钙长石质轻质隔热材料研制.pdf

第卷第期卯年月陶瓷学报,钙长石质轻质隔热材料研制顾幸勇马光华景德镇陶瓷学院摘要钙长石质轻质隔热材料是一种新型耐火材料,本文采用一步法合成制备出该种材料,各项性能均达到或超过同温度段已有材质的指标。关键词钙长石,轻质,隔热材料一兀叫岁。飞一盯灯甲仪沼此加,一帅,一箭令几切军轻质隔热材料现已被广泛应用于冶金、化工及陶瓷等工业领域,用于砌筑各种工业窑炉及热工设备等,它可以有效地减轻炉体重量,节约能源,改善劳动环境,改善热工制度,提高设备周转率,为此它的研究和推广应用受到人们的高度重视。轻质隔热材料,按使用温度划分,通常分为三种使用温度在以以下的普通隔热材料,主要有硅藻土质、蛙石质、珍珠岩质等使用温度在。以一巧的,主要有粘土质、硅质及高铝质使用温度在巧以上 的,主要有刚玉质、氧化铝空心球及氧化错空心球等隔热材料。在各温度段寻找新的材质,提高轻质材料的使用性能,是一项很重要的工作。目前在国外出现一种新型的钙长石轻质隔热材料,而在我国尚未见推广应用,只限于应用在一些进口窑炉及由国外设计的一些窑炉中。本文对这一新型钙长石质轻质隔热材料进行了研究,制备出的材料性能理想,达到或超过 同温度段已有材质的性能。试验方法及测试数据理论上钙长石 的熔点可达,而钾、钠长石则低得多,分别为和图,这是钙长石可做为中温耐火材料的基础。钙长石是架状硅 酸盐矿物,在 自然界它产于基性火成岩中,由于钙长石与钠长石可以任意比例在任意温度下互溶,导致自然界中纯收稿日期一一通讯联系人 顾幸勇,景德镇陶瓷学院材料工程系,参加本文工作的还有梁碧霞、袁瑛、张华、张凤玲、李守财、方东林 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/陶瓷学报年第期表合成钙长石样品的化学成份而卿坛样样品品从马马夕夕仇仇凡姚一一成孔剂剂一一一一一一一一一一一外加,一一一一一,一公公一一奋奋钙长石的产出极少,所以要制备钙长石质轻质耐火材料,主要是以合成钙长石 的方法。本文按钙长石合成原理设置了几种配方,其配方化学成份如表制备工艺过程为 配料一球磨干燥加成孔剂成型干燥一烧成。球磨按料球 水成型采用 了浇注法。为做到可 比性,加人了相同的成孔剂。抗压强度耳一机械式拉力试验机、荷重软化温度压力,收缩时温度,一荷重软化仪、导热系数一型平板导热仪。为直观对比隔热性,将所有样品磨制成相同厚度及大小,置于管式电炉一一型管式电阻炉,剑上,一端密封,一端盖试样,炉内管 中温度恒温以,测定相同时间 后试 样的表面温度数字 式测 温表,并做一衍射分析一型一衍射仪及成份 能谱 分析一刃扫 描 电镜配能潜仪。所测实验数据见表。电子探针分析结果见图。一衍射分析结果见图。分析与讨论刀一吞西灭 刃互万歹图电子探针分析田飞为考察烧成温度对性能的影响,烧成温度设定有巧、叨和,并分别保温小时。烧成后的试样分别做测试,测定了体积密度、常温体积效应影响钙长石质轻质隔热材料的制备,本文是通过 固相反应一步合成方法,是否合成有钙长石晶体就是首要前提。通过图、图的曲线可以确定,一、一、一“、一样品最终都合成有钙长石 晶体几,说明本文设置的配方及实验方法是成功 的。做为轻质 隔热材料,除要实现应 有的结构晶相以外,该材料在一定温度下烧成后,能否具有符合工业环境条件下使用 的宏观性能和内在品质 就 是关键。表中原设置的一“、一“号样品,虽然配方简单,也能合成钙长石 晶体,但烧成后,一号严重开裂,抗压强度极小,产生的原因是在合成反应过程中出现的强烈体积收缩效应所致分子量密度 岁耐几七个个 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/陶瓷学报年第期姗产一一弋、气、洲目一,、自,日 汉一弋乃加 洲以兀旧洲刀一弋巨洲今以蹂仅洲,叉刃一丫广、日七人认】洲以喊旧,兀旧一“巨甘洲 加】斌旧,月洲 叉一 洲 洲创一夕,弋幼】侧洲以洲率一一飞型竺,以洲】以月阅一侧一一洲、二,月幻洲 试】卜,必、洲以认盗动加以们图一衍射曲线一 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/陶瓷学报年第期二一一,人,一的件税义化早。