專利名稱：高溫區(qū)鋁酸鹽絕熱材料的制作方法
高溫區(qū)鋁酸鹽絕熱材料
本發(fā)明涉及具有耐高溫性和耐堿性的鋁酸鹽絕熱材料，并涉及由其制 成的成型部件及其制造方法。
這種鋁酸鹽絕熱材料以商標(biāo)Cahitherm⑧為人所知，并且是多孔鋁酸 鈣，其尤其用于成型部件，例如溝槽、管和環(huán)，從而使非鐵金屬熔化。多 孔成型部件的制造通過壓熱處理相應(yīng)的氧化物、氫氧化物等的漿料、并然 干燥而進(jìn)行。這類材料只能在最多110(TC下使用，并對(duì)燒制裝置中、尤其 是在垃圾焚化或水泥制造中產(chǎn)生的堿性燃燒氣體具有低的耐受性。
為了裝備存在高于1300。C的溫度的垃圾焚化裝置或水泥制造裝置，特 別使用了耐火粘土和鈣二氧化硅材料，它們也受堿、尤其是熱燃燒氣體中 的堿的影響，因此它們開裂、拉開和剝落，由此作為分解產(chǎn)物形成堿性鋁 和堿二氧化石圭。
此外，從文獻(xiàn)中，尤其是從DE 2055024 Al和JP 02018350 A2中，獲 知了由于產(chǎn)生堿性鋁酸鹽、尤其是鋁酸鈉(其由于其離子傳導(dǎo)性而用作電 池和蓄電池材料)而使用的各種方法。這些制造方法基于來源于原材料的 氧化物或氫氧化物的混合物(尤其是具有化學(xué)計(jì)量的組成的混合物)的均 化、和在最多1600。C或更高的溫度燒結(jié)。在這種情況下，通過經(jīng)由許多中 間階段改變含鈉和鋁原材料的初始混合物，產(chǎn)生了非常致密的燒結(jié)材料， 其密度為大約3.2克/立方厘米，并以許多形式在多個(gè)過渡步驟中產(chǎn)生。可 能由于形成m-Al203或NaAK)2晶種而發(fā)生故障，這些晶種然后尤其在變 化的熱應(yīng)力下引起燒結(jié)部件中的連續(xù)裂紋和在載荷下引起碎裂。特別地， 鈉離子從內(nèi)部向邊緣區(qū)域轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生了下降的濃度梯度，并因此在燒結(jié)制 品中導(dǎo)致不平均的晶體形成和相形成。
本發(fā)明的目的是制造耐受堿、尤其是燃燒氣體中的堿的耐高溫固體高多孔絕熱材料，和簡(jiǎn)單的制造方法，并因此用其設(shè)計(jì)板材和成型部件。
本發(fā)明的解決方案在于，絕熱材料由高多孔的堿金屬-P -鋁酸鹽或其 等效前體構(gòu)成。
該方法目標(biāo)的解決方案在于，將氧化鋁、氫氧化鋁和/或可熱分解的堿 金屬鹽和堿金屬氧化物、堿金屬氫氧化物和/或可熱分解的鋁鹽與水、穩(wěn)定 劑和增強(qiáng)材料混合并成型。此后在飽和蒸汽壓下壓熱處理，并以此方式，
將硬化的成型部件干燥，并然后原位或在燒結(jié)室中用最多1600。C的溫度燃 燒。
該新型絕熱材料既具有堿性鋁酸鹽對(duì)堿性蒸氣和熔融的耐受性，又由 于孔隙結(jié)構(gòu)而具有低的熱導(dǎo)率，該孔隙結(jié)構(gòu)由于在高壓釜中用高的穩(wěn)定化 水部分濕處理原材料而產(chǎn)生。
此外，該孔隙結(jié)構(gòu)具有如下優(yōu)點(diǎn)一一晶核和相界始終只有短的可用生 長(zhǎng)距離，因而在溫度載荷變化下不會(huì)產(chǎn)生深裂紋和裂隙。
在1000-1600'C的高燒結(jié)溫度產(chǎn)生的堿金屬-P -鋁酸鹽代表了耐受熱 堿性蒸氣影響的不會(huì)變化的最終產(chǎn)品。
在燒結(jié)部件上，測(cè)得大約0.5克/立方厘米的堆密度和大約0.3 W/(mK) 的熱導(dǎo)率。平均孔徑大小為大約0.35微米。
在進(jìn)一步試驗(yàn)中，根據(jù)混合物源，產(chǎn)生了 1.30克/立方厘米的堆密度、 0.9W/(mK)的熱導(dǎo)率和l.O微米的孔徑大小。
