一種摻雜改性的陶瓷纖維的隔熱材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無機非金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種摻雜改性的陶瓷纖維隔熱材料及 其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國航空、航天、核能等高科技領(lǐng)域的不斷發(fā)展，以及民用工業(yè)領(lǐng)域節(jié)能環(huán)保 理念的不斷深入，對高性能隔熱保溫材料的需求越來越為迫切。Al 2〇3纖維是一種主要成分 為Al2〇3的多晶質(zhì)無機纖維，導熱率、加熱收縮率和熱容都較低，而且制造成本低，長期使用 溫度為1300~14001^1203纖維同時具有較好的化學穩(wěn)定性，可在酸性環(huán)境、氧化氣氛、還 原氣氛和真空條件下使用，對堿性環(huán)境也有一定耐蝕性。ai 2〇3纖維主要用做鋼鐵工業(yè)各種 熱處理爐、陶瓷燒成窯、石油化工中的裂解爐、燃燒爐等的隔熱爐襯，節(jié)能效果顯著，另外也 用于核反應堆及航天飛機的隔熱材料，輕合金的增強材料等。
[0003] Al2〇3纖維的性能特點使其適合制作高孔隙率的隔熱耐火材料。但較高的孔隙率和 正的溫度系數(shù)使Al 2〇3纖維隔熱材料的強度和高溫熱導率難以滿足一些苛刻條件下的使用 要求。
[0004] Zr〇2纖維是一種多晶質(zhì)耐火纖維材料。由于Zr〇2物質(zhì)本身的高熔點、不氧化和其他 高溫優(yōu)良特性，使得Zr02纖維具有比Al 2〇3纖維、莫來石纖維、硅酸鋁纖維等其他耐火纖維品 種更高的使用溫度。Zr02纖維在1500°C以上超高溫氧化氣氛下長期使用，最高使用溫度高 達2200°C，甚至到2500°C仍可保持完整的纖維形狀，并且高溫化學性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕、抗氧 化、抗熱震、不揮發(fā)、無污染，導熱系數(shù)低，727°C導熱系數(shù)為0.19W/(mk)，是一種高性能的隔 熱和耐腐蝕材料。
[0005] 六鈦酸鉀晶須屬于單斜晶系，具有優(yōu)良的力學和物理性能，其高強度、高硬度的性 質(zhì)可使其作為增強體材料。而且，六鈦酸鉀晶須還具有密度低、化學性質(zhì)穩(wěn)定、耐熱隔熱性 能好的特點，以及很高的紅外反射性能，并且能耐1200°C的高溫。六鈦酸鉀晶須最突出的特 點是具有負的溫度系數(shù)，即隨著溫度的升高，熱導率呈降低的趨勢。例如，六鈦酸鉀晶須在 常溫下的熱導率為0 · 〇89w/(mk)，530°C時為0 · 038w/(mk)，800°C時僅為0 · 017w/(mk)。
[0006] 如果能夠設計和制備一種兼具Al2〇3、Zr02纖維及六鈦酸鉀晶須的優(yōu)異絕熱性能同 時具備較好的強度等力學性能，并且制備工藝簡單、成本較低的改性陶瓷纖維隔熱材料，無 論是國防還是民用等領(lǐng)域?qū)⒌玫綇V泛應用，并具有良好的經(jīng)濟價值及社會價值。
[0007] 正是基于以上背景，申請人提出了此高性能摻雜改性陶瓷纖維隔熱材料的申請。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提供一種具備較低的高溫熱導率及高的抗壓強度，且低成本的 陶瓷纖維隔熱材料及其制備方法。
[0009] 本發(fā)明是通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0010]提供一種摻雜改性的陶瓷纖維隔熱材料，其由粘合劑和纖維材料燒結(jié)得到，所述 纖維材料是以Al2〇3纖維為基體材料，摻雜Zr02纖維和六鈦酸鉀晶須而成，所述隔熱材料的 抗壓強度為9.58MPa，室溫熱導率為0.135w/mk，且具有負的溫度系數(shù)。
[0011] 優(yōu)選地，所述Zr〇2纖維質(zhì)量百分比為20.0%，所述六鈦酸鉀晶須質(zhì)量百分比為 15.0%，所述粘合劑質(zhì)量百分比為10%。
[0012] 優(yōu)選地，所述粘合劑包括聚丙烯酰胺、可溶性淀粉、硅溶膠和B2C。所述聚丙烯酰胺 質(zhì)量百分比為2.0%，所述可溶性淀粉質(zhì)量百分比為1.0%，所述硅溶膠質(zhì)量百分比為 4.0%，所述B 2C質(zhì)量百分比為3.0 %。
