本發明屬于隔熱耐火材料技術領域。具體涉及一種鈦鋁酸鈣隔熱耐火材料及其制備方法。
背景技術：
鈦鋁酸鈣是Al2O3-TiO2-CaO三元體系內穩定存在的重要物相，具有熔點高、強度大和導熱系數小等特點，可用于制備低導熱、高強度的隔熱耐火材料。
目前，隔熱耐火材料的制備根據工藝不同，可分為發泡法、燒失法和化學法；根據材質不同可分為莫來石質、橄欖石質和六鋁酸鈣質隔熱耐火材料等。
采用發泡法制備隔熱耐火材料，如“一種莫來石質輕質耐火材料及其制備方法”(CN 201510186484.8)，主要通過發泡劑與耐火原料混合、成型、干燥后燒成，采用發泡法制備隔熱耐火材料，其技術缺陷是發泡劑與泡沫的穩定性難以控制。
采用燒失法制備隔熱耐火材料，其工藝過程簡單，所制備的隔熱耐火材料孔隙均勻、可控，但采用燒失法制備隔熱耐火材料，孔隙尺寸完全取決于可燃物的尺寸，因而一般孔隙尺寸較大，所制備的隔熱耐火材料隔熱性能較差。
采用化學法制備隔熱耐火材料，其化學反應速率較快，進而降低了隔熱耐火材料的強度和成品率。
技術實現要素：
本發明旨在克服現有技術缺陷，目的在于提供一種成本低廉、工藝簡單和成品率高的鈦鋁酸鈣隔熱耐火材料的制備方法，用該方法制備的鈦鋁酸鈣隔熱耐火材料的體積密度低、耐壓強度大和導熱系數小。
為實現上述目的，本發明所采用的制備方法的具體步驟是：
第一步、在30～35℃水浴條件下，將DDBAC發泡劑、聚丙烯酰胺、碳酸氫鈣、鈦酸四丁酯和水置入容器中，超聲分散5～7分鐘，制得發泡液；其中，DDBAC發泡劑∶聚丙烯酰胺∶碳酸氫鈣∶鈦酸四丁酯∶水的質量比為1∶(0.5～1)∶(4～7)∶(3～6)∶(30～40)。
第二步、按所述發泡液∶ρ-氧化鋁微粉∶鈦鐵渣微粉的質量比為(50～60)∶(1～2)∶100，將所述發泡液、ρ-氧化鋁微粉和鈦鐵渣微粉混合，攪拌5～7分鐘，加入模具中成型，制得成型后的坯料。
第三步、將成型后的坯料置于真空冷凍干燥機中，冷凍干燥36～48小時，制得干燥后的成型坯料。
第四步、將干燥后的成型坯料置于馬弗爐中，在1450～1500℃條件下保溫40～60分鐘，隨爐自然冷卻，即得鈦鋁酸鈣隔熱耐火材料。
所述DDBAC發泡劑的十二烷基二甲基芐基氯化銨含量≥95wt％。
所述聚丙烯酰胺為化學純。
所述碳酸氫鈣的Ca(HCO3)2含量≥98wt％。
所述鈦酸四丁酯為化學純。
所述ρ-氧化鋁微粉的粒度為20～50μm；Al2O3含量≥98wt％。
所述鈦鐵渣微粉為冶煉鈦鐵合金所產生的爐渣，鈦鐵渣微粉的粒度為20～50μm；鈦鐵渣微粉的主要化學成分為：Al2O3含量為70～75wt％，TiO2含量為10～15wt％，CaO含量為5～8wt％。
所述真空冷凍干燥機的冷凍干燥溫度為-45～-40℃，真空壓強≤0.05Pa。
由于采用上述技術方案，本發明與現有技術相比具有以下優點：
1、本發明選用鈦鐵渣細粉為主要原料，實現固體廢棄物資源的回收利用，不僅能大幅降低隔熱耐火材料的制備成本和環境友好，且工藝簡單。
2、本發明通過發泡劑的水解-交聯作用，提高了泡沫的穩定性與強度，進而提升了隔熱耐火材料的強度與成品率，降低了隔熱耐火材料的體積密度與導熱系數。
