一种耐高温耐冲击吸热保温复合陶瓷砖及其制备方法和应用与流程

本发明涉及一种耐高温耐冲击吸热保温复合陶瓷砖及其制备方法和应用。

背景技术：

1、高温炉，也称为马弗炉，是一种常用的加热设备，主要应用于冶金、热处理、材料科学、化学工程等领域。在工业应用中，高温炉用于合金钢制品、金属机件的热处理，如正火、淬火、退火等；此外，其也用于金刚石等切割刀片的高温烧结等，应用领域非常广泛。

2、高温炉的内部温度可达到2000℃以上，因此，其内胆材料需要具备耐高温、耐腐蚀、耐化学侵蚀等特性，以确保在高温环境下的稳定性和使用寿命。现有的高温炉内胆材料包括高温纤维材料、不锈钢材料、难熔金属材料以及陶瓷材料等。其中，陶瓷材料因其具有良好的耐高温和耐腐蚀性能，在高温炉的内胆材料中受到广泛关注。然而，由于陶瓷材料脆性较高，在操作过程中容易损坏，这成为其在高温炉的内胆材料应用中最大障碍之一。

3、此外，现有的高温炉存在的一个共同的缺陷，即在使用时，需要较长的时间才能达到设定温度，并且在使用过程中其保温效果较差，有较多的热泄露，导致耗能较大。例如，采用辐射加热方式升温的焚烧炉，据实践统计发现，在设定温度为1600℃情况下，达到所设温度约需2.6～2.8h；设定温度为1800℃情况下，达到所设温度约需2.8～3.5h。

4、根据普朗克辐射定律，黑色物体能够吸收更多的热量，在光辐射下黑色物体会更热或热的更快，可提高能量转换效率及聚热效果。然而，现有的高温炉用陶瓷砖大多为白色，无法聚热。这是因为现有的陶瓷色料所能耐受的温度较低，约在1200～1300℃。例如，中国专利文献cn112143256a公布的一种陶瓷耐高温黑色色料、制备工艺及使用其的陶瓷砖，提供一种陶瓷耐高温黑色色料，其组分包括：氧化铁40～45%、氧化铬52～56%、氧化钴3～5%和复合矿化剂1～2%，，可以提高陶瓷耐高温黑色色料的发色效果，耐受的烧结温度为1220～1260℃。这显然不能达到高温炉内温度使用要求。

5、因此，如何让高温炉内的温度快速达到预设温度，及在运行过程中具有更好的保温性能，是亟待解决的问题，其对实现节能环保的目标也具有非常重要的意义。

技术实现思路

1、针对上述的现有高温炉陶瓷内胆脆性高，易破损；炉内温度达到设定温度时间长，运行过程中保温效果差，现有陶瓷砖不聚热不适应高温炉的使用等问题，本发明提供一种耐高温耐冲击吸热保温陶瓷复合砖及其制备方法和应用，对陶瓷组分进行改进耐受高温同时提高保温性能，同时优选黑色颜料制备吸热层，二者复合制备成耐高温的陶瓷砖，以适用高温炉内使用，达到耐高温、耐冲击、且吸热快速升温、保温的效果。具体技术方案如下：

2、首先，本发明提供一种耐高温耐冲击吸热保温陶瓷复合砖，包括保温层和吸热层；所述保温层主要组分为真空纳米隔热陶瓷颗粒和含有钨、钴、钼或钒元素中的一种或多种的合金金属颗粒；所述吸热层主要组分为3n级及以上的高纯氧化铝和黑色颜料；所述保温层和吸热层的组分分段填充于同一个模具中后，进行压制，使二者复合形成所述耐高温耐冲击吸热保温陶瓷复合砖。

3、前述的耐高温耐冲击吸热保温陶瓷复合砖，所述真空纳米隔热陶瓷颗粒为碳化硅、刚玉、氧化铝或氧化锆中的一种或多种制备而成。

4、优选的，前述的耐高温耐冲击吸热保温陶瓷复合砖，所述合金金属颗粒用量为真空纳米隔热陶瓷颗粒重量的2～15%。

5、前述的耐高温耐冲击吸热保温陶瓷复合砖，所述黑色颜料为锰铁黑、铜铬黑、钴黑、氧化铁黑、石墨中的一种或多种；其用量为高纯氧化铝重量的1.5～3.5%。

6、优选的，前述的耐高温耐冲击吸热保温陶瓷复合砖，所述黑色颜料为锰铁黑与石墨中的混合物，其二者的混合重量比为2:1；所述黑色颜料用量为高纯氧化铝重量的2%。

7、前述的耐高温耐冲击吸热保温陶瓷复合砖，所述保温层和吸热层通过陶瓷结合剂结合，其使用量分别占保温层和吸热层主要组分重量的10%；所述保温层与吸热层的厚度比为1～3:1。

