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多孔硅藻土—隔热材料选择方案

多孔硅藻土—隔热板材料选择方案

   

    隔热陶瓷是指能够阻碍热传导、减少热交换作用的陶瓷材料。隔热陶瓷也被许多人称为绝热陶瓷,然而现实中不存在能够将热交换完全杜绝的材料,因此,笔者认为用“隔热”取代“绝热”比较合理。作为隔热材料的导热系数一般至少应小于1W/mK,许多优质隔热材料的导热系数都远小于0.1W/mK。致密陶瓷材料在室温附近的本征导热系数绝大多数都大于1W/mK,因此这类材料不可能成为隔热材料。当陶瓷体内含有大量小空隙,可以把通过固相传递的热流量降低到极小,从而使整个陶瓷/空气复合体的导热系数变得很小。因此,大多数隔热陶瓷是由陶瓷和空气组成的二相复合体,即多孔陶瓷。用于高温环境温度、防止热量向环境中发散损失的隔热材料通常称为保温材料,而用于低温环境温度、防止、防止环境中热量流入设备中引起该设备内部温度上升的的隔热材料则称为保冷材料。多数陶瓷材料具有耐高温的特性,因此大多数隔热陶瓷材料被用作保温材料。多数保冷材料由制造方便、价格相对低廉的有机泡沫材料制成。下表为我国出产的几种硅藻土化学成分和物理性能。


硅藻土隔热材料的化学成分和物理性能


    制造多孔隔热材料的天然多孔原料主要有硅藻土、膨胀珍珠岩和膨胀蛭石等。


    硅藻土是由古代硅藻遗体构成的硅质沉积岩,显微镜观察显示硅藻土内含有大量数十微米的硅质藻壳,每个藻壳中具有许多极细微的空隙,因此这种材料具有很低的导热系数。硅藻土的主要成分是蛋白石(非晶质含水硅酸),其次是粘土矿物、石英、长石和有机质。硅藻土中二氧化硅通常占60%以上。优质硅藻土中二氧化硅可达94%。


    硅藻土受热到50度以上其内部含水硅酸中的水分开始挥发,到500度以上水分挥发完,在由无定型氧化物组成的硅藻壳内留下无数细小空隙,在1000度以上非晶氧化硅开始向方石英转变,并有明显收缩。硅藻土硅藻土开始发生烧结的温度取决于纯度,纯的硅藻土到1300度以上才开始烧结,而含有较多杂质的硅藻土在800度就开始烧结。

硅藻土隔热材料制造工艺

    由于硅藻土制品的耐热特性和烧结温度在很大程度上取决于所用硅藻土的纯度和杂质的成分及含量,制造硅藻土隔热板所用的硅藻土原料要求其中二氧化硅含量高于70%。硅藻土隔热板可用塑法成形,整个制造工艺如上图所示。如果硅藻土内含有一定数量的粘土,则硅藻土细粉加水混合均匀后即具有可塑性,所成形的素肧也具有足够强度,不用另加结合剂。如用较纯的硅藻土,则需要另外加入粘土做结合剂。素肧经过干燥后在900~1100度下烧成。烧成温度随硅藻土内杂质的种类和数量而异。对于较纯的硅藻土可加入适量CaO作为作为烧结助剂和矿化剂,以降低烧结温度,并使二氧化硅转化成鳞石英,以便提高砖的耐热性能和烧重收缩。一般硅藻土砖的烧成温度如果超过1100度,会使其中的二氧化硅转化成方石英,这种砖在使用再被加热到230度时会发生相转变,伴随2.8%的体积膨胀,容易造成隔热板结构破坏。鳞石英在150~300度温度区间发生的晶型转化仅产生0.2%的体积变化,因此将硅藻土内的二氧化硅转化成鳞石英能提高板材的体积稳定性。但是如果硅藻土内含有较多的铝铁等杂志,烧成是产生的液相能促进方石英生成,而不能形成鳞石英。


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