[發(fā)明專(zhuān)利]一種摻雜聚合物管狀纖維的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110091330.6
• 申請(qǐng)日: 2021-01-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112851377A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李連地;陳健;楊紅鑫;潘勇;黃裕娥
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京科技職業(yè)學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): C04B35/66
• 分類(lèi)號(hào): C04B35/66;C04B35/80;C04B35/043;C04B35/101;C04B35/14
• 代理公司: 北京匯捷知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11531
• 代理人: 李宏偉

本發(fā)明公開(kāi)了一種摻雜聚合物管狀纖維的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料，涉及陶瓷技術(shù)領(lǐng)域。一種摻雜聚合物管狀纖維的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料，包括下列重量份的原料：80份Al₂O₃?SiO₂?MgO骨料顆粒、40份Al₂O₃?SiO₂?MgO細(xì)粉、45份氧化鋁微粉、45份氧化硅微粉、20份復(fù)合添加劑、20份結(jié)合劑和20份聚合物管狀纖維。本發(fā)明的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料，可以應(yīng)用在鑄造熱工設(shè)備中，并實(shí)現(xiàn)快速熱處理、縮短停爐時(shí)間的摻雜聚合物管狀纖維的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料產(chǎn)品，確保高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料具有良好的透氣性能，并在高溫?zé)崽幚磉^(guò)程中不產(chǎn)生裂紋或剝落，以實(shí)現(xiàn)良好的工作性能、強(qiáng)度和耐久性，且節(jié)約成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及陶瓷技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種摻雜聚合物管狀纖維的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料。

背景技術(shù)

熔煉熱工設(shè)備的襯體材料是由高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料施工制作的，但是在制作好的襯體材料中會(huì)存在一定含量的水分或易揮發(fā)組分，一方面是由于部分高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料是通過(guò)加水或易揮發(fā)組分混合成型的，另一方面是由于材料本身會(huì)吸收環(huán)境水分而形成自由水、結(jié)晶水、化合水，在熔煉使用時(shí)經(jīng)過(guò)熱處理或者在高溫環(huán)境下長(zhǎng)期使用，襯體材料內(nèi)部水分或易揮發(fā)組分會(huì)隨著溫度升高而由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，并通過(guò)襯體材料基體內(nèi)部的各個(gè)通道逐漸向外散逸，但是由于襯體材料比較致密、孔道不連續(xù)，導(dǎo)致水或易揮發(fā)組分蒸氣無(wú)法快速散逸，致使襯體材料內(nèi)部形成較大的蒸汽壓，如果襯體材料透氣性能不足以滿足內(nèi)部水或易揮發(fā)組分蒸汽的快速排出，就會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部壓力和熱應(yīng)力的迅速增大，破壞基體結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生大量裂紋，甚至剝落、爆裂，進(jìn)而導(dǎo)致熔煉熱工設(shè)備中的高溫熔液向外部滲漏和外溢，加劇襯體材料的損毀，甚至導(dǎo)致重大安全問(wèn)題。因此，為了保證熔煉熱工設(shè)備的穩(wěn)定安全生產(chǎn)，提高其使用壽命，就必須通過(guò)有效措施實(shí)現(xiàn)襯體材料熱處理或者高溫環(huán)境下水分或易揮發(fā)組分可以有效快速地排出。

目前，改善高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料防爆裂性的措施主要有兩種，即合理控制熱處理程序和使用防爆裂添加劑，但由于各熱工設(shè)備生產(chǎn)條件不一，較難制定統(tǒng)一合理的熱處理程序，因此，采用加入防爆裂添加劑的方式是改善高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料抗爆裂性最有效的方法。

目前，傳統(tǒng)的方法是使用實(shí)心圓形或異形的聚合物纖維來(lái)作為防爆裂添加劑使用，這主要是利用了聚合物纖維可以在高溫?zé)崽幚頃r(shí)達(dá)到材料熔點(diǎn)后可以熔化、達(dá)到燃點(diǎn)后可以燒蝕，進(jìn)而在襯體材料中留下相應(yīng)的通道，利于水分或易揮發(fā)組分散逸排出，但是這就需要初期有一定的溫度，目前根據(jù)實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，聚合物纖維的熔化溫度在200℃以?xún)?nèi)，而水或易揮發(fā)組分蒸氣大量排出的溫度在50℃以上，這就造成了一定的溫度重合區(qū)域，如果剛好熱處理溫度在重合區(qū)域沒(méi)有很好地對(duì)熱處理程序進(jìn)行控制，仍然會(huì)導(dǎo)致襯體材料被內(nèi)部的較大蒸汽壓和熱應(yīng)力破壞。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述缺陷，本發(fā)明提供一種摻雜聚合物管狀纖維的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料，采用了聚合物管狀纖維或采用一維、二維或三維納米碳材料(包括碳納米管、石墨烯、碳納米纖維、納米碳球等)對(duì)其進(jìn)行改性或預(yù)混后，摻雜進(jìn)入高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料的基質(zhì)中，管狀纖維的橫截面是管狀，由于管狀纖維的壁厚在微米級(jí)尺度，因此其熔點(diǎn)低，易于在低溫下熔化；由于其是管狀結(jié)構(gòu)，其熔化后和燒蝕后的殘留物少，不會(huì)造成內(nèi)部通道的堵塞。

解決該技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案為：

一種摻雜聚合物管狀纖維的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料，包括下列重量份的原料：30～80份Al₂O₃-SiO₂-MgO骨料顆粒、2～40份Al₂O₃-SiO₂-MgO細(xì)粉、3～45份氧化鋁微粉、3～45份氧化硅微粉、0.1～20份復(fù)合添加劑、0.2～20份結(jié)合劑和0.2～20份聚合物管狀纖維。