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摘 要：在高温热交换领域，无机非金属陶瓷热交换器材料是常用的材料。其主要功能是回收烟气余热，进行预热和支持燃烧，可以提高能源利用率，达到节能减排的目的。鉴于目前的无机材料热交换器的稳定性差，导热性差以及热交换效果不令人满意，开发新型的热交换器材料以提高导热性和耐热冲击性，节能和减少排放已成为当前的趋势。这方面的重要任务。本文简要分析了无机非金属陶瓷换热材料的制备步骤和要点，并通过实例，讨论了该材料的实际应用效果，供同行参考。
关键词：无机非金属;陶瓷换热器;制备;应用
引言
鉴于能源紧张的局面，目前中国有许多无机非金属陶瓷换热器的专业制造商，但仅限于生产技术。与国外产品相比，仍有许多差异。对于中国相关领域的学者，他们对国内产品配方，工艺，添加剂等进行了科学分析，发现不同的配方和添加剂对生产的无机非金属陶瓷换热器有很大的性能和组织结构的影响。无机非金属陶瓷换热器材料高度环保，是新一代换热器的理想选择。有望完全替代目前在中国使用的金属热交换器。
1 无机非金属陶瓷换热器材料的研究现状与种类
1.1总体而言，中国对无机非金属陶瓷换热器材料的研究起步较晚，总体水平落后于西方国家。目前，国内外用于制备陶瓷换热器的主要材料有：莫来石，锆石，粘土，SiC，刚玉，堇青石等，而我国的研究方向主要是堇青石和莫来石。就方面而言，作者将简要讨论这两种材料。
1.1堇青石
堇青石的耐火性比莫来石稍差，化学稳定性和耐热冲击性也优异。堇青石的合成范围有明显的局限性，耐腐蚀性不理想。尤其是面对高腐蚀性气体（例如SO2）时，堇青石材料容易挥发或熔化，从而导致气流阻塞。在正常状态下，堇青石大部分是无色透明的。氧离子的密度不高。它连接了氧化镁八面体和氧化铝体，化学稳定性强。总体而言，堇青石无机材料的合成范围有限，对于抗弯曲性不是理想的，并且具有多孔结构。不建议将它们用于要求高抗热震性的陶瓷热交换器。
1.2莫来石
莫来石属于斜方晶系，排列顺序为双链，六配位铝离子，具有化学稳定性强，抗热震性好，耐火性好等特点，在化学，防御，玻璃等行业应用广泛。在陶瓷工业中，莫来石主要用于制造窑顶柱或板坯，因为莫来石具有良好的耐火性和耐热冲击性，并且在高温下衰减不明显。即使经历严重的氧化，其化学性质仍然稳定，因此莫来石是重要的无机材料，是制备无机非金属陶瓷热交换器的理想选择。
2 陶瓷换热器对无机非金属材料的内质要求
随着经济的发展，中国社会对能源的总体需求在增加，已逐渐成为主要的能源消费国。据统计，窑炉的能耗约占该国工业能耗的20%左右总和，主要是由于排烟。中国每年的烟气损失相当于4500万吨标准煤，能源消耗问题非常严重。鉴于此，为了达到理想的节能减排和环境保护的效果，必须从提高工业炉燃料利用率的角度出发。通过热交换设备回收工业炉废热是非常有效的方法之一，热交换器是热交换装置的重要部分，它与回收工业炉废热的效果密切相关，并且也是热交换装置原理的重要实施。换热器的常规材料是金属材料，其化学稳定性不强，在高温下易发生氧化问题，耐化学性差，废热回收率差，难以真正实现节能。
