具有微核壳结构的镁质隔热耐火材料及其制备方法

本发明属于镁质隔热耐火材料。尤其涉及一种具有微核壳结构的镁质隔热耐火材料及其制备方法。

背景技术：

1、隔热耐火材料作为高温窑炉的保温材料，对高温工业的节能降耗有着重要意义，使隔热耐火材料的发展越来越受到关注。目前应用比较广泛的多为铝硅系隔热耐火材料，但铝硅系隔热耐火材料受到碱性介质侵蚀时，不仅抗侵蚀渗透性较差，且耐高温性弱和高温蠕变严重；镁质隔热耐火材料虽具有耐热性好、使用温度高的特点，但现有镁质隔热耐火材料的孔隙率高，气孔孔径过大，因此对镁质隔热耐火材料的研发受到本领域技术人员的重视。

2、如文献i(康驰等.以硅溶胶浸渍处理核桃壳粉为造孔剂制备镁质隔热材料.耐火材料，2021,55(4):283-286)以高纯镁砂粉、中档镁砂粉、铝酸钙水泥、sio2微粉、油酸钾、硅溶胶和核桃粉等为原料，制备得到镁质隔热耐火材料，但强度较低、气孔孔径较大和抗侵蚀渗透性较差。

3、如“基于二次造孔法的镁质隔热耐火材料及其制备的方法”(cn202010918636.x)专利技术，该技术以镁基轻质骨料、造孔剂和镁砂细粉等为原料，制备得到镁质隔热耐火材料，但该镁质隔热耐火材料气孔孔径较大，易受到侵蚀介质的侵蚀渗透，使其造成损毁。

4、如文献ii(李美葶.发泡法和溶胶-凝胶法制备镁质多孔材料.无机盐工业，2017,49(1):19-21,55)以菱镁矿浮选尾矿、电熔镁砂、发泡剂、稳泡剂、分散剂和添加剂等为原料，制得一种镁质隔热耐火材料，该材料杂质含量较高、气孔孔径较大和抗侵蚀渗透性较差。

技术实现思路

1、本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是在保持隔热效果的基础上，提供一种气孔孔径、强度高和抗侵蚀渗透性能优良的具有微核壳结构的镁质隔热耐火材料及其制备方法。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案步骤是：

3、步骤1、以氧化镁纳米粉、氧化镁微粉和氢氧化镁微粉中的任意一种物质为镁源，或以氧化镁纳米粉、氧化镁微粉和氢氧化镁微粉中的任意两种物质的混合物为镁源，或以氧化镁纳米粉、氧化镁微粉和氢氧化镁微粉三种物质的混合物为镁源。

4、步骤2、以40～94wt％的氢氧化镁细粉和6～60wt％的所述镁源为原料，将所述原料混合，球磨1～3h，得混合料。

5、步骤3、将所述混合料在100～200mpa条件下机压成型，然后将成型后的坯体置于高温炉内，以1～3℃/min的速率升温至300～400℃，保温1～4h，再以3～5℃/min的速率升温至1600～1800℃，保温3～8h，随炉冷却，制得具有微核壳结构的镁质隔热耐火材料。

6、所述具有微核壳结构的镁质隔热耐火材料是以含纳米孔的多微孔氧化镁微颗粒为核、以致密的氧化镁层为壳的微核壳结构。所述多微孔氧化镁微颗粒的粒径为30～50μm，所述氧化镁层的厚度为2～5μm。

7、所述氧化镁纳米粉的粒径＜50nm；所述氧化镁纳米粉的mgo含量＞99wt％。

8、所述氧化镁微粉的粒径＜3μm；所述氧化镁微粉的mgo含量＞99wt％。

9、所述氢氧化镁微粉的粒径＜5μm；所述氢氧化镁微粉的mgo含量为66～67wt％。

10、所述氢氧化镁细粉的粒径＜100μm；氢氧化镁细粉的mgo含量为66～67wt％。

11、所述球磨是：以刚玉球为球磨介质，所述刚玉球∶原料的质量比为2～3∶1。

12、由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：

13、本发明利用氢氧化镁的原位分解形成含纳米孔的多微孔氧化镁微颗粒为核，通过引入特殊粒径的氧化镁和氢氧化镁形成连续致密氧化镁层为壳，获得具有微核壳结构的镁质隔热耐火材料(以下简称“隔热耐火材料”)，所述多微孔氧化镁微颗粒的粒径为30～50μm，所述氧化镁层的厚度为2～5μm；所制得的隔热耐火材料导热系数低、高温微观结构稳定和强度高。

14、本发明制备的所述隔热耐火材料具有致密氧化镁桥接多微孔氧化镁微颗粒的微核壳结构，提高了隔热耐火材料的强度，同时隔热耐火材料纯度高，杂质含量少，高温下液相量较少，高温微观结构稳定，高温服役性能优异，有效地解决了现有镁质隔热耐火材料强度低的问题。