一一不骊乏下孤不万下丁丽厂一一一表合成样品的测定数据押讨仪仪仪烧成成口压压外表温度荷重软化温度度导热系数数一分析析温温温度度岁讨讨炉内,以,件,晶相构成成保温分钟收缩一禅禅,九九一平均均均均均洁乌乌一肠肠肠肠二马马二岛岛马马一马,姚乌,姚岛,一岛,从,凡 乌乌场,从,凡乌乌如如如岛,川,凡 乌乌市市售高铝砖砖砖注岛钙长石,凡凡莫来石合成烧成前后的体积变化率发生收缩效应达,而一“号虽然还有一些开裂,但比较一号要好的多,因为把粘土媛烧后再加人,体积收缩效应要小些。而烧后的一、一、一三种样品就没有开裂现象。保证了制品外观形态 的完整性,从而赋予其一定的强度。在一“样品的固相反应合成过程中,虽然其最终总体积收缩效应也较大,但由于加人了部分石膏,其脱水后的分解温度姗较。喇刃一以叉高,使之把整个合成乌过程分为了两个温度阶段,使体积收缩效应分两次发生,导致该收缩应力分布在较宽的区域中进行,从而不会把制品拉裂而一或一的合成反应收缩则是快速一次发生,一号的合成体积收缩效应则产生的很小,仅在左右,只要烧成制度控制得当,不致使制品开裂。一号的体积收缩率就更小,仅在左右。烧成温度 的影响做为固相反应合成过程,它是一个热动力学过程,与烧成温度和烧成时间有着密切关系。从表中衍射测定的结果可知,在实验设定的三个烧成温度下,都可合成钙长石 在图中可看到各样品随着烧成温度的提高,其钙长石晶体的衍射强度最强线是增大的,说明合成钙长石的数量在增 多。另外在图、图中可看到,随着烧 成温 度 改 变,其 密度、抗 压强度压也变化,一“、一“样品的、电是随升高而增大,一“样品则相反,表明一、一样品随增高,其烧结性越好,坯体致密度越高,因为合成钙长石过程是体积收缩过程,另外,也是部份玻璃 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/陶瓷学报年第期相出现的结果,的提高就导致了电的增大而样品具有相反 的结果可认为是合成钙长石时产生出从忿歉,曾华一裂 淤,由于加人了部份刚玉相,它与形成莫来石相,因为这种形成莫来石反应是体积膨胀的,随着升高莫来石合成反应 越 多,这种效应越 大,使之体积密度减小,也导致。压的减小。从图、图还可看出,一不论烧成温度如何,其尸、妞 都比一大。结构组成的影响对于轻质隔热材料来说,它 的隔热性、导热系数及荷重软化温度的高低直接可表明它的性能优劣。从表中可看出,一“的 主 晶相为单一凡,一的主晶相为以凡 和部份,一“则是以几、从几和凡乓,为直观地确定各样品 的隔热性,采用管式电炉,炉 内恒温,将相同厚度及大小的各样品盖于内径的炉管一端,保温分钟,用表面测温计测量样品外表面温度,列于表,其平均表面温度一一,这与所测定的导热系数值的大小顺序相符合,表明凡 晶相多的样品其导热系数小,隔热性好另外荷重软化温度是一一一“,这是因为一在测荷重软化温度的加热过程中还有莫来石继续生成,体积有少量膨胀效应,使得样品高温下变形收缩慢,导致荷重软化温度高,而一的尸,压在各烧成温度下比一“大,使得荷重软化温度比一“大。饰一曰芝七盆三之匕、一产乙口口的只戈咬二】城龙洲图体积密度随烧成温度的变化洋比图抗压强度随烧成温度的变化汽】结论钙长石质轻质隔热材料可 通 过一步合成方法制备,它的性能可达到或超过市售高铝轻质砖各项 指标见表,因为用了低价原料则生产成本比较低廉,具有较好的应用前景。本文设置的一“,一配方不能保证外形的完整性,强度低,不能采用一“、一禅、配方较为理想,隔热性能优劣顺序为一一“一“用硅灰石比用石膏合成生成钙长石的材料的密度户、抗压强度姐都大,即一一结构中晶相组成以钙长石晶体乓为多的材料,其导热系数小,隔热性好。参考文献材料大辞典师晶绪主编 北京化学工业出版社非金属矿产地质学田煦等主编武汉武汉工大出版社 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/