[发明专利]一种烧结耐高温轻质隔热材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种烧结耐高温隔热材料及其制备方法，属硅酸盐类轻质隔热材料制备方法。由硅质耐火土泥浆与泡沫共混制备轻质陶泥浆料，再在该浆料中加入预制的亲水气凝胶颗粒，混合均匀，经成型干燥后入窑炉，经高温烧结制备。该材料可长时间工作在1100℃的高温环境具有较低导热系数，是窑炉耐火隔热的专用材料，可有效降低窑炉能耗，同时也适用于建筑节能场景。具有工艺设备简单，配方科学合理，适合传统窑炉烧制。经检测导热系数在0.035W/(m·K)到0.065 W/(m·K)之间，表观密度在0.35g/cm³到1.00 g/cm³之间，抗压强度在1.5MPa～5.5MPa之间。

技术领域

本发明公开了一种烧结耐高温隔热材料及其制备方法，属硅酸盐类轻质隔热材料制备方法。由硅质耐火土泥浆与泡沫共混制备轻质陶泥浆料，再在该浆料中加入预制的亲水气凝胶颗粒，混合均匀，经成型干燥后入窑炉，再经高温烧结制备。该材料可长时间工作在1100℃的高温环境具有较低导热系数，是窑炉耐火隔热的专用材料，可有效降低窑炉能耗，同时也适用于建筑节能场景。具有工艺设备简单，配方科学合理，适合传统窑炉烧制。经检测导热系数在0.035W/(m·K)到0.065 W/(m·K)之间，表观密度在0.35g/cm³到1.00 g/cm³之间，抗压强度在1.5MPa～5.5MPa之间。

背景技术

窑炉节能，有窑炉余热利用和窑炉隔热保温两个发展方向，余热利用目前已有多种现有技术，但窑炉隔热保温却需要在耐高温隔热材料上有新的突破。常用的耐高温隔热材料如：轻质耐火砖、硅酸铝棉、岩棉等不是导热系数高就是没有强度。气凝胶毡有理想的导热系数，但在窑炉隔热上使用不但价格太过豪华，而且经试验，这种有机硅制备的气凝胶也难以承受窑炉的高温。在窑炉制造和维护保养中，人们更习惯使用砌筑式的耐火材料和保温隔热材料。在窑炉制造中如果能够在轻质莫来石耐火砖外，砌筑一层耐温1000℃左右，导热系数在0.035W/(m·K)到0.065 W/(m·K)之间的隔热材料，窑炉节能会立竿见影。

中国专利CN107986815A《一种二氧化硅气凝胶基复合屏蔽层及其制备方法》公开了一种含气凝胶结构的烧结陶瓷制品，“将有机聚氨酯泡沫浸入到二氧化硅陶瓷浆料中，真空浸渍后取出挂有二氧化硅陶瓷浆料的泡沫，均匀挤压后干燥，烧结，然后浸入溶胶中，调节pH值后使二氧化硅泡沫陶瓷内的溶胶凝胶化10min~3h，然后在无水乙醇中进行溶剂交换后进行超临界干燥，得到二氧化硅气凝胶基复合屏蔽层材料。该复合屏蔽层材料为具有微纳米复合孔结构的高强轻质电磁屏蔽材料。二氧化硅泡沫陶瓷中强健的密实孔筋提供了良好的支撑性，填充在孔筋间的纳米孔二氧化硅气凝胶则实现优异电磁屏蔽的介电性能，该材料对芯具有较好的支撑强度，脆性小，制备过程中不易开裂，并具有较好介电性能”。该材料因包含有气凝胶结构，可有效降低导热系数，同时，该材料拥有烧结陶瓷结构，似乎是一种理想的耐高温绝热材料。但仔细研究后发现并非如此。首先，有机硅制备的气凝胶无法承受窑炉中陶瓷烧结的高温，所以该制备方法选择了先烧结陶瓷，最后作超临界干燥的工艺。即便该方法制备的产品可以应用于窑炉低温区的隔热保温，这种工艺步骤也意味着生产单元的超临界干燥设备需要放大，超临界干燥釜必须有足够的空间，以容纳已经烧结的陶瓷制品，这样势必会增加设备投入。假设，通过改变配方，在这种气凝胶能够承受的极限温度下使陶瓷烧结，从而达到改变工艺的目标，使实现预制气凝胶混合在浆料中，实现一步法烧制完成。即使这样，仍然无法改变这种工艺步骤。因为气凝胶密度很低，同时有机硅制备的气凝胶具有憎水性，所以气凝胶组分会漂浮在陶瓷浆料上部，无法混合。价格能够承受，并且可大量生产的烧结耐高温隔热材料CN107986815A的技术方案难以实现。即便勉强能够实现，也意味着生产设备投入高，材料成本难以降低的问题。

发明内容