[发明专利]一种低成本保温隔热轻质多孔莫来石陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于多孔陶瓷材料技术领域，涉及一种低成本保温隔热轻质多孔莫来石陶瓷的制备方法。

背景技术

多孔陶瓷由于具有低导热，低密度，高孔隙，耐高温和耐腐蚀等优异性能，被广泛应用于制备过滤膜，催化剂载体，燃烧器和保温材料等。当多孔陶瓷用于保温隔热时，材料的导热系数就成为一个最关键的参数，作为保温材料一般要求材料的导热系数应小于0.2W/(m·K)。虽然近年来制备低导热系数的多孔陶瓷有了不少进展，但是工业化大规模生产必须要求便宜的原料来源和简单经济的制备工艺。

莫来石是一种经典的陶瓷材料，是标准大气压下硅铝酸系中唯一稳定存在的晶相，具有独特的优点，如低比重、良好的抗蠕变性、化学稳定性和热稳定性好、低的热导率，比较适合应用于工业保温隔热领域。现阶段已经有不少方法制备低导热系数的多孔莫来石材料，如牺牲模板法，添加造孔剂法和凝胶注模法等。李远兵等人（CN102633512A）以锯木或稻壳粉作为造孔剂用于制备莫来石轻质隔热砖，导热系数可达0.2W/(m·K)，但是有机造孔剂烧尽时会排放大量气体，造成环境污染，而且排出后留下的空腔和裂纹会影响材料的机械性能。黄春舒等人（CN102515820A）通过凝胶注模成型的方法制得多孔轻质的莫来石陶瓷，导热系数0.11～0.20W/(m·K)，但是凝胶注模法由于使用丙烯酰胺凝胶体系，提高了成本限制了推广应用。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明提供以工业电熔莫来石粉为原料利用机械搅拌发泡和淀粉固化结合的一种低成本保温隔热轻质多孔莫来石陶瓷的制备方法。

低成本保温隔热轻质多孔莫来石陶瓷的制备操作步骤如下：

（1）混料

将工业莫来石粉和按工业莫来石粉质量10~20wt%的淀粉、按工业莫来石粉质量0.2~0.5wt%的增稠剂、按工业莫来石粉质量0.2~0.6wt%的分散剂搅拌混合，得到混合料；所述淀粉为玉米淀粉或红薯淀粉或马铃薯淀粉；增稠剂为羧甲基纤维素钠或高分子量聚丙烯酸钠，所述高分子量聚丙烯酸钠为分子量M_w应不小于200万；分散剂为六偏磷酸钠或柠檬酸三铵；

（2）制备浆料

在混合料中加水搅拌，配制成固相含量为60~68wt%的浆料，球磨10～24小时，得到稳定的陶瓷浆料；

（3）发泡

    在陶瓷浆料中添加按陶瓷浆料质量0.4~0.8wt%的表面活性剂，待表面活性剂完全溶解，在转速不低于600转/分钟条件下搅拌器强烈搅拌产生大量泡沫，搅拌时间大于3分钟，搅拌均匀，得到泡沫浆料；所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠或者曲拉通系列乳化剂；

（4）加热固化

将泡沫浆料倒入模具中，移入温度80℃的烘箱中保温0.5~1小时； 

（5）脱模干燥

自然冷却后退模，室温下自然风干；再移入温度60℃的烘箱中干燥，保温10～12小时；最后在120℃的烘箱中干燥，保温20～24小时；得到多孔陶瓷坯体；

（6）烧结

将多孔陶瓷坯体在高温烧结炉中烧结，烧结条件为：500℃之前升温速率为1℃/min，并在温度500℃保温60分钟，500℃之后升温速率为5℃/min，直到最终温度1300~1500℃，并保温2小时，得到多孔莫来石陶瓷；所得多孔莫来石陶瓷的孔隙率为80～86%，密度为0.43～0.62g/cm³，导热系数为0.09～0.22W/(m·K)，抗压强度为1.0～5.0MPa。

所述工业莫来石粉为300目工业莫来石粉。

所述模具的材料为玻璃或不锈钢或硅胶或聚四氟乙烯。

本发明制备的多孔莫来石陶瓷孔隙率为80～86%，密度为0.43～0.62g/cm³，导热系数为0.09～0.22 W/(m·K)，抗压强度为1.0～5.0MPa。

本发明与其他现有技术相比，本发明的优势是：

1.  本发明制备的多孔陶瓷采用莫来石材料为骨架，莫来石具有低的热导率、低比重、热稳定性好、具有良好的抗蠕变性和抗侵蚀性等独特的优点；此外，制备原料主要是工业莫来石和农业淀粉，来源广泛；

2.  本发明中的发泡技术采用机械搅拌发泡，先在制得的陶瓷浆料中一定量的添加表面活性剂再通过机械搅拌产生大量泡沫得到泡沫浆料，在此过程中无需有机模板或者添加有机可挥发的造孔剂，所以没有大量排放，既节约成本也保护环境；所用的胶凝材料淀粉为碳水化合物，燃尽放出二氧化碳和水，没有其他污染物；