔烧结体,虽然在高溫下的绝热特性优异,但是例如若制成板状,贝U在搬运时、包含在炉体等的内面上堆积作业及其他各处的作业全部的施工时,可能会发生 破裂、碎裂、折断等破损之类的不良状况。
[0086] 作为运些不良状况的对策,有提高多孔烧结体自身强度的方法。该情况下,松密度 的增加使得轻量性受损,施工时的作业性可能变差。本发明中为了方便起见将施工时的作 业性称为操作性。
[0087]另外,因为上述方法旨在作为所谓主体(bu化body)的强度的提高,所W例如在板 状材料中,由于自重产生弯曲,因此多孔烧结体的表层部会产生强拉伸应力,于是在表层部 产生裂缝等,作为脆性材料的多孔烧结体容易破损。
[0088] 因此,可W考虑在多孔烧结体的表层部形成层来增强的方法。该方法中,只要层的 厚度不过于厚,则在抑制整体的松密度增加的同时,可降低如上所述的破损的风险。另外, 其也有保护表层的作用,因此可有效地防止伤痕和碎裂的发生。
[0089]然而,本发明中所设及的多孔烧结体,虽然因具有其特有的气孔径的气孔容积比 例而呈现出在高溫下的绝热性优异的效果,但是,仅仅在其表层形成层可能会损害在高溫 下的绝热性的效果。
[0090] 因此,在本发明中,在使多孔烧结体的气孔容积比例最优化的同时,作为形成于表 层的层,通过使用含有特别是拉伸强的纤维的材料,可制成兼具在高溫下的绝热性、轻量 性、操作性、高初性的绝热材料。
[0091] 在此,在多孔烧结体的至少一个表面上形成是指多孔烧结体的表面全用纤维质层 覆盖并非必要条件。根据绝热材料的形状、使用方法,覆盖全表面是困难的,但是只要在能 获得本发明的效果的范围内提供纤维质层,并不设特别限制。
[0092] 若为板状,则也可W是至少一个主面用纤维质层覆盖运样的形态。若为块体,则也 可W是仅操作面用纤维质层覆盖。
[0093] 由无机材料形成的纤维中,可广泛采用适用于绝热材料、耐火物的公知的无机材 料,不受特别限定。例如可举出氧化侣、莫来石、氧化错等。
[0094] 另外,作为纤维的形态也不受特别限制,可根据使用目的、用途适时选择。例如可 举出将所谓短纤维分散于基体中而得的材料、长纤维的片或织物、短纤维与长纤维的复合 物等。
[0095] 包含由无机材料形成的纤维的集合体的纤维质层,W由无机材料形成的纤维为必 须的构成要素,同时,也可W包含其他材料作为适时构成要素。例如,若用纤维单一成分无 法形成层,可W选择适当的无机材料作为基体。另外,也可W在纤维质层的表面上进一步形 成用W提高耐热及耐腐蚀性的膜。
[0096] 如上所述,在本发明中纤维质层的形态虽不受特别限制,但所述纤维质层中的所 述纤维中的二氧化娃成分为55wt%W下。运是因为,二氧化娃成分超过55wt%,则多孔烧结 体的尖晶石质与纤维中的二氧化娃的反应增大到不能无视的程度,其结果,纤维质层剥离 的风险升高。
[0097] 尚需说明,公知的、由无机材料形成的、适用于绝热材料或耐火物的大部分纤维 中,包含二氧化娃成分。由此,在本发明中为了避开上述二氧化娃成分过多带来的不良状 况,对所述纤维中所包含的二氧化娃成分的比例进行限定。
[0098] 对于纤维质层的厚度,虽也不设特别限制,但例如在板状的绝热材料的情况下,相 对于整体厚度若纤维质层所占的比例大,则有损于在高溫下的绝热性,因此,根据与操作性 的平衡来适时设计。
[0099] 此外,在无损于本发明效果的范围内,可W进一步包含多孔烧结体和纤维质层W 外的材料。例如,可W向多孔烧结体中添加纤维等作为增强材料。所述增强材料与本发明 中设及的多孔烧结体为相同材料、不同材料都可W。另外,于上述中,也可W添加公知的造 孔材料。