根據(jù)原材料，在1350至1450。C的燒結(jié)溫度產(chǎn)生了 2%的收縮率，這是 在冷卻后測(cè)量的。由此，對(duì)于燒制室和煙囪的襯里，有可能可以直接使用 預(yù)制的成型部件，例如板材、管材、環(huán)等，而不需要高成本的燃燒。
作為氧化鋁原材料，尤其可以使用各種粒度的被稱作三水鋁石的氫氧 化鋁、和勃姆石AIO(OH)。
作為堿金屬原材料，尤其可以使用氫氧化鈉和氫氧化鉀和堿金屬的碳 酸鹽、硝酸鹽、乙酸鹽、水楊酸鹽或甲酸鹽或另一羥基羧酸鹽，其中后者 在200至500。C的溫度變成碳酸鹽，其在更高溫度下分解，從而使所得堿 金屬氧化物與氧化鋁結(jié)合。也可能由于提高的溫度使相應(yīng)酸的鹽分解而產(chǎn)生鋁。
作為穩(wěn)定化和過濾組分，濃度為0.5至1.5%的甲基纖維素是合適的， 和/或濃度為1至8%的纖維素是合適的。
特別可在堿金屬氧化物相對(duì)于氧化鋁過量(以在最終產(chǎn)品中的比率計(jì)) 的情況下制造該混合物。
關(guān)于氧化鈉與氧化鋁比率的示例，制造方法以1:4.2的氧化鈉與氧化鋁 的比率開始，對(duì)于153氧化鋁和NaA102升至超過l:5…6，并越來越高地升 至在1500。C下NazO-P2氧化鋁的11AK)3的l:7…9的值。結(jié)果，由于相應(yīng) 的變化，該絕熱材料中的堿金屬氧化物濃度降低。
將所選和攪拌過的混合物以所需形式或作為壓實(shí)物在大約200。C壓熱 處理約5至24小時(shí)。在略微冷卻并在160。C預(yù)干燥后，將該部件最終在160 'C干燥直至質(zhì)量恒定。
干燥制品的耐壓強(qiáng)度高于10N/mm2,因此其容易在此狀態(tài)下加工并安 裝在燒制裝置中。
在其它情況下，在1000。C燒制12小時(shí)導(dǎo)致耐壓強(qiáng)度降至6.3 N/mm2, 在1200。C燒制12小時(shí)導(dǎo)致降至大約4.5 N/mm2。結(jié)果，原始密度從大約 0.65分別降至0.55或0.50克/立方厘米，且X-射線衍射計(jì)中最初出現(xiàn)的勃 姆石變成鋁酸鈉。
根據(jù)DIN 51068的Tiegel方法，使用40克最具侵蝕性的鹽混合物之 一質(zhì)量比為1:1的K:jS04和K2C03，在IIOO'C下5小時(shí)的腐蝕試驗(yàn)中，冷 卻后沒有看出腐蝕。
在高壓釜中，在良好成型的層狀晶體的電子掃描顯撐i鏡中出現(xiàn)未燃燒 狀態(tài)的附聚物。該附聚物具有10-20微米的尺寸和1-3微米的晶體。沒有 看見氫氧化鈉。
在1200。C燒制12小時(shí)后，出現(xiàn)與上類似的結(jié)構(gòu)，但是，可以看見具 有短刺狀邊緣的典型p-氧化鋁晶體。


圖1至5以各種比例顯示典型的REM照片?？梢栽诖蠓糯舐氏伦R(shí)別 出有角的、排列在一起的晶頁。較低放大率給出了以鏈和捆形形式圍繞多孔片段的附聚體的全圖，該多孔片段尤其是通過先輸入并然后蒸出的工藝
水形成的，工藝水達(dá)到該混合物的大約50重量％ 。
權(quán)利要求
1.具有超過1000℃的耐熱性的多孔鋁酸鹽絕熱材料，其特征在于其由堿金屬-β-鋁酸鹽和/或其經(jīng)過壓熱處理的前體構(gòu)成，使得其耐受堿蒸氣并耐熔融，其原始密度為0.3至1.30克/立方厘米，其熱導(dǎo)率為0.2至0.9W/(mK)且其孔徑大小為0.1至1.0微米。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的絕熱材料，其特征在于所述前體由堿金屬鋁酸鹽 構(gòu)成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的絕熱材料，其特征在于所述堿金屬鋁酸鹽由鈉或 鉀勃姆石、a鋁酸鈉或鉀、p鋁酸鈉或鉀、y鋁酸鈉或鉀、ii鋁酸鈉或鉀、 鈉或鉀thodite和/或鈉或鐘尖晶石構(gòu)成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的絕熱材料，其特征在于所述前體包含堿金屬氧化 物、堿金屬氫氧化物、在低于1000。