本发明属于隔热耐火材料技术领域。具体涉及一种钛铝酸钙隔热耐火材料及其制备方法。
背景技术：
钛铝酸钙是Al2O3-TiO2-CaO三元体系内稳定存在的重要物相，具有熔点高、强度大和导热系数小等特点，可用于制备低导热、高强度的隔热耐火材料。
目前，隔热耐火材料的制备根据工艺不同，可分为发泡法、烧失法和化学法；根据材质不同可分为莫来石质、橄榄石质和六铝酸钙质隔热耐火材料等。
采用发泡法制备隔热耐火材料，如“一种莫来石质轻质耐火材料及其制备方法”(CN 201510186484.8)，主要通过发泡剂与耐火原料混合、成型、干燥后烧成，采用发泡法制备隔热耐火材料，其技术缺陷是发泡剂与泡沫的稳定性难以控制。
采用烧失法制备隔热耐火材料，其工艺过程简单，所制备的隔热耐火材料孔隙均匀、可控，但采用烧失法制备隔热耐火材料，孔隙尺寸完全取决于可燃物的尺寸，因而一般孔隙尺寸较大，所制备的隔热耐火材料隔热性能较差。
采用化学法制备隔热耐火材料，其化学反应速率较快，进而降低了隔热耐火材料的强度和成品率。
技术实现要素：
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种成本低廉、工艺简单和成品率高的钛铝酸钙隔热耐火材料的制备方法，用该方法制备的钛铝酸钙隔热耐火材料的体积密度低、耐压强度大和导热系数小。
为实现上述目的，本发明所采用的制备方法的具体步骤是：
第一步、在30～35℃水浴条件下，将DDBAC发泡剂、聚丙烯酰胺、碳酸氢钙、钛酸四丁酯和水置入容器中，超声分散5～7分钟，制得发泡液；其中，DDBAC发泡剂∶聚丙烯酰胺∶碳酸氢钙∶钛酸四丁酯∶水的质量比为1∶(0.5～1)∶(4～7)∶(3～6)∶(30～40)。
第二步、按所述发泡液∶ρ-氧化铝微粉∶钛铁渣微粉的质量比为(50～60)∶(1～2)∶100，将所述发泡液、ρ-氧化铝微粉和钛铁渣微粉混合，搅拌5～7分钟，加入模具中成型，制得成型后的坯料。
第三步、将成型后的坯料置于真空冷冻干燥机中，冷冻干燥36～48小时，制得干燥后的成型坯料。
第四步、将干燥后的成型坯料置于马弗炉中，在1450～1500℃条件下保温40～60分钟，随炉自然冷却，即得钛铝酸钙隔热耐火材料。
所述DDBAC发泡剂的十二烷基二甲基苄基氯化铵含量≥95wt％。
所述聚丙烯酰胺为化学纯。
所述碳酸氢钙的Ca(HCO3)2含量≥98wt％。
所述钛酸四丁酯为化学纯。
所述ρ-氧化铝微粉的粒度为20～50μm；Al2O3含量≥98wt％。
所述钛铁渣微粉为冶炼钛铁合金所产生的炉渣，钛铁渣微粉的粒度为20～50μm；钛铁渣微粉的主要化学成分为：Al2O3含量为70～75wt％，TiO2含量为10～15wt％，CaO含量为5～8wt％。
所述真空冷冻干燥机的冷冻干燥温度为-45～-40℃，真空压强≤0.05Pa。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明选用钛铁渣细粉为主要原料，实现固体废弃物资源的回收利用，不仅能大幅降低隔热耐火材料的制备成本和环境友好，且工艺简单。
2、本发明通过发泡剂的水解-交联作用，提高了泡沫的稳定性与强度，进而提升了隔热耐火材料的强度与成品率，降低了隔热耐火材料的体积密度与导热系数。
本发明所制备的钛铝酸钙隔热耐火材料经检测：成品率为99.0～99.5％；体积密度为0.85～0.90g/cm3；耐压强度为7～12MPa；导热系数为0.12～0.17W·m-1·K-1。
因此，本发明具有成本低廉、工艺简单和成品率高的特点；所制备的钛铝酸钙隔热耐火材料体积密度低、耐压强度大和导热系数小。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
本具体实施方式中：
所述DDBAC发泡剂的十二烷基二甲基苄基氯化铵含量≥95wt％。
所述聚丙烯酰胺为化学纯。
所述碳酸氢钙的Ca(HCO3)2含量≥98wt％。
所述钛酸四丁酯为化学纯。
所述ρ-氧化铝微粉的粒度为20～50μm；Al2O3含量≥98wt％。
所述钛铁渣微粉为冶炼钛铁合金所产生的炉渣，钛铁渣微粉的粒度为20～50μm；钛铁渣微粉的主要化学成分为：Al2O3含量为70～75wt％，TiO2含量为10～15wt％，CaO含量为5～8wt％。
所述真空冷冻干燥机的冷冻干燥温度为-45～-40℃，真空压强≤0.05Pa。
实施例中不再赘述。
实施例1
一种钛铝酸钙隔热耐火材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：
第一步、在30～35℃水浴条件下，将DDBAC发泡剂、聚丙烯酰胺、碳酸氢钙、钛酸四丁酯和水置入容器中，超声分散5～7分钟，制得发泡液；其中，DDBAC发泡剂∶聚丙烯酰胺∶碳酸氢钙∶钛酸四丁酯∶水的质量比为1∶(0.5～0.7)∶(4～6)∶(3～5)∶(30～34)。