[0013] 本發(fā)明還提供一種摻雜改性的陶瓷纖維隔熱材料的制備方法，包括以下步驟： [0014]將粘合劑、纖維材料和蒸餾水混合，放在電動攪拌器上勻速攪拌1小時；
[0015] 將攪拌完的料漿用真空栗抽去部分水分后，快速注入模具中；
[0016] 將注入了漿料的模具放在70°C恒溫干燥箱中干燥，24小時后脫模，再干燥48小時； 以及
[0017]成型后的隔熱材料放入爐中燒結(jié)。
[0018] 優(yōu)選地，所述燒結(jié)包括以下步驟：
[0019] 以 5°C/min 的速率升到 500°C;
[0020] 保溫2小時；
[0021] 以 4°C/min 的速率升到 1150°C;
[0022] 保溫2小時；以及
[0023]打開爐門，隨爐冷卻至室溫。
[0024] 本發(fā)明的陶瓷纖維隔熱材料具備較低的高溫熱導率及高的抗壓強度，而且成本較 低。
[0025] 根據(jù)下面參考附圖對示例性實施例進行詳細說明，本發(fā)明的其它特征及方面將變 得清楚。
【附圖說明】
[0026] 圖1示出了隔熱材料樣品的制備流程圖；
[0027] 圖2(a)示出了本發(fā)明的陶瓷纖維隔熱材料的微觀結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖2(b)示出了現(xiàn)有技術(shù)中未摻雜的Al2〇3陶瓷纖維隔熱材料的微觀結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0029] 以下將參考附圖詳細說明本發(fā)明的各種示例性實施例、特征和方面。在這里專用 的詞"示例性"意為"用作例子、實施例或說明性"。這里作為"示例性"所說明的任何實施例 不必解釋為優(yōu)于或好于其它實施例。
[0030] 另外，為了更好的說明本發(fā)明，在下文的【具體實施方式】中給出了眾多的具體細節(jié)。 本領(lǐng)域技術(shù)人員應當理解，沒有某些具體細節(jié)，本發(fā)明同樣可以實施。在一些實例中，對于 本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法、手段未作詳細描述，以便于凸顯本發(fā)明的主旨。
[0031] 參照圖1來說明本發(fā)明隔熱材料的制備流程圖。
[0032] 步驟1:配料。
[0033] Zr02的質(zhì)量百分比為20.0%，六鈦酸鉀(K20 · 6Ti02)晶須的質(zhì)量百分比為15.0%， 聚丙烯酰胺(PAM)的質(zhì)量百分比為2.0%，可溶性淀粉的質(zhì)量百分比為1.0%，硅溶膠的質(zhì)量 百分比為4.0%，B2C的質(zhì)量百分比為3.0%，余量為Al2〇3纖維。
[0034] 步驟2:混料。
[0035]將聚丙烯酰胺、可溶性淀粉、硅溶膠混合，加入少量蒸餾水，放在磁力攪拌器上攪 拌均勻。依次加入Al2〇3纖維，Zr02纖維，六鈦酸鉀晶須，以及B2C細粉。加入1.5倍質(zhì)量的蒸餾 水，放在電動攪拌器上勻速攪拌1小時。
[0036] 步驟3:成型。
[0037]攪拌完的料漿用真空栗抽去部分水分，抽濾后快速注入模具中，放在70°C恒溫干 燥箱中干燥，24小時后脫模，再干燥48小時。
[0038] 步驟4:燒結(jié)。
[0039 ]成型后的隔熱材料放入箱式爐中燒結(jié)。燒結(jié)的具體步驟為:先以5°C/min的速率升 至|J500°C，保溫2小時，再以4°C/min的速率升到1150°C，保溫2小時后，打開爐門隨爐冷卻至 室溫，由此得到本發(fā)明的陶瓷纖維隔熱材料。
[0040] 圖2(a)示出本發(fā)明的陶瓷纖維隔熱材料的微觀組織，圖2(b)示出現(xiàn)有技術(shù)中未摻 雜的Al2〇3陶瓷纖維隔熱材料的微觀組織，從圖中可以看出兩者對比明顯。本發(fā)明的陶瓷纖 維隔熱材料由于生成了部分硼硅酸鹽玻璃相而得到致密化，玻璃相起到橋聯(lián)作用，并綜合 了Al 2〇3、Zr02及六鈦酸鉀的性能優(yōu)勢，因此相比于未摻雜的Al2〇3陶瓷纖維隔熱材料，本發(fā)明 的陶瓷纖維隔熱材料的強度有明顯提高，而熱導未見明顯降低，綜合性能明顯改善。
[0041] 采用本發(fā)明的方法制備的陶瓷纖維隔熱材料綜合性能如表1所示：
[0042] 表1改性的陶瓷纖維隔熱材料的綜合性能
