泡沫胶凝法制备轻质钙长石耐火材料的工艺研究

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1、万方数据2011年6月第45卷第3期e，低蔓鼎慧泡沫胶凝法制备轻质钙长石耐火材料的工艺研究夏光华1㈡谢穗1’2’何婵1'2’1)景德镇陶瓷学院材料科学与工程学院江西景德镇3334032)先进陶瓷材料江西省重点实验室江西景德镇333001摘要以煅烧矾土、煅烧高岭土、硅灰石、蛋白质发泡剂、明胶、聚乙烯醇、硅溶胶和聚合硫酸铝为原料，采用泡沫胶凝法制备了轻质钙长石材料，主要研究了蛋白质发泡剂加入量、明胶加入量、硅溶胶扣聚合硫酸铝的加入时机以及硅溶胶加入量等对泡沫胶凝成型工艺的影响，并分析了烧成后轻质钙长石材料的物相组成、显微结构和性能。结果表明：1)蛋白质发泡剂一水泡沫体系中

2、蛋白质发泡剂的体积分数为15％时，体系的发泡倍数达到最大；每100mL蛋白质发泡剂一水泡沫体系中加入1．2g明胶时，泡沫的沉陷率最小，稳定性最好；将聚合硫酸铝促凝剂分散到黏稠泥浆中，制成泡沫泥浆后，在高速搅拌下按1L泡沫泥浆加入137mL硅溶胶的比例缓缓加入硅溶胶，搅拌结束15min后体系发生胶凝。2)按试验确定的最佳工艺成型并于1280℃保温0．5h烧成后的轻质钙长石材料，以钙长石为主晶相，并有少量刚玉相；烧成后的轻质钙长石材料为多孔结构，其气孔多为封闭气孔，且分布较均匀，平均孔径约200p．m；烧成后的轻质钙长石材料的性能参数已达到，有的甚至已超过德国的JlIl2

3、3砖。关键词蛋白质发泡剂，胶凝成型，钙长石，轻质耐火材料钙长石(CaO·A1：03·2Si02)熔点为1550℃，具有密度小、热膨胀系数小、热导率低等特点，可部分替代工作温度在1000—1300cc的黏土质、硅质及高铝质耐火材料¨J，并实现节能减排。自然界中单一的钙长石很少，近十几年来，已有一些合成钙长石耐火材料的报道旧’。泡沫胶凝法成型制备轻质耐火材料的方法因具有实现超轻质化和隔热效果佳的优点而备受关注旧。1。目前，国外已有泡沫胶凝成型制备的轻质钙长石耐火材料，如德国的Jm23耐火砖，但国内却鲜见此类材料的研究报道。在本工作中，对蛋白质发泡胶凝法制备轻质钙长石耐火材

4、料的工艺进行了研究。1试验1．1原料试验所用原料有：煅烧矾土粉(≤0．048mm)，煅烧高岭土粉(≤0．048mm)，硅灰石粉(≤0．048lllln)，蛋白质发泡剂(工业级，液体)，泡沫稳定剂明胶(化学纯)和聚乙烯醇PVA(化学纯)，胶凝剂硅溶胶(工业级，质量分数为30％，pH值=12．5)，促凝剂聚合硫酸铝(化学纯)。1．2试验方法泡沫胶凝法成型多孔坯体的基本工艺流程见图1。ii竺黧P塑匿圈塑‰卜—l搠泺，脏4薛卜-—————-·叫蔼+I斟、伍．1I制备黏稠泥浆H一图1泡沫胶凝法成型多孔坯体的工艺流程图Fig．1Preparationprocessflowdiag

5、ramofporousbilletbyfoam-gelmethod泡沫胶凝成型多孔坯体的关键是：泡沫具有良好的稳定性和分散性，且泡沫体系与胶凝体系具有良好的相容性。为此，进行了如下试验：1)蛋白质发泡剂加入量对蛋白质发泡剂一水泡沫体系发泡效率的影响；2)明胶加入量对蛋白质发泡剂一水泡沫体系稳定性的影响；3)聚合硫酸铝和硅溶胶的加入时机对多孔凝胶体孔隙率的影响；4)硅溶胶加入量对体系胶凝时间的影响。亲科技部中小企业科技创新基金项目(06C26213601348)。夏光华：男，1962年生，教授。E—mail：hechanlll@163．corn收稿日期：2010—12-

6、20编辑：黄卫国201I／3耐火材料／REF呲T0刚Es187万方数据耐火材料／NAIHUOCAILIAO2011年第45卷在上述试验的基础上，确定泡沫胶凝法成型轻质钙长石坯体的具体工艺，制备轻质钙长石坯体。坯体在室温下自然养护24h，在烘箱中于1lO℃干燥24h，然后按如下烧成制度烧成：室弘200℃』土巧00℃二三1280℃生驾l280oC一室温。对烧成后的轻质钙长石试样进行XRD和SEM分析；按相关标准检测烧后试样的体积密度、热膨胀率(室温～1100℃)、热导率(800oC)、常温抗折强度和常温耐压强度。2结果与讨论2．1蛋白质发泡剂加入量对发泡倍数的影响在不考虑

7、泡沫稳定性的情况下，试验了蛋白质发泡剂的加入量对蛋白质发泡剂一水泡沫体系发泡倍数(即发泡体积与蛋白质发泡剂体积之比)的影响，结果见图2。妒(蛋白质发泡剂y％图2蛋白质发泡剂加入量对蛋白质发泡剂一水泡沫体系发泡倍数的影响Fig．2Influenceofproteinfoamingagentadditiononfoam’Smultipleoffoamingsystem由图2可以看出：随着泡沫体系中蛋白质发泡剂的体积分数由2．5％增加到15％，体系的发泡倍数逐渐增大；但当泡沫体系中蛋白质发泡剂的体积分数超过15％后，体系发泡倍数增大不再明显。由此可见，蛋白