固相颗粒稳定泡沫法制备氧化铝隔热材料

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环境污染和资源衰竭正在威胁着中国的可持续发展,如何解决高温电炉、工业窑炉等热工设备的能源浪费一直是化工、冶金等能源消耗大户的重要课题。轻质隔热材料以其所具备的气孔率高、体积密度小、热容量小、导热系数小等特点正逐步取代传统耐火材料。本文采用α-Al2O3粉和硅灰粉作原料,水为溶剂介质,没食子酸正丙酯(PG)作为泡沫稳定剂,明胶和糊精作为混合结合剂,通过冷冻干燥法成型,烧结制备氧化铝多孔材料。通过正交实验确定实验的最优配比;对比PG与传统表面活性剂十二烷基硫酸钠的稳定效果,研究PG含量与料浆固相含量分别对材料发泡性能的影响;研究不同烧成温度所得材料的XRD图谱和干燥坯体的DTA-TG曲线,确定烧成工艺;研究材料热导率的影响因素,分析气孔率、实验温度和PG含量对材料热导率的影响。主要结论如下:PG做泡沫稳定剂比传统表面活性剂十二烷基硫酸钠效果更好;当PG含量低于0.2wt%时,陶瓷料浆不能充分发泡,当PG含量为0.2wt%时,材料显气孔率达到76%,PG含量继续增加,显气孔率略有下降,抗压强度持续升高,并在1.5wt%时达到最大值12.5MPa(0.6g/cm3);气孔孔径约在30~100μm之间,PG含量为1.5wt%的材料孔壁表面陶瓷颗粒排列紧密,通孔较少,孔径较小;PG含量为0.8wt%的材料孔壁表面颗粒排列疏松,通孔较多,孔径较大。固相含量增加使材料显气孔率明显降低,体积密度增加,抗压强度增加,线收缩率降低,实验范围内最佳固相含量为58wt%。材料主要失重阶段在室温~550℃之间,当烧成温度达到1400℃时开始出现莫来石相,各烧成温度下材料的主晶相都是α-Al2O3,烧成温度和升温速率的提高有助于增加材料抗压强度,但过快的升温速率易引起材料开裂变形。1500℃烧成所得材料的重烧线变化小于0.3%,表明材料在高温环境下具有较好的体积稳定性。气孔率越高,实验温度越低,多孔材料热导率越低。PG含量为1.5wt%,固相含量为58wt%,1500℃烧成所得多孔材料的气孔率为71%,抗压强度为12.5MPa,材料热导率为0.128W·(m·k)-1(400℃)。
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