[0100] 尚需说明,本发明中所设及的绝热材料,若在1000°CW上且1500°CW下的溫度范 围内热导率低于0. 4W/(m?K),则可W将提供纤维质层所引起的绝热性降低的影响抑制到 最小限度,可W说更加优选。 阳101] 本发明的一个方案中设及的绝热材料,其特征在于,包括气孔率85vol%W上且低 于91vol%的多孔烧结体,孔径0. 8ymW上且低于10ym的气孔在总气孔容积中占lOvol%W上且40vol%W下,且孔径0.OlJimW上且低于0. 8Jim的气孔在总气孔容积中占5vol% W上且lOvol%W下,所述多孔烧结体由MgAl2〇4(尖晶石)原料和陶瓷纤维形成姐MgAl2〇4中包含陶瓷纤维),在l〇〇〇°CW上且1500°CW下的热导率为0.40W/(m?K)W下,堆积比重 为0. 6W下。 阳102] 本发明中设及的多孔烧结体的材质为尖晶石质的MgAl2〇4 (儀氧尖晶石)。尖晶石 质的多孔烧结体中,由在高溫下的晶粒生长、晶界的结合产生的气孔的形状和大小的变动 小,可W长时间维持抑制热导率变动的效果。 阳10引特别是MgAl2〇4,在l〇〇〇°CW上的高溫范围的构造稳定性高,具有各向同性的结晶 构造,因此,即使在暴露于高溫的情况下,也几乎不发生特异的晶粒生长、收缩。
[0104] 因此,由于MgAl2〇4可W维持作为本发明的特征的特定气孔构成,故而优选作为在 高溫下使用的绝热材料。尚需说明,所述化学组成及尖晶石质的构造例如可通过粉末X射 线衍射法来测定及鉴定。
[01化]另外,本发明所设及的多孔烧结体包含陶瓷纤维。陶瓷纤维包含于MgAl2〇4中,贝U可W提高多孔烧结体整体的气孔率,堆积比重降低,因此可W实现轻量化。再者,与不加入 纤维而仅提高气孔率的情形相比,也可W实现强度的提高。 阳106] 对于陶瓷纤维,可W广泛适用用于绝热材料的众所周知的材料,作为一个例子可 举出氧化侣、氧化错、莫来石等。但是,在高溫大气中氧化分解而不能使用的材料,例如碳化 娃,不一定优选(不怎么优选)。 阳107] 陶瓷纤维的形状也没有特别限制。例如,可W包含平均直径3~10ym、平均长度 0. 2~IOOmm的短纤维、将数百~数千根所述短纤维成束而得的纤维束、或连续的长纤维。 然而,从将气孔率维持在本发明的范围内运样的观点考虑,优选使所述的短纤维分散的形 态。
[0108] 虽然陶瓷纤维的添加率并不受特别限定,但是若过少,则可能几乎无法获得堆积 比重降低的效果。另外,若过多则孔径0.OlymW上且低于0. 8ym的气孔及孔径0. 8ym W上且低于10ym的气孔在整体中所占比例降低,由此可能无法充分获得后述热导率增加 的抑制效果。 阳109] 尚需说明,在本发明的一个方案中,若孔径0.8ymW上且低于IOym的气孔在总 气孔容积中占lOvol%W上且40vol%W下,且孔径0.OlJimW上且低于0. 8Jim的气孔在总 气孔容积中占5vol%W上且lOvol%W下,则也可W包含1000ymW上的气孔。
[0110] 优选的陶瓷纤维的添加率是相对于多孔烧结体为0. 〇5vol%W上且35vol%W下, 更优选为0.Ivol%W上且30vol%W下。 阳111] 尚需说明,陶瓷纤维的含有率W陶瓷纤维与陶瓷纤维W外的固体成分的重量比进 行调整。如果W添加量进行换算,为0. 5wt%W上且75wt%W下,更优选为5wt%W上且60wt%W下。
[0112] 另外,关于陶瓷纤维在MgAl2〇4中的分布,可W根据被设计的绝热材料的需求说明 而进行适时调整。作为一个例子,若使纤维的密度在表层大而在中屯、部低,则因表层为高强 度而可W制成难W走形的绝热材料。
[0113] 本发明的一个方案中的多孔烧结体的气孔率设定为85vol%W上且低于91vol%。 所述气孔率低于85vol%时,由MgAl2〇4构成的基材部分在所述多孔烧结体中所占比例高,传 导传热增加,可能难W使热导率足够小。另一方面,所述气孔率为91vol%W上时,由MgAl2〇4 构成的基材部分在所述多孔烧结体中所占比例绝对地变低,因此变得极为脆弱,将不能获 得充分的耐热性。
[0114] 所述气孔率利用JISR
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