8、其次，本发明提供一种前述的耐高温耐冲击吸热保温陶瓷复合砖的制备方法，包括以下步骤：

9、1）制备保温层物料

10、将真空纳米隔热陶瓷颗粒与含有钨、钴、钼或钒元素中的一种或多种的合金金属颗粒混合均匀，并加入陶瓷结合剂，混合均匀，作为保温层物料，备用；

11、2）制备吸热层物料

12、先将3n级及以上的高纯氧化铝和黑色颜料混合均匀，再加入陶瓷结合剂，混合均匀，作为吸热层物料，备用；

13、3）压坯

14、将保温层物料先加入预制的复合砖模具中，然后加入吸热层物料，然后进行压制，形成陶瓷复合砖坯；

15、4）烧结

16、将压制的陶瓷复合砖坯静置，进行固结，脱模后获得耐高温耐冲击吸热保温陶瓷复合砖。

17、前述的耐高温耐冲击吸热保温陶瓷复合砖的制备方法，步骤3）中所述压坯的压力为每平方厘米大于1吨。

18、前述的耐高温耐冲击吸热保温陶瓷复合砖的制备方法，步骤4）中所述静置的时间为48h以上。

19、另外，本发明提供一种前述的耐高温耐冲击吸热保温陶瓷复合砖的应用，用于制作高温炉的內胆材料，且使用时其保温层朝向炉壁，吸热层朝向炉腔。

20、本发明的有益效果是：

21、1）本发明陶瓷复合砖设有保温层和吸热层，其中保温层为真空纳米隔热陶瓷颗粒和含有钨、钴、钼或钒元素中的一种或多种的合金金属颗粒制备而成，其不仅具有优良的保温性能，而且具有良好的韧性和耐冲击性能，大大改善陶瓷材料脆性较高，解决在操作过程中容易损坏的问题，大大提高高温炉的使用寿命和保温效果，避免热泄露，具有良好的节能环保效果。

22、2）本发明陶瓷复合砖含有的吸热层为3n级及以上的高纯氧化铝和黑色颜料复合而成，用时吸热层朝向炉腔，能够快速吸热，加速能量转换效率，达到聚热效果，使炉内温度迅速达到设定温度。经试验，在设定温度为1600℃情况下，达到所设温度约需1～2h；设定温度为1800℃情况下，达到所设温度约需1.5～2.5h，升温速度提升30%以上，保温效果提升近2倍。

23、3）本发明吸热层的黑色颜料为锰铁黑、铜铬黑、钴黑、氧化铁黑、石墨中的一种或多种，这不仅使其可以耐受高温炉的高温，而且其与高纯氧化铝混合，也提升了吸热层的韧性，提升高温炉的使用性能和使用寿命；并且将其用量控制为高纯氧化铝重量的1.5～3.5%，使的该陶瓷复合砖具有良好的吸热聚热效果同时，避免影响其在高温下的机械性能。

技术特征：

1.一种耐高温耐冲击吸热保温陶瓷复合砖，其特征在于：包括保温层和吸热层；

2.根据权利要求1所述的耐高温耐冲击吸热保温陶瓷复合砖，其特征在于：所述真空纳米隔热陶瓷颗粒为碳化硅、刚玉、氧化铝或氧化锆中的一种或多种制备而成。

3.根据权利要求2所述的耐高温耐冲击吸热保温陶瓷复合砖，其特征在于：所述合金金属颗粒用量为真空纳米隔热陶瓷颗粒重量的2～15%。

4.根据权利要求1所述的耐高温耐冲击吸热保温陶瓷复合砖，其特征在于：所述黑色颜料为锰铁黑、铜铬黑、钴黑、氧化铁黑、石墨中的一种或多种；其用量为高纯氧化铝重量的1.5～3.5%。

5.根据权利要求4所述的耐高温耐冲击吸热保温陶瓷复合砖，其特征在于：所述黑色颜料为锰铁黑与石墨中的混合物，其二者的混合重量比为2:1；所述黑色颜料用量为高纯氧化铝重量的2%。

6.根据权利要求1所述的耐高温耐冲击吸热保温陶瓷复合砖，其特征在于：所述保温层和吸热层通过陶瓷结合剂结合，其使用量分别占保温层和吸热层主要组分重量的10%；所述保温层与吸热层的厚度比为1～3:1。

7.一种权利要求1-6任一项所述的耐高温耐冲击吸热保温陶瓷复合砖的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的耐高温耐冲击吸热保温陶瓷复合砖的制备方法，其特征在于：步骤3）中所述压坯的压力为每平方厘米大于1吨。

9.根据权利要求7所述的耐高温耐冲击吸热保温陶瓷复合砖的制备方法，其特征在于：步骤4）中所述静置的时间为48h以上。

10.一种权利要求1-6任一项所述的耐高温耐冲击吸热保温陶瓷复合砖的应用，其特征在于：用于制作高温炉的內胆材料，且使用时，其保温层朝向炉壁，吸热层朝向炉腔。

技术总结本发明公开一种耐高温耐冲击吸热保温复合陶瓷砖及其制备方法和应用，该陶瓷复合砖，包括保温层和吸热层；所述保温层主要组分为真空纳米隔热陶瓷颗粒和含有钨、钴、钼或钒元素中的一种或多种的合金金属颗粒；所述吸热层主要组分为3N级及以上的高纯氧化铝和黑色颜料；所述保温层和吸热层的组分分段填充于同一个模具中后，进行压制复合而成。其中，保温层不仅具有优良的保温性能，而且具有良好的韧性和耐冲击性能；其吸热层能够快速吸热聚热效果，使炉内温度升温速度提升30%以上，迅速达到设定温度，并将保温性能提升2倍以上，具有良好的实用价值及重要的节能环保社会价值。技术研发人员：石明才,石城吉受保护的技术使用者：亿石新材料江苏有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11