一种轻质高强氧化铝空心球制品的制备方法

摘要

本发明属于隔热耐火材料技术领域，公开一种轻质高强氧化铝空心球制品的制备方法。公开的一种轻质高强氧化铝空心球制品的制备方法，轻质高强氧化铝空心球制品的骨料采用氧化铝空心球，基质多孔采用由氧化铝和氧化钙高温制备而成的六铝酸钙；氧化铝由氧化铝微粉引入；氧化钙至少由铝酸钙水泥引入；将氧化铝微粉、铝酸钙水泥混合，并向氧化铝微粉、铝酸钙水泥中加入造孔剂、分散剂和水，搅拌混合后得到浆料；将氧化铝空心球加入浆料中，搅拌混合后得到混合浆料；然后将混合浆料倒入模具静置后进行脱模，得到坯体；干燥后对坯体进行高温烧结、自然冷却。本发明利用合成六铝酸钙产生的体积膨胀降低坯体的收缩，实现了高成品率。

说明书

技术领域

本发明属于隔热耐火材料技术领域，具体涉及一种轻质高强氧化铝空心球制品的制备方法。

背景技术

氧化铝空心球隔热制品作为工作内衬广泛应用于硅化钼电炉、钨棒炉、高温燃气间歇窑以及隧道窑等高温窑炉；通常氧化铝空心球隔热制品以氧化铝空心球为骨料，以α-氧化铝粉为基质，添加适量结合剂，经成型、干燥和烧成制备而成；高温烧结后基质呈致密状态，导致传统氧化铝空心球隔热制品密度大（1.4～1.6g/cm³），热导率高，蓄热大，最终造成高温工业能耗过高。

针对上述问题，专利申请（201410434384）向氧化铝基质中引入气孔实现氧化铝空心球制品的低密度（0.6～1.0g/cm3）和低热导率（0.36～0.83W·m^-1·K^-1）；但是多孔氧化铝基质导致氧化铝空心球制品强度较低，烧结过程中坯体收缩率过大（5～8%）易开裂、变形导致成品率低等问题。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种轻质高强氧化铝空心球制品的制备方法。

本发明为完成上述目的采用如下技术方案：

一种轻质高强氧化铝空心球制品的制备方法，所述的轻质高强氧化铝空心球制品包括有骨料和多孔基质；所述的骨料采用氧化铝空心球；所述的多孔基质采用用于增强轻质氧化铝空心球制品强度的六铝酸钙；所述的六铝酸钙由氧化铝和氧化钙高温制备而成的；所述的氧化铝由氧化铝微粉引入；所述的氧化钙至少由铝酸钙水泥引入；所述铝酸钙水泥的加入量为氧化铝微粉质量的19.4～33.8%；将氧化铝微粉、铝酸钙水泥混合，并向氧化铝微粉、铝酸钙水泥中加入造孔剂、分散剂和水，搅拌混合后得到浆料；将氧化铝空心球加入所述浆料中，搅拌混合后得到混合浆料；然后将混合浆料倒入模具静置24～48小时后进行脱模，得到坯体；干燥后对坯体进行高温烧结，所述的氧化铝微粉、铝酸钙水泥、在高温烧结的过程中反应合成六铝酸钙，来增强轻质氧化铝空心球制品的强度，最后自然冷却得到轻质高强氧化铝空心球制品；制备的氧化铝空心球制品密度为0.6～1.16g/cm³，耐压强度为4.83～13.42MPa，热导率为0.265～0.464W·m^-1·K^-1。

所述的氧化铝微粉粒度小于325目，纯度大于99%。

所述的氧化钙还可由碳酸钙微粉引入；所述碳酸钙微粉的纯度大于99%；所述碳酸钙微粉的加入量为氧化铝微粉质量的0～6%。

所述的氧化钙还可由氢氧化钙微粉引入；所述氢氧化钙微粉的纯度大于99%；所述氢氧化钙微粉的加入量为氧化铝微粉质量的0～4%。

所述的水为去离子水，加入量为氧化铝微粉质量的25～30%。

所述铝酸钙水泥的组成及质量百分比为：氧化铝70%、氧化钙30%，粒度小于3000目。

所述的造孔剂为聚苯乙烯球，粒径为0.1～0.5mm，堆积密度为0.04g/cm3，加入量为氧化铝微粉质量的1.6～12.8%。

所述的分散剂为六偏磷酸钠、聚乙二醇基聚合物FS10和聚丙烯酸钠中的一种，加入量为氧化铝微粉质量的1～2%。

所述的氧化铝空心球粒度为1～3mm，氧化铝含量大于99%，加入量为氧化铝微粉质量的138.8～256.8%。

轻质高强氧化铝空心球制品高温烧结的烧结制度为：以1～2oC/min的速率升温，并于400～600oC保温0.5～2h；然后以1～3oC/min的速率升温，并于1500～1650oC保温3～6h，自然冷却至室温。