15、本发明制备的隔热耐火材料具有纳米级气孔，一方面降低了气体分子的运动空间，减少了对流传热；另一方面，在相同气孔率条件下，气孔孔径越小，气孔的截面积越大，能有效降低隔热耐火材料的导热系数。同时纳米级气孔和致密氧化镁壳能有效抵抗侵蚀介质的侵蚀渗透，提高隔热耐火材料抗侵蚀渗透能力。

16、本发明通过对原料配比、原料粒度和成型压强的创新性设计，制备了以氢氧化镁微颗粒为骨架、粒径差异较大的微纳粉填充在氢氧化镁微颗粒间的结构；通过调整烧成制度，控制氢氧化镁分解后形成的多微孔氧化镁微颗粒内部气孔尺寸和微颗粒的颗粒尺寸。在高温下氧化镁微纳粉晶粒合并长大形成连续致密氧化镁壳，通过调整微纳粉比例控制连续致密氧化镁壳的厚度，使其形成的交叉网状结构将多微孔氧化镁微颗粒通过颈部桥接在一起，制得具有连续致密氧化镁壳紧密包裹多微孔氧化镁核微核壳结构的隔热耐火材料，降低了隔热耐火材料的导热系数、提高强度和抗侵蚀渗透性。

17、本发明制备的具有微核壳结构的镁质隔热耐火材料经检测：显气孔率为22.6～40％；体积密度为2.10～2.77g/cm3；耐压强度为30～100mpa；平均孔径为500～900nm。

18、因此，本发明在保持隔热效果的基础上，所制备的具有微核壳结构的镁质隔热耐火材料具有强度高和抗侵蚀渗透性能优良的特点。

技术特征：

1.具有微核壳结构的镁质隔热耐火材料的制备方法，其特征在于所述制备方法的步骤是：

2.根据权利要求1所述的具有微核壳结构的镁质隔热耐火材料的制备方法，其特征在于所述氧化镁纳米粉的粒径＜50nm；所述氧化镁纳米粉的mgo含量＞99wt％。

3.根据权利要求1所述的具有微核壳结构的镁质隔热耐火材料的制备方法，其特征在于所述氧化镁微粉的粒径＜3μm；所述氧化镁微粉的mgo含量＞99wt％。

4.根据权利要求1所述的具有微核壳结构的镁质隔热耐火材料的制备方法，其特征在于所述氢氧化镁微粉的粒径＜5μm；所述氢氧化镁微粉的mgo含量为66～67wt％。

5.根据权利要求1所述的具有微核壳结构的镁质隔热耐火材料的制备方法，其特征在于所述氢氧化镁细粉的粒径＜100μm；氢氧化镁细粉的mgo含量为66～67wt％。

6.根据权利要求1所述的具有微核壳结构的镁质隔热耐火材料的制备方法，其特征在于所述球磨是：以刚玉球为球磨介质，所述刚玉球∶原料的质量比为2～3∶1。

7.一种具有微核壳结构的镁质隔热耐火材料，其特征在于所述具有微核壳结构的镁质隔热耐火材料是根据权利要求1～6项中任一项所述的具有微核壳结构的镁质隔热耐火材料的制备方法所制备的具有微核壳结构的镁质隔热耐火材料。

8.根据权利要求7所述具有微核壳结构的镁质隔热耐火材料，其特征在于所述具有微核壳结构的镁质隔热耐火材料是以含纳米孔的多微孔氧化镁微颗粒为核、以致密的氧化镁层为壳的微核壳结构；

技术总结本发明涉及一种具有微核壳结构的镁质隔热耐火材料及其制备方法。其技术方案是：先以氧化镁纳米粉、氧化镁微粉和氢氧化镁微粉中的任意一种为镁源，或以氧化镁纳米粉、氧化镁微粉和氢氧化镁微粉中的任意两种的混合粉为镁源，或以氧化镁纳米粉、氧化镁微粉和氢氧化镁微粉三种的混合粉为镁源。再将40～94wt％的所述氢氧化镁细粉和6～60wt％镁源混合均匀，机压成型；然后先后以1～3℃/min和3～5℃/min的速率，升温至300～400℃保温1～4h和升温至1600～1800℃保温3～8h，随炉冷却，制得具有微核壳结构的镁质隔热耐火材料。本发明所制制品以含纳米孔的多微孔氧化镁微颗粒为核、以致密的氧化镁层为壳的微核壳结构，具有强度高和抗侵蚀性能优良的特点。技术研发人员：鄢文,张哲恒,韩铮,李远兵,李亚伟受保护的技术使用者：武汉科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5