一种钛酸铝－莫来石质蜂窝陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钛酸铝－莫来石质蜂窝陶瓷及其制备方法，它是以具备高熔点、低热膨胀、耐化学腐蚀、高抗热震性等优良性能的稳定钛酸铝与莫来石按照性能要求进行复合形成复相材料，并添加自己配制的复合塑化改性剂和自行设计的模具，经混合拌料、炼泥、挤出、干燥，在１４５０～１６００℃烧制成蜂窝状的结构体。其制备方法包括如下步骤：将粘土、氧化铝、氧化钛、方石英、镁铝尖晶石等原料在球磨中湿磨至小于５００目的粉粒，球磨后的粉料经压滤及真空炼泥后成为泥块，加入以甲基纤维素或聚乙烯醇为主要成分的塑性粘和剂，经挤出成型的工艺流程，即可生产出钛酸铝－莫来石复相蜂窝陶瓷。主要应用于工业炉高温蓄热燃烧系统、石油催化裂化、汽车尾气催化净化等行业。

Aluminium titanate mullite honeycomb ceramic and preparation method thereof

The invention discloses an aluminum titanate mullite honeycomb ceramics and its preparation method, it is to have a high melting point, low thermal expansion and chemical corrosion resistance, excellent properties of high thermal shock resistance and stability of aluminium titanate mullite composite formed in accordance with the performance requirements of composite materials, and add their own prepared composite plastic modifier and mould designed by mixing, mixing, mixing, extruding, drying, firing at 1450 to 1600 DEG C into honeycomb structure. The preparation method comprises the following steps: clay, alumina, titania, quartz, spinel and other raw materials in wet milling grinding to less than 500 powder, milled powder by filter and vacuum refining mud into mud, with methyl cellulose or polyvinyl plastic adhesive main component the extrusion molding process, and can produce aluminum titanate - mullite ceramic honeycomb. Mainly used in industrial furnace, high temperature regenerative combustion system, oil catalytic cracking, automobile exhaust catalytic purification and other industries.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术所属
为硅酸盐材料、工业陶瓷领域。
技术介绍
20世纪90年代初，日本钢管株式会社(NKK)和日本工业炉株式会社(NFK)联合开发了一种新型蓄热器，称为高效陶瓷蓄热系统HRS(High-cycle Regenerative Combustion System)。NKK进行了多次试验，对测得的数据进行了分析。结果发现，预加热后进入燃烧器的空气温度已接近废气排放温度。数据显示，空气预热温度达1300℃、炉内O2含量为11％时NOx排放量是40kg/m3。HRS的开发，不仅实现了烟气余热极限回收及NOx排放量的大幅度降低，而且这种新型燃烧器还引发产生了一种新的燃烧技术—高温空气燃烧技术HTAC(High Temperature AirCombustion)。高温空气燃烧(HTAC)技术的理论意义在于拓宽了人们对温度和氧气浓度关系的认识范围，并从技术上实现了高温条件下大幅度降低氧气浓度的燃烧过程，解决了高温燃烧与NOx生成的矛盾。该技术的主要特征是1.采用高效蓄热式余热回收装置，通过切换使高温烟气和冷空气交替流经蓄热体并进行换热，从而把原来上千度的排烟温度降低到200℃甚至更低的水平，最大限度地回收了高品质余热；2.冷空气可以被预热到1000℃以上，甚至十分接近燃烧区的温度，造就了一种与传统发光火焰迥然不同的新火焰类型，并获得了优良的均匀温度场分布；3.通过组织低氧浓度条件下的燃烧，进一步大大降低了NOx的生成与排放。蓄热燃烧系统温度效益及热效率的高低，直接取决于蓄热体的性能。蓄热体主要有蜂窝陶瓷、蓄热球和蓄热管三种。蜂窝陶瓷的比表面积是球的5倍以上，传热能力大4-5倍，气流阻力只有球的1/3，透热深度小。所以，蜂窝陶瓷比蓄热球更有利于实现低氧燃烧，使炉温均匀、传热速度、快速出钢，大大降低氧化损和NOx气体的生成，显著提高环保节能效果。采用蜂窝陶瓷的蓄热室体积大大减少，可布置足够量的烧嘴，满足热负荷需要。而蜂窝陶瓷的直气流通道与小球的迷宫式通道相比更不易堵塞，自洁性好，适用于我国燃烧不洁净的特点。