專利名稱：一種制備輕質高強氧化鋁空心球陶瓷的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制備輕質高強氧化鋁空心球陶瓷的制備方法。
背景技術：
在傳統(tǒng)能源日益枯竭，而新能源發(fā)展緩慢的今天，當前最迫切的任務是開發(fā)輕質、高強、熱震穩(wěn)定性好、使用溫度高能滿足輕質結構超高溫爐所需的內襯材料，改變傳統(tǒng)的超高溫窯爐由于采用重質結構而存在的熱容量大、升溫速率低、能耗大、使用壽命短、中期維修量大等缺點，節(jié)約能源，為人類可持續(xù)發(fā)展服務。
由于隔熱材料是通過引入氣孔的方式來獲得低熱導率，引入大量氣孔導致隔熱材料重燒線收縮率提高、荷重軟化溫度降低、高溫蠕變嚴重、耐壓強度降低，從而使隔熱材料的使用溫度很難提高，并使應用范圍受到限制，因此尋找新的方法制備新的高溫隔熱材料一直是各國專家的工作重點。1986年蘇聯(lián)材料工作者采用增加Al2O3含量和成球預燒的辦法，生產出使用溫度可達1750℃的高溫隔熱材料；20世紀80年代中期又成功地生產出輕質氧化鋁空心球陶瓷，氧化鋁纖維等輕質隔熱材料，使用溫度可達1500～1800℃，不但可做隔熱層，也可以與火焰直接接觸。在現(xiàn)有的各種材質的隔熱材料中，氧化鋁隔熱材料品種最多，使用溫度高，隔熱節(jié)能效果好，是當今重點發(fā)展的隔熱材料，其中輕質氧化鋁空心球陶瓷是隔熱耐火材料技術進步的一個標志，它克服了原有泡沫氧化鋁產品強度低、高溫抗蠕變性能差的缺點，可直接接觸火焰，可作為內襯結構材料使用，推動傳統(tǒng)高溫窯爐結構改造，為設計新型窯爐結構奠定基礎。
輕質氧化鋁空心球陶瓷以氧化鋁空心球和α-Al2O3微粉為基本組成，引入結合劑提供粘結力采用震動加壓成型方法制造。輕質氧化鋁空心球陶瓷制品是一種球體連接網絡，點面結合，以點為主，氧化鋁空心球球殼呈拱壁形，具有分散力的作用，有較強的抗壓能力，α-Al2O3微粉填充空隙，加強球體之間的結合強度，進一步提高輕質氧化鋁空心球陶瓷制品耐壓強度。其中氧化鋁空心球相當于輕質氧化鋁空心球陶瓷的骨料，其強度對輕質氧化鋁空心球陶瓷材料產生明顯影響。輕質氧化鋁空心球陶瓷的強度與氧化鋁空心球的級配、空心球與α-Al2O3微粉的比例及結合劑種類有關。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備輕質高強氧化鋁空心球陶瓷的制備方法。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下1)把氧化鋁空心球按4～3mm、3～2mm、2～1mm、1～0.2mm篩選分級后，依次按4～257～1610～1514～39要求進行級配；2)在級配好的氧化鋁空心球中先加入磷酸結合劑，攪拌均勻，再加入α-Al2O3微粉攪拌10～100分鐘，其中α-Al2O3微粉含量在氧化鋁空心球陶瓷中占25～50wt％，磷酸結合劑用量控制在α-Al2O3微粉重量的30％～35wt％；3)采用振動加壓方式制備各種所需尺寸定型磚和異形磚，或作不定型澆注料，定型磚或異形磚經50～90℃烘干脫模之后于1700℃保溫2～8小時燒成，或在900℃燒成后直接砌筑，在使用過程中提高結合強度。
所說的α-Al2O3微粉的D50為0.2～7μm。
所說的磷酸結合劑為濃度為8～60wt％的化學純磷酸溶液為結合劑。
本發(fā)明具有的有益的效果是該輕質高強氧化鋁陶瓷以磷酸溶液為結合劑，α-Al2O3微粉為基質料，氧化鋁空心球為骨料，與致密耐火材料相比具有低密輕質、抗熱震、保溫性能好、低熱容量等特點，與普通隔熱材料相比具有耐壓強度高、荷重軟化溫度高、重燒線收縮率低等特性，其不但可以做隔熱層，也可以與火焰直接接觸，是輕質結構超高溫窯爐理想的內襯結構材料。此外，采用磷酸結合輕質氧化鋁空心球制品具有低溫燒結就可獲得高強度的特點，經900℃保溫4h后就可直接用于窯爐砌筑，在使用過程中通過二次燒結進一步提高其強度。
具體實施例方式
本發(fā)明根據不連續(xù)尺寸顆粒的堆積和連續(xù)尺寸顆粒的分布與堆積對氧化鋁空心球進行最佳匹配，并采用磷酸溶液作為結合劑制備出性能優(yōu)良的輕質氧化鋁空心球陶瓷。不同密度的輕質氧化鋁空心球陶瓷匹配如表1所示；采用的磷酸溶液的濃度為12.5％～50％；輕質氧化鋁空心球陶瓷耐壓強度在10～30MPa，抗折強度在5～12MPa。表2和表3是不同磷酸溶液濃度和密度的輕質氧化鋁空心球陶瓷抗折強度和耐壓強度。此外，采用25％濃度磷酸為結合劑制備的密度為1.4g/cm3的輕質氧化鋁空心球陶瓷經900℃燒結后耐壓強度能達到11.8MPa，可直接用于窯爐砌筑，在使用過程中通過二次燒結可進一步提高其強度，具有的完燒結強度高的特點。
表1不同密度的輕質氧化鋁空心球陶瓷級配及α-Al2O3微粉比例

表2磷酸結合輕質氧化鋁空心球陶瓷的耐壓強度

表3磷酸結合輕質氧化鋁空心球陶瓷的抗折強度

權利要求
1.一種輕質高強氧化鋁空心球陶瓷的制備方法，其特征在于制備工藝過程如下1)把氧化鋁空心球按4～3mm、3～2mm、2～1mm、1～0.2mm篩選分級后，依次按4～25∶7～16∶10～15∶14～39要求進行級配；2)在級配好的氧化鋁空心球中先加入磷酸結合劑，攪拌均勻，再加入α-Al2O3微粉攪拌10～100分鐘，其中α-Al2O3微粉含量在氧化鋁空心球陶瓷中占25～50wt％，磷酸結合劑用量控制在α-Al2O3微粉重量的30％～35wt％；3)采用振動加壓方式制備各種所需尺寸定型磚和異形磚，或作不定型澆注料，定型磚或異形磚經50～90℃烘干脫模之后于1700℃保溫2～8小時燒成，或在900℃燒成后直接砌筑，在使用過程中提高結合強度。
2.根據權利要求1所述的一種輕質高強氧化鋁空心球陶瓷的制備方法，其特征在于所說的α-Al2O3微粉的D50為0.2～7μm。
3.根據權利要求1所述的一種輕質高強氧化鋁空心球陶瓷的制備方法，其特征在于所說的磷酸結合劑為濃度為8～60wt％的化學純磷酸溶液為結合劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種輕質高強氧化鋁空心球陶瓷的制備方法。該輕質高強氧化鋁陶瓷以磷酸溶液為結合劑，α－Al
文檔編號C04B35/10GK1554616SQ20031012290
公開日2004年12月15日 申請日期2003年12月24日 優(yōu)先權日2003年12月24日
發(fā)明者王家邦 申請人:浙江大學