[发明专利]一种耐高温复合无机粘结剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及粘结剂领域，尤其涉及一种耐高温复合无机粘结剂及其制备方法。该粘结剂可以应用于包括耐高温涂料、陶瓷涂层、陶瓷材料、高温窑炉修补料、定形或不定形耐火材料、阻燃涂层、耐高温胶黏剂等领域。

背景技术

20世纪50年代以来，随着工业对于高温环境下作业的材料、结构等的要求越来越高，人们开发了各种各样的高温防护涂层，从传统意义上的单层涂层到多层复合梯度涂层，涂层材料由单纯的金属材料到现在的陶瓷涂层及金属材料和陶瓷材料的复合型涂层，并赋予涂层材料防腐蚀、抗氧化保护以及某些特殊功能等。

金属材料的耐热防护由上世纪50年代的700℃～750℃到今天的接近2000℃，涂层材料由单纯的铝化物涂层发展到现在的陶瓷热障涂层技术，施工方法也从简单的浸渍铝、加热渗铝技术到今天的低压等离子喷涂，物理或化学气相沉积等方法。尽管这些材料及工艺制备得到的涂层耐高温、抗氧化、防腐蚀性能都很优越，但是其原材料及施工设备成本高昂，大面积施工困难，对于大规模的工业化应用仍然不具有实际意义。

无机非金属材料的使用温度一般不低于1400℃。目前各种使用无机非金属材料的锅炉、窑炉等鲜有使用涂层对无机材料进行防护的，这不仅会造成无机材料的腐蚀影响窑炉的使用寿命，也不利于窑炉、锅炉的节能降耗，而且增加了生产成本，甚至不能够生产出合格的产品。

基于上述原因，能够通过传统的空气喷涂，在较低温度甚至是常温下成膜且能够耐受高温的粘结剂成为高温防护领域发展的瓶颈问题，这也引起了广大研究人员的兴趣。目前，能够初步满足以上条件的粘结剂主要有硅酸盐、磷酸盐和溶胶等几大类。碱金属硅酸盐为硅酸盐类粘结剂的典型代表，其具有低温甚至常温成膜、成本低廉、环保无污染等优点，其缺点是易老化、脆性大、易吸水、耐酸性较差、涂层致密性较差、固化收缩率大等，当然其不够高的耐温性（<1000℃）也限制了其在高温领域的应用。

磷酸盐类粘结剂中最常用的为磷酸二氢铝。磷酸二氢铝粘结剂具有耐高温（～1600℃）、耐烧蚀、可塑性较强、固化收缩率小、耐热冲击性较强，并且具有高温瓷化性及类似于耐火材料的耐火性。磷酸二氢铝粘结剂在随着温度升高到1300℃～1600℃之间时以方石英型磷酸铝的形式存在，该晶型为磷酸铝盐的最稳定形态且具有最高的耐火度（1600℃），在温度高于1600℃时磷酸铝粘结剂就会熔化，甚至脱落，失去保护作用。

常用的溶胶类粘结剂有硅溶胶、铝溶胶、钛溶胶、锆溶胶等。它们作为成膜物质时，得到的涂膜具有耐酸碱、耐高温、耐磨损等优越的性能，但是由于其本身性质所限，单独的溶胶类粘结剂很难成膜，需要与其他成膜物质配合使用。其中钛溶胶由于其干燥固化后形成的二氧化钛的熔点较低，使得其在超过1600℃的高温防护涂层材料中较少使用。硅溶胶、铝溶胶、锆溶胶干燥固化后分别形成二氧化硅、三氧化二铝和二氧化锆，这些物质均具有较高的熔点，尤其是二氧化锆，其熔点2680℃，耐火度为2200℃，二氧化锆在成膜后，涂层的耐热性极高。

基于单一粘结剂存在难以回避的技术缺陷，国内外开始研发具有综合优势的复合粘结剂，期望得到具有耐高温且易成膜的粘结剂。如专利CN101426872B公开了一种耐高温无机复合粘结剂，粘结剂的成分包括5%～12%的氢氧化铝、15～35%的磷酸、0.1～1%的稀土氧化物、5～20%的硅溶胶、1～15%的多聚磷酸铝、1～5%的硼砂及余量的水。该粘结剂的特点在于能用于高温涂料和高温防氧化涂层等金属工件热处理暂时性保护涂层中，能实现涂料直接在400～1000℃高温金属基体表面喷涂，并且在高温（1400℃）环境下能保持优良的粘结性能。但其耐温性能仍不够高，不能满足1400℃以上的使用环境。专利CN100362073C公开了一种高温红外辐射釉料的粘结剂，其成分为硅铬铝复合溶胶80%～95%，硅树脂2%～10%，硅酸钾1%～10%，该粘结剂解决了高温下（1300℃）釉层与金属之间的粘结难题，使釉层与金属之间粘结牢固，具有优良的耐温、抗氧化、抗热震、耐腐蚀性能，但是该粘结剂对于加入骨料的成分及粒径要求特别严格，并且不能用于高于1300℃的环境中。

目前，使用于中低温领域的粘结剂已经有大量的报道，广泛的应用于蒸汽管道、发动机的外壳以及排气管等领域，均具有良好的耐温防腐蚀效果。而在高温领域如各种高温窑炉、烧结炉、高温冶炼、飞机发动机，飞行器推进器等方面的高温腐蚀防护仍然存在着极大的困难。因此，开发能够作为涂料成膜物质并且能够耐受1600℃以上温度的粘结剂具有重要的实际意义及广阔的市场前景。

发明内容