发泡法制备高铝质微孔高温隔热材料的研究

发布时间：2020-09-30 17:30

　　 随着经济的发展、科学技术的提高,高能耗产业迅速扩展,高温热工设备不断涌现。热工设备使用温度越高,应用于热工设备的内衬耐火材料所达到的耐火度就更高。当前可以应用于高温的隔热耐火材料主要是高铝质隔热耐火材料,一类是利用燃尽物法制备的,这类高铝质隔热耐火材料由于制备工艺等原因使其内部气孔尺寸较大,从热力学上分析,不利于材料导热系数最小化,并且较大尺寸的气泡降低了材料的力学性能。另一类是氧化铝空心球制品,这类制品容重大、导热系数高,生产成本也比较高。因此找到合适的方法制备出气孔率较高且力学性能较高的微孔轻质隔热材料是有效解决当前热工窑炉散热损失大、体积大和升温速度慢的有效途径。目前工程实际中还没有合适的方法制备出微孔、高强的高铝质隔热耐火材料。本课题采用发泡法制备多孔高铝质微孔隔热耐火材料,系统地研究发泡法制备轻质隔热材料的各工艺环节,通过控制工艺参数最终在材料中形成孔径微小且分布相对较均匀的气孔结构,最终得出如下结论：(1) α-Al2O3的熔点较高,用α-Al2O3作原料可以制备出荷重软化温度较高、使用温度高的高铝质隔热材料,并且发现使用粒度为d50=1.26μm的α-Al2O3制备的高铝质隔热材料孔径最小。由于纯的α-Al2O3制成的料浆固化较慢,可以利用轻烧氧化镁常温遇水后产生胶状物质的特点,在原料中加入少量轻烧氧化镁增加料浆的稠度,缩短固化时间。另外,轻烧氧化镁与A1203混合后在一定温度下可形成固溶体,高温可以促进氧化铝的烧结；(2)通过对不同发泡剂和稳泡剂制备的隔热材料性能做探讨,发现SDBS作为发泡剂、CMC作稳泡剂可以在泥浆中形成丰富细腻且持久的泡沫,制备出的高铝质隔热材料气孔孔径微小、气孔率较高、力学性能较好;(3)探讨了不同搅拌速度下试块的微观结构,分别以400r/min和700r/min的速度搅拌泥浆,发现：700r/min搅拌的泥浆制成的高铝质隔热材料中气孔数量更多、分布更均匀、孔径更小；(4)干燥制度对材料内部的孔结构影响很大,试验发现当室温干燥3h后再置于烘箱中干燥的坯体表面完好,无裂纹产生；(5)系统研究制备工艺参数,以发泡剂量A、稳泡剂量B、加水量C与搅拌时间D为试验因素设计了4因素3水平正交试验,通过两次正交试验,最终得出最佳试验方案为A2B2C3D1,即发泡剂量为0.30%、稳泡剂量为0.30%、加水量为42%、搅拌时间为6min。该最佳方案的试块各项性能如下：气孔率74.41%,容重0.9g/cm3,平均孔径40μm左右,常温抗折强度9.13MPa,常温抗压强度20.21MPa,导热系数为0.327W/m.k(500℃)。
【学位单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TQ175.7
【部分图文】：

从微观上来说，隔热耐火材料是由气相和固相姐成的气相与固相所占的比例不逡逑同，材料表现出来的形态也不同。若隔热耐火材料内部的气相比例较高且能形成气相连逡逑续相，则该隔热材料内部气孔多为开口气孔，如图１．１（ａ）所示，这类隔热耐火材料将粉逡逑粒状态存在；若隔热耐火材料内部的固相比例较高且形成固相连续相，则该隔热耐火材逡逑料内部气孔大多为闭口气孔，如图１．１（ｂ）所示，定型隔热制品基本都是送种固相连续结逡逑构；而对于耐火奸维制品，内部的固相和气相都可Ｗ形成连续相，如图１．１（ｃ）所示。逡逑２逡逑

隔热耐火材料，因此隔热材料的热量传递则是由固相和气相的热传递完成。对于固相来逡逑说，热传递的主要方式是传导传热，传导传热就是晶格的热振动。而对于气相的热传递逡逑则相对复杂一些。图１．２的示意图为发生在隔热材料内部的热量传递路线，Ｑｏ表示热量，逡逑当高温区的热量Ｑｏ经过隔热耐火材料时，通过固相传导，若经过气孔，传热路线将被逡逑分成两条，一条沿着气孔壁，另一条则穿过气孔。穿过气孔的热量又被分为Ｈ种方式：逡逑传导传热Ｑｉ、对流传热＆及福射换热逡逑图１．２隔热耐火材料的热传递示意图逡逑（１）

（３）固相对材料热导率的影响逡逑发生在材料固相中的传递热量的方式主要是传导传热，即为晶格的热振动。若原料逡逑的导热系数和热容小，则隔热耐火材料的隔热能力加大。图１．３为几种常见的物质热导逡逑率与温度的关系ｔｗ。从图中看出，在ｌＯＯＯ’ＣＷ下随着温度的升高，大部分材料的热导逡逑率大体呈现出下降的趋势；在ｌＯＯＯ’ＣＷ上随着温度的升高，大部分材料的导热系数呈现逡逑出上升的趋势。另外，非氧化物的导热系数一般都高于氧化物的，而在氧化物中，侣娃逡逑酸盐类材料的导热系数比纯氧化物类材料小。因为一般晶格结构复杂的物质，内部原子逡逑分布比较杂乱，热量传递较慢，导热系数就小。逡逑逦逦逦逦逦邋逦１逦0．５ｊ—＇邋逦逦邋—■邋邋Ｉ逡逑Ｃ出，逦ｋ严逦１逡逑ｒ：

本文编号：2831141