本发明属于隔热材料技术领域。具体涉及一种莫来石质隔热材料及其制备方法。
背景技术：
莫来石质隔热材料具有热导率低、抗热震性能优异、耐高温性能良好和热膨胀系数低等优点，在工业窑炉、高温电炉等热工设备中得到广泛应用。随着高温工业应用要求的提高，开发高强度、低导热系数和高温性能优良的隔热材料成为当前较为迫切的任务。
目前，莫来石质隔热材料的制备技术主要采用添加造孔剂法、发泡法、冷冻干燥法等。添加造孔剂法是通过添加含碳原料等作为造孔剂，经热处理形成气孔来获得隔热材料，这种方法的缺点是孔径分布不均、制品强度较低、热导率偏高。发泡法是引入发泡剂，通过热处理产生泡沫，再经干燥和烧成得到隔热材料，这种方法虽能在制品中形成大量封闭的气孔，但制品的强度偏低和导热系数偏大。冷冻干燥法避免了常温干燥过程中材料的体积收缩，且冷冻干燥得到的制品虽孔隙分布均匀，但制品强度仍然偏低和工艺相对复杂，限制了工业化应用。
技术实现要素：
本发明旨在克服现有技术存在的缺陷，目的是提供一种原料来源广泛和生产成本低的莫来石质隔热材料的制备方法，用该方法制备的莫来石质隔热材料体积密度低、强度高和隔热性能优异。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案的具体步骤是：
第一步、将30～50wt％的铝矾土细粉、1～10wt％的氢氧化铝、20～40wt％的石英砂细粉、1～10wt％的偏钒酸铵和1～10wt％的热固性酚醛树脂混合均匀，在50～80mpa条件下压制成型，于中性气氛和900～1200℃条件下热处理3～5小时，再经破碎、球磨和筛分，得到粒度小于0.088mm的球磨料和粒度为0.088～0.5mm的颗粒料。
第二步、将20～40wt％的莫来石细粉、10～30wt％的所述铝矾土细粉、1～10wt％的所述石英砂细粉、1～10wt％的氮化硅铁、0.1～1wt％的羟乙基纤维素和40～60wt％的水混合，球磨，得到料浆。
第三步、将60～80wt％的所述颗粒料、1～10wt％的所述莫来石细粉、10～20wt％的所述球磨料、1～10wt％的所述料浆混合均匀，在50～80mpa条件下压制成型，得到坯体；然后将所述坯体在80～110℃条件下干燥12～24小时，再于1400～1600℃条件下保温3～5小时，得到莫来石质隔热材料。
所述铝矾土细粉中al2o3的含量大于60wt％，铝矾土细粉的粒度小于0.088mm。
所述氢氧化铝中al(oh)3的含量大于99wt％，粒度小于0.045mm。
所述石英砂中sio2的含量大于98wt％，石英砂细粉的粒度小于0.088mm。
所述偏钒酸铵的纯度大于99wt％。
所述热固性酚醛树脂的室温粘度小于10000厘泊，热固性酚醛树脂的水分含量小于15wt％。
所述中性气氛为氮气气氛或为氩气气氛。
所述莫来石中al2o3的含量大于68wt％，莫来石细粉的粒度小于0.088mm。
所述氮化硅铁中fe的含量为10～15wt％，氮化硅铁的粒度小于0.088mm。
所述羟乙基纤维素中的灰分小于5wt％。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
⑴本发明所采用的原料来源广泛，生产成本低。
⑵本发明通过不同原料的搭配，预制了具有多级孔径分布的球磨料和颗粒料，再通过预制的料浆，将不同种类的颗粒和粉料结合起来，然后在高温处理过程中通过莫来石晶须的原位形成，进一步调节了制品结构中的孔隙状态，使得本发明制备的莫来石质隔热材料不仅具备低的体积密度，且具有低的导热系数。
⑶本发明将制备方法进行分步控制，结合严格的颗粒级配，有效控制了产品的孔径结构和莫来石晶须的交织分布状态，使得本发明制备的莫来石质隔热材料具有较高的强度。
本发明制备的莫来石质隔热材料经检测：体积密度小于1.5g/cm3；常温耐压强度大于3.5mpa；200～1200℃范围内导热系数小于0.22w/(m·k)。
因此，本发明具有原料来源广泛和生产成本低的特点，所制备的莫来石质隔热材料体积密度低、强度高和隔热性能优异。
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。
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的物料统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述铝矾土细粉中al2o3的含量大于60wt％，铝矾土细粉的粒度小于0.088mm。
所述氢氧化铝中al(oh)3的含量大于99wt％，粒度小于0.045mm。
所述石英砂中sio2的含量大于98wt％，石英砂细粉的粒度小于0.088mm。
所述偏钒酸铵的纯度大于99wt％。
所述热固性酚醛树脂的室温粘度小于10000厘泊，热固性酚醛树脂的水分含量小于15wt％。
所述莫来石中al2o3的含量大于68wt％，莫来石细粉的粒度小于0.088mm。
所述氮化硅铁中fe的含量为10～15wt％，氮化硅铁的粒度小于0.088mm。
所述羟乙基纤维素中的灰分小于5wt％。
实施例1
一种莫来石质隔热材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
第一步、将30～40wt％的铝矾土细粉、5～10wt％的氢氧化铝、30～40wt％的石英砂细粉、5～10wt％的偏钒酸铵和5～10wt％的热固性酚醛树脂混合均匀，在50～70mpa条件下压制成型，于中性气氛和1000～1200℃条件下热处理3～5小时，再经破碎、球磨和筛分，得到粒度小于0.088mm的球磨料和粒度为0.088～0.5mm的颗粒料。
