[发明专利]一种含氧化锆的微纳孔绝隔热耐火材料及其制备方法

说明书

本发明属于耐火材料领域，具体涉及一种含氧化锆的微纳孔绝隔热耐火材料及其制备方法。该含氧化锆的微纳孔绝隔热耐火材料由基础原料、添加料和水制成；耐火材料中ZrOsubgt;2/subgt;的质量含量为5～98％。该含氧化锆的微纳孔绝隔热耐火材料的外观呈白色、淡黄色或淡粉色，耐火材料中，球状气孔孔径分布在0.006～250μm间，平均孔径0.1～20μm，微纳米孔结构的存在保证了制品在低体积密度、高强度下较佳的绝隔热性能。该制备方法绿色环保无污染，制品的结构和性能易精确控制，通过调控各原料用量及工艺可使最终制得的耐火材料既满足超低导热和轻量化的需求，还具有较高的强度。

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种含氧化锆的微纳孔绝隔热耐火材料及其制备方法。特别是涉及一种具有微纳米尺寸气孔结构、超低导热和体积密度、高气孔率、高强度并绿色可控制备的含氧化锆的微纳孔绝隔热耐火材料。

背景技术

高温工业是我国工业生产中的主要耗能产业，各类窑炉的热能利用率低是其能耗大的主要原因，若能按国家要求将平均热效率提高20％，可节约能源相当于2.2亿吨标煤，可见我国高温工业节能潜力巨大。要提高工业窑炉热效率，最重要的就是发展高效保温技术，采用先进隔热材料，加强窑体保温效果，减少散热损失。

目前，我国隔热材料虽在不断改进和完善，但仍然无法满足高温工业愈来愈苛刻的隔热环境与要求。现在窑炉用保温材料多采用耐火纤维制品或轻质隔热砖。

耐火纤维制品的隔热性能虽然较好，但其对烧成气氛较敏感，易与还原性和腐蚀性气体发生反应，使其失去良好的隔热性能；且其在高温环境中长期服役，组成颗粒易析晶并长大，引起应力集中，导致隔热层的粉化，缩短使用寿命；此外，陶瓷纤维还危害人体健康，欧盟已将其列为二级致癌物。

传统的轻质隔热砖虽可克服耐火纤维制品的上述缺陷，但其多通过添加大量造孔剂(如聚苯乙烯颗粒、锯木屑、木炭、无烟煤灰、焦炭粉等)的方法制得，这些造孔剂在坯体中占据一定空间，经烧成后，造孔剂离开基体中原来的位置而形成气孔，从而获得轻质隔热耐火材料，方法简单易控，且生产效率较高，但此法所制制品的气孔率不高、气孔孔径较大、隔热效果较差且易产生应力集中而开裂，使强度较低。另外，其制备过程中采用的造孔剂多为有机烧失物，使原料成本较高，且其烧成时放出大量有毒有害气体，如无烟煤、锯木屑及焦炭粉等在较低温度下便可产生大量的硫氧化物，聚苯乙烯颗粒则产生苯乙烯、甲苯及氮/碳/氧化物及二噁英等，同时还会产生大量的VOCs微细颗粒物，严重污染环境，危害人体健康及周边农作物的生产。近年来，随着我国环保管控力度的不断加强，不少企业已经减产或停工。因此，迫切需要研究开发研究隔热性、耐久性和力学性能俱佳且绿色可控制备的高温工业用新型绝隔热耐火材料。

氧化锆质耐火材料具有耐高温(氧化锆熔点可达2715℃)、耐腐蚀、热导率极低(仅为1.675W/m·K)、力学及热震稳定性好等特点，是近年来发展较快的新兴材料之一，被逐渐应用于冶金、电子、环保、生物、化工及航空航天等领域。如果在氧化锆材料中能够有效引入气孔，可进一步降低其热导率，从而制备具有较低热导率的氧化锆多孔陶瓷材料，制品则非常适用于高温环境下的隔热保温、发动机引擎隔热部件等，特别是在1800℃以上的超高温环境应用领域。

本课题组在前期已就轻质隔热耐火材料进行了大量应用研究，形成了微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料(CN103951452A)、微孔轻质硅砖(CN105565850A)等研究成果。氧化锆隔热耐火材料是一种导热系数低、隔热效果好且熔点较高的耐高温隔热陶瓷材料，但由于氧化锆本身密度较高(为5.89g/cm³)，因此又很难制备低密度、高气孔率的隔热制品。在相同强度等级下，如何进一步有效降低隔热耐火材料的体积密度和热导率，从而利于轻型环保型窑炉的建造成为下一步的研究重点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含氧化锆的微纳孔绝隔热耐火材料，该耐火材料具有微纳米尺寸孔径、封闭式球状气孔结构、超低热导率和体积密度、高气孔率、高强度等特点。可在保证材料强度满足需求的情况下，有效降低体积密度，从而利于轻型环保高档窑炉的构筑。