鉴于此，无机非金属陶瓷换热器材料應运而生。通常，无机非金属陶瓷换热器的材料要求可归纳为六点，即：（2）储热率和导热系数高;（2）耐热冲击性较好;（3）符合经济原则的使用寿命长;（4）理想的机械强度，即使在高温环境下也能保持正常状态;（5）耐高温，使用温度必须> 1280℃;（6）耐化学性强，工业炉废烟中含有大量的腐蚀性化学物质。用于制造陶瓷热交换器的无机非金属材料不会因其引起粉尘固溶反应。
3 无机非金属陶瓷换热器材料的制备方法分析
根据使用环境的温度，无机非金属陶瓷换热器材料可分为非氧化物材料和氧化物材料。不同的材料有不同的制备方法。非氧化物材料主要使用反应烧结法，而氧化物材料使用常压烧结法。两种方法的具体分析如下：
（1）大气压烧结法
大气压烧结是目前中国最常用的烧结方法。它的主要特征是它不会对材料施加压力。使它在大气压下烧结，操作方法更加方便。该方法的应用对象主要是富铝红柱石等氧化物材料。首先，将材料进行精细研磨和均匀混合，然后向其中加入一定量的添加剂，在沸腾炉进行烧结。让它自己冷却。与烧结法相比，常压烧结法的烧结时间更长，因此烧结成本也较高，但由于添加了适量的添加剂和黏土，所得产品的机械强度更高。
（2）反应烧结法
所谓反应烧结法主要是将两种以上的粉末以一定的比例，形状和形状混合，然后发生化学反应。在此过程中，其内部的至少两个成分会发生化学反应。用于非氧化物材料，例如碳化硅。通过反应烧结法得到的产品的烧结质量很好，形状和尺寸几乎不变，在静态冷却过程中不会发生收缩的不良反应，烧结时间短，烧结成本低，符合经济原则，在烧制形状复杂的产品时也能取得良好的效果。
4 无机非金属陶瓷换热器材料的制备实验探讨
鉴于掌握无机非金属陶瓷换热器材料的制备方法难度大，复杂度高的特点，笔者以莫来石的制备方法为例，并采用常压烧结法进行了实验。具体过程和设备如下：
莫来石以高岭土、氧化铝、苏州土、等为原材料加以合成，同时添加一定剂量的氟化铝以及五氧化二钒，以提高莫来石的机械强度与抗腐蚀性能等。所用的原材料具体有：氟化铝（纯度为AlF3≥99.50%）、氧化铝（纯度为Al2O3≥98%）、五氧化二钒（纯度为V2O5≥99.68%）、苏州土（纯度为Al2O3≥45.8%）、高岭土（纯度为Al2O3≥29.5%）。所用的设备具体为：压力机、球磨机、硅铝棒炉、热导率测定仪、电子天平、干燥箱、电动抗折仪。
制备完成之后进行测试，测试的方法包括抗热震性测试、导热性测试、抗折强度测试，具体如下：
（1）抗热震性测试。将所得的制品放置于电炉当中加热，加热至1000-1200℃，随后停止加热保温静置约25min，最后放入到约25℃的活水当中。循环上述步骤，直至样品破裂，循环次数越多，抗热震性能越强。（2）导热性测试。将样品放置于干燥箱中进行干燥处理，控制水域温度，打开电源。平衡状态的标准为两测点间的温度波动<0.2℃，保持平衡状态时间越长，导热性越佳。（3）抗折强度测试。采用三点抗弯法对样品进行抗折强度测试，。
结束语
总之，在当今经济高速发展的今天，能源消耗问题不容忽视，能源消耗过大，生产成本较高，环境污染问题也更加严重。抗震性能差，降低能耗和节能效果不理想。陶瓷热交换器由无机非金属材料制成。经过大量实际应用和科学分析，其导热系数和抗热震性能良好，抗弯强度大。在高温环境下仍保持稳定的化学形态，具有较高的实际应用价值。
参考文献
[1]李静.换热器用耐高温防腐蚀导热涂料的研究[D].华南理工大学，2013.
[2]刘涛.高温瓦楞状陶瓷基换热器芯体的研究[D].华南理工大学，2012.