C的溫度揮發(fā)的酸的鹽和/或在低于1000 。C的溫度揮發(fā)的酸的鋁鹽和/或m-Al203和/或NaA102。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的絕熱材料，其特征在于所述揮發(fā)性酸是碳酸、硝 酸、水楊酸、曱酸、乙酸或另一氫氧化物碳酸。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的絕熱材料，其特征在于其強(qiáng)度>3 N/mm2。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6之一的鋁酸鹽絕熱材料的用途，用于板材、復(fù) 合石材、管材或管片段或環(huán)的成型部件中。
8. 制造根據(jù)權(quán)利要求1至6之一的絕熱材料或根據(jù)權(quán)利要求7的模制 品 的方法，其特征在于-首先將至少 一種釋放堿金屬離子的第 一材料與 一種至少釋放鋁離子 的第二材料的均勻含水混合物用大致相同量的水懸浮，其中所述兩種材料 的構(gòu)成是在低于1000。C的溫度在使其余組分揮發(fā)的情況下釋放出各自的 堿金屬氧化物或氧化鋁，其中所述混合物中所含的堿金屬氧化物與氧化鋁 的算術(shù)比率約為所用堿金屬-p -鋁酸鹽的量的兩倍；-此后，將該均勻混合物作為懸浮液以壓制板或成型部件制品形式在 大約200。C壓熱處理5至30小時(shí)，或?qū)⒃摶旌衔镒鳛閼腋∫褐苯訅簾崽幚怼⑹蛊浣?jīng)過成型過程并可以再壓熱處理一次；-然后，在大約160。C預(yù)干燥10至30小時(shí)；-然后，可以使其變形，并在大約160'C最終干燥；-如果需要，在800'C至1600。C在爐中或原位燒制5至15小時(shí)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于使用氫氧化鈉、氫氧化鉀、蘇 打或鉀堿作為第一材料。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9的方法，其特征在于使用被稱作三水鋁石的 三氫氧化鋁和/或勃姆石，羥基氧化鋁，作為第二材料。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8至IO之一的方法，其特征在于向所述混合物添加 濃度為0.3至1.5%的穩(wěn)定劑和/或濃度為1至8%的增強(qiáng)和過濾劑。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll的方法，其特征在于所述穩(wěn)定劑是甲基纖維素， 所述增強(qiáng)和過濾劑是纖維素。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8至12之一的方法，其特征在于包含在兩種材料中 的氧化鈉Na20的混合物與氧化鋁A1203的算術(shù)比率為大約1:4.2 。
全文摘要
本發(fā)明描述了具有高達(dá)高于1000℃的耐熱性的多孔鋁酸鹽絕熱材料，其包含β-鋁酸堿金屬鹽和/或其壓熱處理過的前體，因此其耐受堿蒸氣并耐熔融。
文檔編號(hào)F16L59/00GK101300208SQ200680040919
公開日2008年11月5日 申請(qǐng)日期2006年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月31日
發(fā)明者K·赫爾舍, T·赫爾舍 申請(qǐng)人:卡爾斯特姆硅酸鹽工程材料有限公司