专利名称：高温区铝酸盐绝热材料的制作方法
高温区铝酸盐绝热材料
本发明涉及具有耐高温性和耐碱性的铝酸盐绝热材料，并涉及由其制 成的成型部件及其制造方法。
这种铝酸盐绝热材料以商标Cahitherm⑧为人所知，并且是多孔铝酸 钙，其尤其用于成型部件，例如沟槽、管和环，从而使非铁金属熔化。多 孔成型部件的制造通过压热处理相应的氧化物、氢氧化物等的浆料、并然 干燥而进行。这类材料只能在最多110(TC下使用，并对烧制装置中、尤其 是在垃圾焚化或水泥制造中产生的碱性燃烧气体具有低的耐受性。
为了装备存在高于1300。C的温度的垃圾焚化装置或水泥制造装置，特 别使用了耐火粘土和钙二氧化硅材料，它们也受碱、尤其是热燃烧气体中 的碱的影响，因此它们开裂、拉开和剥落，由此作为分解产物形成碱性铝 和碱二氧化石圭。
此外，从文献中，尤其是从DE 2055024 Al和JP 02018350 A2中，获 知了由于产生碱性铝酸盐、尤其是铝酸钠(其由于其离子传导性而用作电 池和蓄电池材料)而使用的各种方法。这些制造方法基于来源于原材料的 氧化物或氢氧化物的混合物(尤其是具有化学计量的组成的混合物)的均 化、和在最多1600。C或更高的温度烧结。在这种情况下，通过经由许多中 间阶段改变含钠和铝原材料的初始混合物，产生了非常致密的烧结材料， 其密度为大约3.2克/立方厘米，并以许多形式在多个过渡步骤中产生。可 能由于形成m-Al203或NaAK)2晶种而发生故障，这些晶种然后尤其在变 化的热应力下引起烧结部件中的连续裂紋和在载荷下引起碎裂。特别地， 钠离子从内部向边缘区域转移，产生了下降的浓度梯度，并因此在烧结制 品中导致不平均的晶体形成和相形成。
本发明的目的是制造耐受碱、尤其是燃烧气体中的碱的耐高温固体高多孔绝热材料，和简单的制造方法，并因此用其设计板材和成型部件。
本发明的解决方案在于，绝热材料由高多孔的碱金属-P -铝酸盐或其 等效前体构成。
该方法目标的解决方案在于，将氧化铝、氢氧化铝和/或可热分解的碱 金属盐和碱金属氧化物、碱金属氢氧化物和/或可热分解的铝盐与水、稳定 剂和增强材料混合并成型。此后在饱和蒸汽压下压热处理，并以此方式，
将硬化的成型部件干燥，并然后原位或在烧结室中用最多1600。C的温度燃 烧。
该新型绝热材料既具有碱性铝酸盐对碱性蒸气和熔融的耐受性，又由 于孔隙结构而具有低的热导率，该孔隙结构由于在高压釜中用高的稳定化 水部分湿处理原材料而产生。
此外，该孔隙结构具有如下优点一一晶核和相界始终只有短的可用生 长距离，因而在温度载荷变化下不会产生深裂紋和裂隙。
在1000-1600'C的高烧结温度产生的碱金属-P -铝酸盐代表了耐受热 碱性蒸气影响的不会变化的最终产品。
在烧结部件上，测得大约0.5克/立方厘米的堆密度和大约0.3 W/(mK) 的热导率。平均孔径大小为大约0.35微米。
在进一步试验中，根据混合物源，产生了 1.30克/立方厘米的堆密度、 0.9W/(mK)的热导率和l.O微米的孔径大小。
根据原材料，在1350至1450。C的烧结温度产生了 2%的收缩率，这是 在冷却后测量的。由此，对于烧制室和烟囱的衬里，有可能可以直接使用 预制的成型部件，例如板材、管材、环等，而不需要高成本的燃烧。
作为氧化铝原材料，尤其可以使用各种粒度的被称作三水铝石的氢氧 化铝、和勃姆石AIO(OH)。
作为碱金属原材料，尤其可以使用氢氧化钠和氢氧化钾和碱金属的碳 酸盐、硝酸盐、乙酸盐、水杨酸盐或甲酸盐或另一羟基羧酸盐，其中后者 在200至500。C的温度变成碳酸盐，其在更高温度下分解，从而使所得碱 金属氧化物与氧化铝结合。也可能由于提高的温度使相应酸的盐分解而产生铝。
作为稳定化和过滤组分，浓度为0.5至1.5%的甲基纤维素是合适的， 和/或浓度为1至8%的纤维素是合适的。
特别可在碱金属氧化物相对于氧化铝过量(以在最终产品中的比率计) 的情况下制造该混合物。
关于氧化钠与氧化铝比率的示例，制造方法以1:4.2的氧化钠与氧化铝 的比率开始，对于153氧化铝和NaA102升至超过l:5…6，并越来越高地升 至在1500。C下NazO-P2氧化铝的11AK)3的l:7…9的值。结果，由于相应 的变化，该绝热材料中的碱金属氧化物浓度降低。
将所选和搅拌过的混合物以所需形式或作为压实物在大约200。C压热 处理约5至24小时。在略微冷却并在160。C预干燥后，将该部件最终在160 'C干燥直至质量恒定。