本发明提出的一种轻质高强氧化铝空心球制品的制备方法，采用六铝酸钙作为基质，并在基质中加入造孔剂制备轻质氧化铝空心球制品；利用铝酸钙水泥水化实现坯体固化，利用氧化铝与铝酸钙水泥、碳酸钙以及氢氧化钙在高温下反应合成六铝酸钙，来增强轻质氧化铝空心球制品的强度，利用合成六铝酸钙产生的体积膨胀降低坯体的收缩，实现了高成品率；本发明制备的氧化铝空心球制品密度0.6～1.16g/cm³，耐压强度4.83～13.42MPa，热导率低0.265～0.464W·m^-1·K^-1。

具体实施方式

结合具体实施例对本发明加以说明：

实施例1

1、称量1000g氧化铝微粉、388g铝酸钙水泥、64g造孔剂、20g聚乙二醇基聚合物FS10和270g水，搅拌混合20分钟，得到浆料；

2、向浆料中加入1388g氧化铝空心球，搅拌混合10分钟，得到混合浆料；混合浆料倒入模具静置24小时后进行脱模，得到坯体；

3、干燥后对坯体进行烧结，以2oC/min的速率升温，并于500oC保温0.8h；然后以2oC/min的速率升温，并于1550oC保温5h，自然冷却至室温；经X射线衍射分析，样品基质部分主晶相为六铝酸钙，另外含有少量氧化铝和二铝酸钙，样品密度为1.0g/cm3，1000oC热导率为0.432W·m^-1·K^-1，耐压强度12MPa，收缩率0.1%，样品无开裂、变形等缺陷。

实施例2

1、称量1000g氧化铝微粉、194g铝酸钙水泥、60g碳酸钙微粉、96g造孔剂、15g六偏磷酸钠和280水，搅拌混合30分钟，得到浆料；

2、向浆料中加入1700g氧化铝空心球，搅拌混合12分钟，得到混合浆料；混合浆料倒入模具静置36小时后进行脱模，得到坯体；

3、干燥后对坯体进行烧结，以1.5oC/min的速率升温，并于400oC保温1h；然后以3oC/min的速率升温并于1500oC保温6h，自然冷却至室温；经X射线衍射分析，样品基质部分主晶相为六铝酸钙，另外含有少量氧化铝和二铝酸钙，样品密度为0.82g/cm3，1000oC热导率0.347W·m^-1·K^-1，耐压强度为7.6MPa，收缩率为0.15%，样品无开裂、变形等缺陷。

实施例3

1、称量1000g氧化铝微粉、194g铝酸钙水泥、40g氢氧化钙微粉、128g造孔剂、10g聚丙烯酸钠和300水，搅拌混合40分钟，得到浆料；

2、向浆料中加入2080g氧化铝空心球，搅拌混合15分钟，得到混合浆料；混合浆料倒入模具静置48小时后进行脱模，得到坯体；

3、干燥后对坯体进行烧结，以1oC/min的速率升温，并于600oC保温1h；然后以1oC/min的速率升温，并于1600oC保温4h，自然冷却至室温；经X射线衍射分析，样品基质部分主晶相为六铝酸钙，另外含有少量氧化铝和二铝酸钙，样品密度0.6g/cm3，1000oC热导率0.265W·m^-1·K^-1，耐压强度4.83MPa，收缩率为0.18%，样品无开裂、变形等缺陷。

实施例4

1、称量1000g氧化铝、194g铝酸钙水泥、30g碳酸钙、20g氢氧化钙，16g造孔剂、18g聚乙二醇基聚合物FS10和250水，搅拌混合25分钟，得到浆料；

2、向浆料中加入2568g氧化铝空心球，搅拌混合13分钟，得到混合浆料；混合浆料倒入模具静置30小时后进行脱模，得到坯体；

3、干燥后对坯体进行烧结，以1.2oC/min的速率升温，并于450oC保温0.5h；然后以2.5C/min的速率升温，并于1650oC保温3h，自然冷却至室温。经X射线衍射分析，样品基质部分主晶相为六铝酸钙，另外含有少量氧化铝和二铝酸钙，样品密度1.16g/cm3，1000oC热导率0.464W·m^-1·K^-1，耐压强度13.42MPa，收缩率为0.11%，样品无开裂、变形等缺陷。