[3]陈上达.新型无机非金属材料研究进展与未来展望[J].企业技术开发，2014.
[4]蔡坤鹏.无机块体忆阻器材料的制备、结构及其电学性质研究[D].清华大学，2013.
[5]栗海峰.无机非金属陶瓷换热器材料的制备与应用[D].武汉理工大学，2011.
关键词：无机非金属;陶瓷换热器;制备;应用
引言
鉴于能源紧张的局面，目前中国有许多无机非金属陶瓷换热器的专业制造商，但仅限于生产技术。与国外产品相比，仍有许多差异。对于中国相关领域的学者，他们对国内产品配方，工艺，添加剂等进行了科学分析，发现不同的配方和添加剂对生产的无机非金属陶瓷换热器有很大的性能和组织结构的影响。无机非金属陶瓷换热器材料高度环保，是新一代换热器的理想选择。有望完全替代目前在中国使用的金属热交换器。
1 无机非金属陶瓷换热器材料的研究现状与种类
1.1总体而言，中国对无机非金属陶瓷换热器材料的研究起步较晚，总体水平落后于西方国家。目前，国内外用于制备陶瓷换热器的主要材料有：莫来石，锆石，粘土，SiC，刚玉，堇青石等，而我国的研究方向主要是堇青石和莫来石。就方面而言，作者将简要讨论这两种材料。
1.1堇青石
堇青石的耐火性比莫来石稍差，化学稳定性和耐热冲击性也优异。堇青石的合成范围有明显的局限性，耐腐蚀性不理想。尤其是面对高腐蚀性气体（例如SO2）时，堇青石材料容易挥发或熔化，从而导致气流阻塞。在正常状态下，堇青石大部分是无色透明的。氧离子的密度不高。它连接了氧化镁八面体和氧化铝体，化学稳定性强。总体而言，堇青石无机材料的合成范围有限，对于抗弯曲性不是理想的，并且具有多孔结构。不建议将它们用于要求高抗热震性的陶瓷热交换器。
1.2莫来石
莫来石属于斜方晶系，排列顺序为双链，六配位铝离子，具有化学稳定性强，抗热震性好，耐火性好等特点，在化学，防御，玻璃等行业应用广泛。在陶瓷工业中，莫来石主要用于制造窑顶柱或板坯，因为莫来石具有良好的耐火性和耐热冲击性，并且在高温下衰减不明显。即使经历严重的氧化，其化学性质仍然稳定，因此莫来石是重要的无机材料，是制备无机非金属陶瓷热交换器的理想选择。
2 陶瓷换热器对无机非金属材料的内质要求
随着经济的发展，中国社会对能源的总体需求在增加，已逐渐成为主要的能源消费国。据统计，窑炉的能耗约占该国工业能耗的20%左右总和，主要是由于排烟。中国每年的烟气损失相当于4500万吨标准煤，能源消耗问题非常严重。鉴于此，为了达到理想的节能减排和环境保护的效果，必须从提高工业炉燃料利用率的角度出发。通过热交换设备回收工业炉废热是非常有效的方法之一，热交换器是热交换装置的重要部分，它与回收工业炉废热的效果密切相关，并且也是热交换装置原理的重要实施。换热器的常规材料是金属材料，其化学稳定性不强，在高温下易发生氧化问题，耐化学性差，废热回收率差，难以真正实现节能。
鉴于此，无机非金属陶瓷换热器材料應运而生。通常，无机非金属陶瓷换热器的材料要求可归纳为六点，即：（2）储热率和导热系数高;（2）耐热冲击性较好;（3）符合经济原则的使用寿命长;（4）理想的机械强度，即使在高温环境下也能保持正常状态;（5）耐高温，使用温度必须> 1280℃;（6）耐化学性强，工业炉废烟中含有大量的腐蚀性化学物质。用于制造陶瓷热交换器的无机非金属材料不会因其引起粉尘固溶反应。
3 无机非金属陶瓷换热器材料的制备方法分析