本發明所制備的鈦鋁酸鈣隔熱耐火材料經檢測：成品率為99.0～99.5％；體積密度為0.85～0.90g/cm3；耐壓強度為7～12MPa；導熱系數為0.12～0.17W·m-1·K-1。
因此，本發明具有成本低廉、工藝簡單和成品率高的特點；所制備的鈦鋁酸鈣隔熱耐火材料體積密度低、耐壓強度大和導熱系數小。
具體實施方式
下面結合具體實施方式對本發明作進一步的描述，并非對其保護范圍的限制。
本具體實施方式中：
所述DDBAC發泡劑的十二烷基二甲基芐基氯化銨含量≥95wt％。
所述聚丙烯酰胺為化學純。
所述碳酸氫鈣的Ca(HCO3)2含量≥98wt％。
所述鈦酸四丁酯為化學純。
所述ρ-氧化鋁微粉的粒度為20～50μm；Al2O3含量≥98wt％。
所述鈦鐵渣微粉為冶煉鈦鐵合金所產生的爐渣，鈦鐵渣微粉的粒度為20～50μm；鈦鐵渣微粉的主要化學成分為：Al2O3含量為70～75wt％，TiO2含量為10～15wt％，CaO含量為5～8wt％。
所述真空冷凍干燥機的冷凍干燥溫度為-45～-40℃，真空壓強≤0.05Pa。
實施例中不再贅述。
實施例1
一種鈦鋁酸鈣隔熱耐火材料及其制備方法。本實施例所述制備方法的具體步驟是：
第一步、在30～35℃水浴條件下，將DDBAC發泡劑、聚丙烯酰胺、碳酸氫鈣、鈦酸四丁酯和水置入容器中，超聲分散5～7分鐘，制得發泡液；其中，DDBAC發泡劑∶聚丙烯酰胺∶碳酸氫鈣∶鈦酸四丁酯∶水的質量比為1∶(0.5～0.7)∶(4～6)∶(3～5)∶(30～34)。
第二步、按所述發泡液∶ρ-氧化鋁微粉∶鈦鐵渣微粉的質量比為(50～54)∶(1～1.4)∶100，將所述發泡液、ρ-氧化鋁微粉和鈦鐵渣微粉混合，攪拌5～7分鐘，加入模具中成型，制得成型后的坯料。
第三步、將成型后的坯料置于真空冷凍干燥機中，冷凍干燥36～48小時，制得干燥后的成型坯料。
第四步、將干燥后的成型坯料置于馬弗爐中，在1450～1470℃條件下保溫40～60分鐘，隨爐自然冷卻，即得鈦鋁酸鈣隔熱耐火材料。
本發明所制備的鈦鋁酸鈣隔熱耐火材料經檢測：成品率為99.0～99.2％；體積密度為0.85～0.87g/cm3；耐壓強度為7～9MPa；導熱系數為0.12～0.14W·m-1·K-1。
實施例2
一種鈦鋁酸鈣隔熱耐火材料及其制備方法。本實施例所述制備方法的具體步驟是：
第一步、在30～35℃水浴條件下，將DDBAC發泡劑、聚丙烯酰胺、碳酸氫鈣、鈦酸四丁酯和水置入容器中，超聲分散5～7分鐘，制得發泡液；其中，DDBAC發泡劑∶聚丙烯酰胺∶碳酸氫鈣∶鈦酸四丁酯∶水的質量比為1∶(0.6～0.8)∶(4～6)∶(3～5)∶(32～36)。
第二步、按所述發泡液∶ρ-氧化鋁微粉∶鈦鐵渣微粉的質量比為(52～56)∶(1.2～1.6)∶100，將所述發泡液、ρ-氧化鋁微粉和鈦鐵渣微粉混合，攪拌5～7分鐘，加入模具中成型，制得成型后的坯料。
第三步、將成型后的坯料置于真空冷凍干燥機中，冷凍干燥36～48小時，制得干燥后的成型坯料。
第四步、將干燥后的成型坯料置于馬弗爐中，在1460～1480℃條件下保溫40～60分鐘，隨爐自然冷卻，即得鈦鋁酸鈣隔熱耐火材料。
