[发明专利]多孔镁橄榄石-镁黄长石复合陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于多孔陶瓷材料技术领域。尤其涉及一种多孔镁橄榄石-镁黄长石复合陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

隔热耐火材料是高温工业窑炉的主要炉衬材料，其生产成本和性能制约着高温工业的发展。隔热耐火材料多采用轻质、多孔的硅酸铝质、莫来石质和刚玉质等隔热材料，这些材料多通过化学法、加入可燃物法、发泡法或吹真空法来制得，一方面这些生产工艺相对复杂，生产过程中可燃物的燃烧产生的废弃物会造成环境污染；另一方面，这些材料原料日益紧张，制约了其使用。因此，研究生产工艺简单、成本低廉、强度高和保温性能好的高效隔热耐火材料对于环境保护、节约能源、实现社会的可持续发展具有十分重要的意义。

镁橄榄石是一种硅酸盐矿物，其理论组成为2MgO·SiO₂。镁橄榄具有较高的熔点、较高的荷重软化温度等优点，使得多孔镁橄榄石陶瓷具有较好的高温性能。目前多孔镁橄榄石陶瓷材料的发展已受到关注，如文献技术（周亮，天然镁橄榄石制备型隔热材料，武汉科技大学，硕士学位论文，2011年）采用熔盐法制备了镁橄榄石质隔热材料；又如文献技术（胡丽敏，原位分解制备高强度轻质镁橄榄石材料，耐火材料，2005，39：283-285）以菱镁矿、粉石英和二氧化硅为原料制备了轻质镁橄榄石材料。但所制备的镁橄榄石材料具有相对较高的导热系数。

发明内容

本发明的目的是提供一种环境友好、双物相组成且物相组成可控、气孔尺寸可控和体积可控的多孔镁橄榄石-镁黄长石复合陶瓷材料的制备方法，用该方法制备的多孔镁橄榄石-镁黄长石复合陶瓷材料显气孔率高、强度高和高温性能好，能作为保温材料使用在低于1400℃的工作环境中。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：以60~70wt%的白云石粉、25~28wt%的硅石粉和5~15wt%的菱镁矿粉为原料，混合，外加所述原料5~8wt%的纸浆废液，搅拌均匀，机械压制成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥16~24小时，然后在1300~1450℃条件下保温3~8小时，即得多孔镁橄榄石-镁黄长石复合陶瓷材料。

上述技术方案中：所述白云石粉的粒径小于88μm；所述硅石粉的粒径小于88μm；所述菱镁矿粉的粒径小于88μm；所述的机械压制成型的压力为30~100MPa。

由于采用上述技术方案，本发明利用白云石和菱镁矿自身分解原位产生贯通状气孔，避免了因添加造孔剂形成CO₂所造成的二次污染，有利于环境保护；分解后的原料原位反应生成镁橄榄石和镁黄长石，形成了镁橄榄石和镁黄长石分布均匀的多孔镁橄榄石和镁黄长石复合陶瓷材料，具有良好的高温性能。同时，还具有物相组成可控、显气孔率可控和气孔尺寸可控的优点。

本发明所制备的多孔镁橄榄石-镁黄长石复合陶瓷材料：主要物相为分布均匀的镁橄榄石和镁黄长石，气孔尺寸小；显气孔率为35~55%；体积密度为1.58~2.06g/cm³；常温耐压强度为25~70MP。

因此，本发明具有环境友好、双物相组成且物相组成可控、气孔尺寸可控和体积可控的特点，所制备的多孔镁橄榄石-镁黄长石复合陶瓷材料显气孔率高、强度高和高温性能好，能作为保温材料使用在低于1400℃的工作环境中。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步描述，并非对其保护范围的限制。

本具体实施方式中：白云石粉和菱镁矿粉的粒径均小于88μm。以下实施例中不再赘述。

实施例1

一种多孔镁橄榄石-镁黄长石复合陶瓷材料及其制备方法。以60~65wt%的白云石粉、25~27wt%的硅石粉和10~15wt%的菱镁矿粉为原料，混合，外加所述原料5~8wt%的纸浆废液，搅拌均匀，机械压制成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥16~24小时，然后在1250~1400℃条件下保温3~5小时，即得多孔镁橄榄石-镁黄长石复合陶瓷材料。

其中：机械压制成型的压力为30~80MPa；硅石粉的粒径小于44μm。

    本实施例所制备的多孔镁橄榄石-镁黄长石复合陶瓷材料：主要物相为分布均匀的镁橄榄石和镁黄长石；显气孔率为44~55%；体积密度为1.58~1.80g/cm³；常温耐压强度为25~45MPa。

实施例2