[0044]表1可見，本發(fā)明的陶瓷纖維隔熱材料的抗壓強度可達9.58MPa，室溫熱導率為 0.135w/mk，而高溫熱導率較低，例如500°C時為0.115w/mk，性能優(yōu)越。
[0045]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何 熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應涵 蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應以所述權(quán)利要求的保護范圍為準。
【主權(quán)項】
1. 一種摻雜改性的陶瓷纖維隔熱材料，其特征在于，由粘合劑和纖維材料燒結(jié)得到;所 述纖維材料是以Al 2〇3纖維為基體材料，其中摻雜Zr02纖維和六鈦酸鉀晶須;所述隔熱材料 的抗壓強度為9.58MPa，室溫熱導率為0.135w/mk，所述隔熱材料具有負的溫度系數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷纖維隔熱材料，其特征在于，所述Zr02纖維的質(zhì)量百分比 為20.0%，所述六鈦酸鉀晶須的質(zhì)量百分比為15.0%。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷纖維隔熱材料，其特征在于，所述粘合劑的質(zhì)量百分比為 10%〇4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷纖維隔熱材料，其特征在于，所述粘合劑包括聚丙烯酰 胺、可溶性淀粉、硅溶膠和B2C。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的陶瓷纖維隔熱材料，其特征在于，所述聚丙烯酰胺的質(zhì)量百分 比為2.0%。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的陶瓷纖維隔熱材料，其特征在于，所述可溶性淀粉的質(zhì)量百分 比為1.0%。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的陶瓷纖維隔熱材料，其特征在于，所述硅溶膠的質(zhì)量百分比為 4.0%〇8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的陶瓷纖維隔熱材料，其特征在于，所述B2C的質(zhì)量百分比為 3.0%〇9. 一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷纖維隔熱材料的制備方法，其特征在于，包括以下步 驟： 將粘合劑、纖維材料和蒸餾水混合，放在攪拌器上勻速攪拌1小時； 將攪拌完的料漿用真空栗抽去部分水分后，快速注入模具中； 將注入了漿料的模具放在70°C恒溫干燥箱中干燥，24小時后脫模，再干燥48小時；以及 成型后的隔熱材料放入爐中燒結(jié)。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的陶瓷纖維隔熱材料的制備方法，其特征在于，所述燒結(jié)包括 以下步驟： 以5°C/min的速率升到500°C; 保溫2小時； 以4°C/min的速率升到1150°C; 保溫2小時；以及 打開爐門，隨爐冷卻至室溫。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種摻雜改性的陶瓷纖維隔熱材料及其制備方法，該隔熱材料由粘合劑和纖維材料燒結(jié)得到，所述纖維材料是以Al2O3纖維為基體材料，摻雜ZrO2纖維和六鈦酸鉀晶須而成，所述隔熱材料的抗壓強度為9.58MPa，室溫熱導率為0.135w/mk，且具有負的溫度系數(shù)。本發(fā)明的高性能塊體隔熱材料具備較低的高溫熱導率及高的抗壓強度，而且具有良好的應用前景和經(jīng)濟價值。
【IPC分類】C04B35/64, C04B35/10, C04B35/63, C04B35/66
【公開號】CN105523768
【申請?zhí)枴緾N201510998084
【發(fā)明人】王樹明, 徐士亮, 王研鑫, 葉青, 葛昌純
【申請人】北京科技大學
【公開日】2016年4月27日
【申請日】2015年12月25日