干燥制品的耐压强度高于10N/mm2,因此其容易在此状态下加工并安 装在烧制装置中。
在其它情况下，在1000。C烧制12小时导致耐压强度降至6.3 N/mm2, 在1200。C烧制12小时导致降至大约4.5 N/mm2。结果，原始密度从大约 0.65分别降至0.55或0.50克/立方厘米，且X-射线衍射计中最初出现的勃 姆石变成铝酸钠。
根据DIN 51068的Tiegel方法，使用40克最具侵蚀性的盐混合物之 一质量比为1:1的K:jS04和K2C03，在IIOO'C下5小时的腐蚀试验中，冷 却后没有看出腐蚀。
在高压釜中，在良好成型的层状晶体的电子扫描显撑i镜中出现未燃烧 状态的附聚物。该附聚物具有10-20微米的尺寸和1-3微米的晶体。没有 看见氢氧化钠。
在1200。C烧制12小时后，出现与上类似的结构，但是，可以看见具 有短刺状边缘的典型p-氧化铝晶体。
图1至5以各种比例显示典型的REM照片。可以在大放大率下识别 出有角的、排列在一起的晶页。较低放大率给出了以链和捆形形式围绕多孔片段的附聚体的全图，该多孔片段尤其是通过先输入并然后蒸出的工艺
水形成的，工艺水达到该混合物的大约50重量％ 。
权利要求
1.具有超过1000℃的耐热性的多孔铝酸盐绝热材料，其特征在于其由碱金属-β-铝酸盐和/或其经过压热处理的前体构成，使得其耐受碱蒸气并耐熔融，其原始密度为0.3至1.30克/立方厘米，其热导率为0.2至0.9W/(mK)且其孔径大小为0.1至1.0微米。
2. 根据权利要求l的绝热材料，其特征在于所述前体由碱金属铝酸盐 构成。
3. 根据权利要求2的绝热材料，其特征在于所述碱金属铝酸盐由钠或 钾勃姆石、a铝酸钠或钾、p铝酸钠或钾、y铝酸钠或钾、ii铝酸钠或钾、 钠或钾thodite和/或钠或钟尖晶石构成。
4. 根据权利要求3的绝热材料，其特征在于所述前体包含碱金属氧化 物、碱金属氢氧化物、在低于1000。C的温度挥发的酸的盐和/或在低于1000 。C的温度挥发的酸的铝盐和/或m-Al203和/或NaA102。
5. 根据权利要求4的绝热材料，其特征在于所述挥发性酸是碳酸、硝 酸、水杨酸、曱酸、乙酸或另一氢氧化物碳酸。
6. 根据前述权利要求之一的绝热材料，其特征在于其强度>3 N/mm2。
7. 根据权利要求1至6之一的铝酸盐绝热材料的用途，用于板材、复 合石材、管材或管片段或环的成型部件中。
8. 制造根据权利要求1至6之一的绝热材料或根据权利要求7的模制 品 的方法，其特征在于-首先将至少 一种释放碱金属离子的第 一材料与 一种至少释放铝离子 的第二材料的均匀含水混合物用大致相同量的水悬浮，其中所述两种材料 的构成是在低于1000。C的温度在使其余组分挥发的情况下释放出各自的 碱金属氧化物或氧化铝，其中所述混合物中所含的碱金属氧化物与氧化铝 的算术比率约为所用碱金属-p -铝酸盐的量的两倍；-此后，将该均匀混合物作为悬浮液以压制板或成型部件制品形式在 大约200。C压热处理5至30小时，或将该混合物作为悬浮液直接压热处理、使其经过成型过程并可以再压热处理一次；-然后，在大约160。C预干燥10至30小时；-然后，可以使其变形，并在大约160'C最终干燥；-如果需要，在800'C至1600。C在炉中或原位烧制5至15小时。
9. 根据权利要求8的方法，其特征在于使用氢氧化钠、氢氧化钾、苏 打或钾碱作为第一材料。
10. 根据权利要求8或9的方法，其特征在于使用被称作三水铝石的 三氢氧化铝和/或勃姆石，羟基氧化铝，作为第二材料。
11. 根据权利要求8至IO之一的方法，其特征在于向所述混合物添加 浓度为0.3至1.5%的稳定剂和/或浓度为1至8%的增强和过滤剂。
12. 根据权利要求ll的方法，其特征在于所述稳定剂是甲基纤维素， 所述增强和过滤剂是纤维素。
13. 根据权利要求8至12之一的方法，其特征在于包含在两种材料中 的氧化钠Na20的混合物与氧化铝A1203的算术比率为大约1:4.2 。
全文摘要
本发明描述了具有高达高于1000℃的耐热性的多孔铝酸盐绝热材料，其包含β-铝酸碱金属盐和/或其压热处理过的前体，因此其耐受碱蒸气并耐熔融。
文档编号F16L59/00GK101300208SQ200680040919
公开日2008年11月5日 申请日期2006年10月27日 优先权日2005年10月31日
发明者K·赫尔舍, T·赫尔舍 申请人:卡尔斯特姆硅酸盐工程材料有限公司