第二步、按所述发泡液∶ρ-氧化铝微粉∶钛铁渣微粉的质量比为(50～54)∶(1～1.4)∶100，将所述发泡液、ρ-氧化铝微粉和钛铁渣微粉混合，搅拌5～7分钟，加入模具中成型，制得成型后的坯料。
第三步、将成型后的坯料置于真空冷冻干燥机中，冷冻干燥36～48小时，制得干燥后的成型坯料。
第四步、将干燥后的成型坯料置于马弗炉中，在1450～1470℃条件下保温40～60分钟，随炉自然冷却，即得钛铝酸钙隔热耐火材料。
本发明所制备的钛铝酸钙隔热耐火材料经检测：成品率为99.0～99.2％；体积密度为0.85～0.87g/cm3；耐压强度为7～9MPa；导热系数为0.12～0.14W·m-1·K-1。
实施例2
一种钛铝酸钙隔热耐火材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：
第一步、在30～35℃水浴条件下，将DDBAC发泡剂、聚丙烯酰胺、碳酸氢钙、钛酸四丁酯和水置入容器中，超声分散5～7分钟，制得发泡液；其中，DDBAC发泡剂∶聚丙烯酰胺∶碳酸氢钙∶钛酸四丁酯∶水的质量比为1∶(0.6～0.8)∶(4～6)∶(3～5)∶(32～36)。
第二步、按所述发泡液∶ρ-氧化铝微粉∶钛铁渣微粉的质量比为(52～56)∶(1.2～1.6)∶100，将所述发泡液、ρ-氧化铝微粉和钛铁渣微粉混合，搅拌5～7分钟，加入模具中成型，制得成型后的坯料。
第三步、将成型后的坯料置于真空冷冻干燥机中，冷冻干燥36～48小时，制得干燥后的成型坯料。
第四步、将干燥后的成型坯料置于马弗炉中，在1460～1480℃条件下保温40～60分钟，随炉自然冷却，即得钛铝酸钙隔热耐火材料。
本发明所制备的钛铝酸钙隔热耐火材料经检测：成品率为99.1～99.3％；体积密度为0.86～0.88g/cm3；耐压强度为8～10MPa；导热系数为0.13～0.15W·m-1·K-1。
实施例3
一种钛铝酸钙隔热耐火材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：
第一步、在30～35℃水浴条件下，将DDBAC发泡剂、聚丙烯酰胺、碳酸氢钙、钛酸四丁酯和水置入容器中，超声分散5～7分钟，制得发泡液；其中，DDBAC发泡剂∶聚丙烯酰胺∶碳酸氢钙∶钛酸四丁酯∶水的质量比为1∶(0.7～0.9)∶(5～7)∶(4～6)∶(34～38)。
第二步、按所述发泡液∶ρ-氧化铝微粉∶钛铁渣微粉的质量比为(54～58)∶(1.4～1.8)∶100，将所述发泡液、ρ-氧化铝微粉和钛铁渣微粉混合，搅拌5～7分钟，加入模具中成型，制得成型后的坯料。
第三步、将成型后的坯料置于真空冷冻干燥机中，冷冻干燥36～48小时，制得干燥后的成型坯料。
第四步、将干燥后的成型坯料置于马弗炉中，在1470～1490℃条件下保温40～60分钟，随炉自然冷却，即得钛铝酸钙隔热耐火材料。
本发明所制备的钛铝酸钙隔热耐火材料经检测：成品率为99.2～99.4％；体积密度为0.87～0.89g/cm3；耐压强度为9～11MPa；导热系数为0.14～0.16W·m-1·K-1。
实施例4
一种钛铝酸钙隔热耐火材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：
第一步、在30～35℃水浴条件下，将DDBAC发泡剂、聚丙烯酰胺、碳酸氢钙、钛酸四丁酯和水置入容器中，超声分散5～7分钟，制得发泡液；其中，DDBAC发泡剂∶聚丙烯酰胺∶碳酸氢钙∶钛酸四丁酯∶水的质量比为1∶(0.8～1)∶(5～7)∶(4～6)∶(36～40)。
第二步、按所述发泡液∶ρ-氧化铝微粉∶钛铁渣微粉的质量比为(56～60)∶(1.6～2)∶100，将所述发泡液、ρ-氧化铝微粉和钛铁渣微粉混合，搅拌5～7分钟，加入模具中成型，制得成型后的坯料。
第三步、将成型后的坯料置于真空冷冻干燥机中，冷冻干燥36～48小时，制得干燥后的成型坯料。
第四步、将干燥后的成型坯料置于马弗炉中，在1480～1500℃条件下保温40～60分钟，随炉自然冷却，即得钛铝酸钙隔热耐火材料。
本发明所制备的钛铝酸钙隔热耐火材料经检测：成品率为99.3～99.5％；体积密度为0.88～0.90g/cm3；耐压强度为10～12MPa；导热系数为0.15～0.17W·m-1·K-1。
本具体实施方式与现有技术相比具有以下优点：
1、本具体实施方式选用钛铁渣细粉为主要原料，实现固体废弃物资源的回收利用，不仅能大幅降低隔热耐火材料的制备成本和环境友好，且工艺简单。
2、本具体实施方式通过发泡剂的水解-交联作用，提高了泡沫的稳定性与强度，进而提升了隔热耐火材料的强度与成品率，降低了隔热耐火材料的体积密度与导热系数。
本具体实施方式所制备的钛铝酸钙隔热耐火材料经检测：成品率为99.0～99.5％；体积密度为0.85～0.90g/cm3；耐压强度为7～12MPa；导热系数为0.12～0.17W·m-1·K-1。
因此，本具体实施方式具有成本低廉、工艺简单和成品率高的特点；所制备的钛铝酸钙隔热耐火材料体积密度低、耐压强度大和导热系数小。