根据使用环境的温度，无机非金属陶瓷换热器材料可分为非氧化物材料和氧化物材料。不同的材料有不同的制备方法。非氧化物材料主要使用反应烧结法，而氧化物材料使用常压烧结法。两种方法的具体分析如下：
（1）大气压烧结法
大气压烧结是目前中国最常用的烧结方法。它的主要特征是它不会对材料施加压力。使它在大气压下烧结，操作方法更加方便。该方法的应用对象主要是富铝红柱石等氧化物材料。首先，将材料进行精细研磨和均匀混合，然后向其中加入一定量的添加剂，在沸腾炉进行烧结。让它自己冷却。与烧结法相比，常压烧结法的烧结时间更长，因此烧结成本也较高，但由于添加了适量的添加剂和黏土，所得产品的机械强度更高。
（2）反应烧结法
所谓反应烧结法主要是将两种以上的粉末以一定的比例，形状和形状混合，然后发生化学反应。在此过程中，其内部的至少两个成分会发生化学反应。用于非氧化物材料，例如碳化硅。通过反应烧结法得到的产品的烧结质量很好，形状和尺寸几乎不变，在静态冷却过程中不会发生收缩的不良反应，烧结时间短，烧结成本低，符合经济原则，在烧制形状复杂的产品时也能取得良好的效果。
4 无机非金属陶瓷换热器材料的制备实验探讨
鉴于掌握无机非金属陶瓷换热器材料的制备方法难度大，复杂度高的特点，笔者以莫来石的制备方法为例，并采用常压烧结法进行了实验。具体过程和设备如下：
莫来石以高岭土、氧化铝、苏州土、等为原材料加以合成，同时添加一定剂量的氟化铝以及五氧化二钒，以提高莫来石的机械强度与抗腐蚀性能等。所用的原材料具体有：氟化铝（纯度为AlF3≥99.50%）、氧化铝（纯度为Al2O3≥98%）、五氧化二钒（纯度为V2O5≥99.68%）、苏州土（纯度为Al2O3≥45.8%）、高岭土（纯度为Al2O3≥29.5%）。所用的设备具体为：压力机、球磨机、硅铝棒炉、热导率测定仪、电子天平、干燥箱、电动抗折仪。
制备完成之后进行测试，测试的方法包括抗热震性测试、导热性测试、抗折强度测试，具体如下：
（1）抗热震性测试。将所得的制品放置于电炉当中加热，加热至1000-1200℃，随后停止加热保温静置约25min，最后放入到约25℃的活水当中。循环上述步骤，直至样品破裂，循环次数越多，抗热震性能越强。（2）导热性测试。将样品放置于干燥箱中进行干燥处理，控制水域温度，打开电源。平衡状态的标准为两测点间的温度波动<0.2℃，保持平衡状态时间越长，导热性越佳。（3）抗折强度测试。采用三点抗弯法对样品进行抗折强度测试，。
结束语
总之，在当今经济高速发展的今天，能源消耗问题不容忽视，能源消耗过大，生产成本较高，环境污染问题也更加严重。抗震性能差，降低能耗和节能效果不理想。陶瓷热交换器由无机非金属材料制成。经过大量实际应用和科学分析，其导热系数和抗热震性能良好，抗弯强度大。在高温环境下仍保持稳定的化学形态，具有较高的实际应用价值。
参考文献
[1]李静.换热器用耐高温防腐蚀导热涂料的研究[D].华南理工大学，2013.
[2]刘涛.高温瓦楞状陶瓷基换热器芯体的研究[D].华南理工大学，2012.
[3]陈上达.新型无机非金属材料研究进展与未来展望[J].企业技术开发，2014.
[4]蔡坤鹏.无机块体忆阻器材料的制备、结构及其电学性质研究[D].清华大学，2013.
[5]栗海峰.无机非金属陶瓷换热器材料的制备与应用[D].武汉理工大学，2011.