本發明所制備的鈦鋁酸鈣隔熱耐火材料經檢測：成品率為99.1～99.3％；體積密度為0.86～0.88g/cm3；耐壓強度為8～10MPa；導熱系數為0.13～0.15W·m-1·K-1。
實施例3
一種鈦鋁酸鈣隔熱耐火材料及其制備方法。本實施例所述制備方法的具體步驟是：
第一步、在30～35℃水浴條件下，將DDBAC發泡劑、聚丙烯酰胺、碳酸氫鈣、鈦酸四丁酯和水置入容器中，超聲分散5～7分鐘，制得發泡液；其中，DDBAC發泡劑∶聚丙烯酰胺∶碳酸氫鈣∶鈦酸四丁酯∶水的質量比為1∶(0.7～0.9)∶(5～7)∶(4～6)∶(34～38)。
第二步、按所述發泡液∶ρ-氧化鋁微粉∶鈦鐵渣微粉的質量比為(54～58)∶(1.4～1.8)∶100，將所述發泡液、ρ-氧化鋁微粉和鈦鐵渣微粉混合，攪拌5～7分鐘，加入模具中成型，制得成型后的坯料。
第三步、將成型后的坯料置于真空冷凍干燥機中，冷凍干燥36～48小時，制得干燥后的成型坯料。
第四步、將干燥后的成型坯料置于馬弗爐中，在1470～1490℃條件下保溫40～60分鐘，隨爐自然冷卻，即得鈦鋁酸鈣隔熱耐火材料。
本發明所制備的鈦鋁酸鈣隔熱耐火材料經檢測：成品率為99.2～99.4％；體積密度為0.87～0.89g/cm3；耐壓強度為9～11MPa；導熱系數為0.14～0.16W·m-1·K-1。
實施例4
一種鈦鋁酸鈣隔熱耐火材料及其制備方法。本實施例所述制備方法的具體步驟是：
第一步、在30～35℃水浴條件下，將DDBAC發泡劑、聚丙烯酰胺、碳酸氫鈣、鈦酸四丁酯和水置入容器中，超聲分散5～7分鐘，制得發泡液；其中，DDBAC發泡劑∶聚丙烯酰胺∶碳酸氫鈣∶鈦酸四丁酯∶水的質量比為1∶(0.8～1)∶(5～7)∶(4～6)∶(36～40)。
第二步、按所述發泡液∶ρ-氧化鋁微粉∶鈦鐵渣微粉的質量比為(56～60)∶(1.6～2)∶100，將所述發泡液、ρ-氧化鋁微粉和鈦鐵渣微粉混合，攪拌5～7分鐘，加入模具中成型，制得成型后的坯料。
第三步、將成型后的坯料置于真空冷凍干燥機中，冷凍干燥36～48小時，制得干燥后的成型坯料。
第四步、將干燥后的成型坯料置于馬弗爐中，在1480～1500℃條件下保溫40～60分鐘，隨爐自然冷卻，即得鈦鋁酸鈣隔熱耐火材料。
本發明所制備的鈦鋁酸鈣隔熱耐火材料經檢測：成品率為99.3～99.5％；體積密度為0.88～0.90g/cm3；耐壓強度為10～12MPa；導熱系數為0.15～0.17W·m-1·K-1。
本具體實施方式與現有技術相比具有以下優點：
1、本具體實施方式選用鈦鐵渣細粉為主要原料，實現固體廢棄物資源的回收利用，不僅能大幅降低隔熱耐火材料的制備成本和環境友好，且工藝簡單。
2、本具體實施方式通過發泡劑的水解-交聯作用，提高了泡沫的穩定性與強度，進而提升了隔熱耐火材料的強度與成品率，降低了隔熱耐火材料的體積密度與導熱系數。
本具體實施方式所制備的鈦鋁酸鈣隔熱耐火材料經檢測：成品率為99.0～99.5％；體積密度為0.85～0.90g/cm3；耐壓強度為7～12MPa；導熱系數為0.12～0.17W·m-1·K-1。
因此，本具體實施方式具有成本低廉、工藝簡單和成品率高的特點；所制備的鈦鋁酸鈣隔熱耐火材料體積密度低、耐壓強度大和導熱系數小。