第二步、将20～30wt％的莫来石细粉、10～20wt％的所述铝矾土细粉、5～10wt％的所述石英砂细粉、1～5wt％的氮化硅铁、0.1～0.5wt％的羟乙基纤维素和50～60wt％的水混合，球磨，得到料浆。
第三步、将60～70wt％的所述颗粒料、5～10wt％的所述莫来石细粉、15～20wt％的所述球磨料、5～10wt％的所述料浆混合均匀，在50～70mpa条件下压制成型，得到坯体；然后将所述坯体在80～100℃条件下干燥12～18小时，再于1500～1600℃条件下保温3～5小时，得到莫来石质隔热材料。
所述中性气氛为氮气气氛。
实施例2
一种莫来石质隔热材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
第一步、将40～50wt％的铝矾土细粉、1～5wt％的氢氧化铝、30～40wt％的石英砂细粉、5～10wt％的偏钒酸铵和1～5wt％的热固性酚醛树脂混合均匀，在60～80mpa条件下压制成型，于中性气氛和900～1100℃条件下热处理3～5小时，再经破碎、球磨和筛分，得到粒度小于0.088mm的球磨料和粒度为0.088～0.5mm的颗粒料。
第二步、将30～40wt％的莫来石细粉、12～25wt％的所述铝矾土细粉、1～5wt％的所述石英砂细粉、1～5wt％的氮化硅铁、0.5～1wt％的羟乙基纤维素和40～50wt％的水混合，球磨，得到料浆。
第三步、将70～80wt％的所述颗粒料、5～10wt％的所述莫来石细粉、10～15wt％的所述球磨料、1～5wt％的所述料浆混合均匀，在60～80mpa条件下压制成型，得到坯体；然后将所述坯体在90～110℃条件下干燥18～24小时，再于1400～1500℃条件下保温3～5小时，得到莫来石质隔热材料。
所述中性气氛为氩气气氛。
实施例3
一种莫来石质隔热材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
第一步、将40～50wt％的铝矾土细粉、5～10wt％的氢氧化铝、20～30wt％的石英砂细粉、5～10wt％的偏钒酸铵和5～10wt％的热固性酚醛树脂混合均匀，在50～70mpa条件下压制成型，于中性气氛和1000～1200℃条件下热处理3～5小时，再经破碎、球磨和筛分，得到粒度小于0.088mm的球磨料和粒度为0.088～0.5mm的颗粒料。
第二步、将20～30wt％的莫来石细粉、20～30wt％的所述铝矾土细粉、1～5wt％的所述石英砂细粉、5～10wt％的氮化硅铁、0.5～1wt％的羟乙基纤维素和40～50wt％的水混合，球磨，得到料浆。
第三步、将65～75wt％的所述颗粒料、1～5wt％的所述莫来石细粉、15～20wt％的所述球磨料、5～10wt％的所述料浆混合均匀，在50～70mpa条件下压制成型，得到坯体；然后将所述坯体在80～100℃条件下干燥12～18小时，再于1450～1550℃条件下保温3～5小时，得到莫来石质隔热材料。
所述中性气氛为氮气气氛。
实施例4
一种莫来石质隔热材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
第一步、将35～45wt％的铝矾土细粉、5～10wt％的氢氧化铝、30～40wt％的石英砂细粉、1～5wt％的偏钒酸铵和5～10wt％的热固性酚醛树脂混合均匀，在60～80mpa条件下压制成型，于中性气氛和900～1100℃条件下热处理3～5小时，再经破碎、球磨和筛分，得到粒度小于0.088mm的球磨料和粒度为0.088～0.5mm的颗粒料。
第二步、将25～35wt％的莫来石细粉、10～20wt％的所述铝矾土细粉、5～10wt％的所述石英砂细粉、5～10wt％的氮化硅铁、0.1～0.5wt％的羟乙基纤维素和40～50wt％的水混合，球磨，得到料浆。
第三步、将70～80wt％的所述颗粒料、1～5wt％的所述莫来石细粉、10～15wt％的所述球磨料、5～10wt％的所述料浆混合均匀，在60～80mpa条件下压制成型，得到坯体；然后将所述坯体在90～110℃条件下干燥18～24小时，再于1450～1550℃条件下保温3～5小时，得到莫来石质隔热材料。
所述中性气氛为氩气气氛。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
⑴本具体实施方式所采用的原料来源广泛，生产成本低。
⑵本具体实施方式通过不同原料的搭配，预制了具有多级孔径分布的球磨料和颗粒料，再通过预制的料浆，将不同种类的颗粒和粉料结合起来，然后在高温处理过程中通过莫来石晶须的原位形成，进一步调节了制品结构中的孔隙状态，使得本具体实施方式制备的莫来石质隔热材料不仅具备低的体积密度，且具有低的导热系数。
⑶本具体实施方式将制备方法进行分步控制，结合严格的颗粒级配，有效控制了产品的孔径结构和莫来石晶须的交织分布状态，使得本具体实施方式制备的莫来石质隔热材料具有较高的强度。
本具体实施方式制备的莫来石质隔热材料经检测：体积密度小于1.5g/cm3；常温耐压强度大于3.5mpa；200～1200℃范围内导热系数小于0.22w/(m·k)。
因此，本具体实施方式具有原料来源广泛和生产成本低的特点，所制备的莫来石质隔热材料体积密度低、强度高和隔热性能优异。