目前普遍采用的蓄热体材料是堇青石蜂窝陶瓷，其典型物性如下孔壁密度1.6g/cm3；热膨胀系数1.0×10-6/℃；室温下的热导率9.2×10-3J/(cm.s.℃)；耐压强度12.4MPa(平行于孔道)，1.7MPa(垂直于孔道)。但在实际应用中发现，由于我国燃料的洁净性较差，冶金窑炉废气中大都含有各种杂质，导致在高温使用时，堇青石蜂窝陶瓷会与废气中的部分物质发生反应，从而降低了其使用寿命。为了提高其高温稳定性，又相继研制出了莫来石质、Al2O3、Si3N4、ZrO2等蜂窝陶瓷，大大提高了载体材料的机械强度、使用温度和高温时的化学稳定性，但由于这些材料的热膨胀系数随着强度的提高而增大，在蓄热燃烧要求的温度急剧变化(在空气中急冷温差在800℃以上)的恶劣环境条件下，它们的使用寿命还是受到较大的影响。钛酸铝是目前所知唯一集低膨胀和耐高温于一体的结构材料。具有高溶点、低热膨胀、耐化学腐蚀、高抗热震性等优良品质。通过“复相改性”的工艺方法制得的钛酸铝-莫来石材料是一种新型的复合材料。它具有远优于莫来石材料的高温(1300～1350℃)抗折强度和热震稳定性，适宜于在净化气氛下工作，是一种性能优异、工业用途广泛的耐火材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种钛酸铝-莫来石质蜂窝陶瓷及其制备方法，该钛酸铝-莫来石质蜂窝陶瓷具备高熔点、低热膨胀、耐化学腐蚀、高抗热震性、耐压强度高、吸水率稳定可控等优良性能，具有较高使用寿命。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为一种钛酸铝-莫来石质蜂窝陶瓷，其原料组分的质量百分比粘土，其中氧化铝≥30％ 45～65％氧化铝 25～39％ 钛白粉，其中氧化钛≥98％ 8～18％镁铝尖晶石 1～5％方石英 1～3％所述的钛酸铝-莫来石质蜂窝陶瓷，其特征是，所述的粘土的颗粒度＜5μm。所述的钛酸铝-莫来石质蜂窝陶瓷，其特征是，所述的氧化铝、钛白粉、方石英、镁铝尖晶石的颗粒度＜500目。一种钛酸铝-莫来石质蜂窝陶瓷的制备方法，其特征是包括如下步骤(1)、按如下质量百分比备料粘土，其中氧化铝≥30％ 45～65％氧化铝 25～39％钛白粉，其中氧化钛≥98％ 8～18％镁铝尖晶石 1～5％方石英 1～3％(2)、将上述原料混合加水湿磨，再压滤得到滤泥，练揉滤泥，干燥；(3)、加入亚油酸、油酸、甲基纤维素、聚乙烯醇组成的粘和剂混合；(4)、陈化处理；(5)、练揉滤泥，挤出成型，干燥，在温度1450～1600℃下烧成，即可制得钛酸铝-莫来石质蜂窝陶瓷。所述的练揉滤泥采用真空练揉滤泥。所述的粘和剂中，亚油酸、油酸、甲基纤维素、聚乙烯醇的重量配比为1∶0.5-1.5∶0.5-10∶0.5-10。将粘土、氧化铝、氧化钛、方石英、镁铝尖晶石等原料在球磨中湿磨至小于500目的粉粒，球磨后的粉料经压滤及真空练揉滤泥后成为泥块，加入以甲基纤维素或聚乙烯醇为主要成分的粘和剂，经挤出成型的工艺流程，即可生产出钛酸铝-莫来石复相蜂窝陶瓷。本专利技术利用粘土具有较好的可塑性并配合氧化铝等脊性材料，使制得的蜂窝陶瓷具有强度高、吸水率稳定等优点。同时，利用具备高熔点、低热膨胀、耐化学腐蚀、高抗热震性等优良性能的稳定钛酸铝与莫来石按照性能要求进行复合形成复相材料，实现多孔、薄壁、长孔蜂窝陶瓷制品的成型。本专利技术的有益效果，本专利技术由于采用上述技术方案制成的钛酸铝-莫来石质蜂窝陶瓷具备高熔点、低热膨胀、耐化学腐蚀、高抗热震性、耐压强度高、吸水率稳定可控等优良性能，在燃料洁净度较差的地区使用，具有较高使用寿命。具体实施例方式本专利技术的实施例见表1，本专利技术的制备方法是，配料将粘土、氧化铝、氧化钛、方石英、镁铝尖晶石等原料按如下质量比例组成粘土(氧化铝≥30％)45～65％氧化铝25～39％钛白粉(氧化钛≥98％) 8～18％镁铝尖晶石1～5％方石英1～3％将上述原料按以下步骤进行成型配料→球磨混合→滤泥→真空练揉滤泥→干燥→混练→陈化→挤出→干燥→烧成所述的陈化是放置24-48小时；(其中烧成温度在1450～1600℃)通过以上步骤所得即为钛酸铝-莫来石质蜂窝陶瓷。表1 钛酸铝-莫来石质蜂窝陶瓷质蜂窝陶瓷的物理性能见表2，根据大量的数据分析，在本专利技术设计的范围内，产品的性能指标在一定的可控范围内波动，而且该指标远高于由莫来石、莫来石-堇青石原料制得的产品，而产品的热膨胀系数等关键指标也较为理想。表2 权利要求1.一种钛酸铝-莫来石质蜂窝陶瓷，其原料组分的质量百分比粘土，其中氧化铝≥30％45～65％氧化铝25～39％钛白粉，其中氧化钛≥98％ 8～18％镁铝尖晶石1～5％方石英1～3％。2.如权利要求1所述的钛酸铝-莫来石质蜂窝陶瓷，其特征是，所述的粘土的颗粒度＜5μm。3.如权利要求1所述的钛酸铝-莫来石质蜂窝陶瓷，其特征是，所述的氧化铝、钛白粉、方石英、镁铝尖晶石的颗粒度＜500目。4.一种钛酸铝-莫来石质蜂窝陶瓷的制备方法，其特征是包括如下步骤(1)、按如下质量百分比备料粘土，其中氧化铝≥30％45～65％氧化铝25～39％钛白粉，其中氧化钛≥98％ 8～1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛酸铝－莫来石质蜂窝陶瓷，其原料组分的质量百分比：粘土，其中氧化铝≥３０％４５～６５％氧化铝２５～３９％钛白粉，其中氧化钛≥９８％８～１８％镁铝尖晶石１～５％方石英１～３％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：俞浩，徐欣，周志刚，
申请(专利权)人：安徽宁国市先浩高温材料有限公司，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]