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红外炉与壁炉用轻质耐火材料的制备与性能

作　者: 孙千
导　师: 吴建青；刘艳春
学　校: 华南理工大学
专　业: 材料工程
关键词: 红外炉燃气壁炉轻质耐火复合材料粉煤灰
分类号: TQ175.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近年来，占领欧美市场销售主流的红外炉和燃气壁挂炉开始了中国市场的预热，不但各地生产的企业数量增多，各地的代理商也嗅到了市场的商机，开始尝试销售。本课题立足于炉具市场，涉及两种不同炉具用材料的研究与制备，其中一种用在红外炉中，称为轻质隔热复合材料；另一种用在燃气壁挂炉中，称为轻质耐火材料。本试验采用材料复合的设计思路，制备了一种以无机纤维为基体，无机粉体为填充料，通过复合粘结剂粘结基体的轻质隔热复合材料。新颖之处在于，利用了粉煤灰、硅灰的极低热导率和电绝缘性能来制备产品，产品不需煅烧，能耗少，且成型工艺简单。通过反复试验，确定了陶瓷纤维料浆分散的最大浓度和分散剂适宜添加范围。试验结果表明，纤维料浆最大的分散浓度以0.04g/ml为宜，当分散剂加入量为料浆的0.3%-0.6%时，纤维料浆取得良好的分散性。本试验通过自制模具来成型材料，并通过设计正交试验表L9（34）来确定试验配方。利用扫描电镜（SEM）分析了复合隔热材料的显微结构，并测量了样品的抗热震性能、电阻率，表观密度等性能。试验结果表明，复合隔热材料的抗热震性优异，热冷循环20次不开裂，不变色，不粉化，炉盘底座材料的室温表面电阻达到500MΩ，远大于国家电器用绝缘材料标准2MΩ，表观密度达到0.6g/cm3 ,同时表面具有弹性适合安装电炉丝。以上结果表明该复合隔热材料克服了传统轻质材料难以满足红外炉用的缺点。针对燃气壁炉用耐火材料，在已产业化的产品基础上进行改进。试验配方的设计考虑到产品的成本和性能，工艺可操作性以及客户需求等因素。本试验采用水泥-水玻璃作为外加剂与混合纤维复合的方法来抑制产品在后续加工中出现的“泛碱"现象，同时改善产品的强度。试验结果表明，白霜的主要成分是碳酸钠及其水化产物。在产品中添加5%的水泥和2%的有机硅防水剂，对产品的白霜现象起到有效的抑制作用，且28d抗折强度能达到3.2 MPa，满足客户需求。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-31
  1 课题来源及研究意义  11-13
    1.1 红外炉用轻质隔热材料  11-12
    1.2 燃气壁炉用轻质耐火材料  12-13
  2 文献综述  13-29
    2.1 轻质耐火材料简介  13-16
      2.1.1 概述  13-14
      2.1.2 轻质耐火材料分类  14-15
      2.1.3 轻质耐火材料的特点  15-16
    2.2 国内外轻质耐火材料的发展状况  16-26
      2.2.1 粉状颗粒隔热材料  16-19
      2.2.2 定形保温隔热耐火材料  19-20
      2.2.3 纤维质耐火材料  20-24
      2.2.4 复合隔热耐火材料  24-26
      2.2.5 新型纳米孔硅质绝热材料  26
    2.3 影响材料隔热性能的因素  26-28
      2.3.1 材料的组成与结构  26
      2.3.2 表观密度  26-27
      2.3.3 孔隙大小与特征  27
      2.3.4 湿度  27
      2.3.5 热流方向  27-28
      2.3.6 温度  28
    2.4 轻质耐火隔热材料的发展趋势  28-29
      2.4.1 发展高强度，憎水性隔热材料  28
      2.4.2 发展绿色隔热材料  28
      2.4.3 发展复合型超级隔热材料  28-29
  3 课题主要研究内容和技术关键  29-31
    3.1 红外炉用隔热材料  29
    3.2 红外炉隔热材料—技术关键  29-30
    3.3 燃气壁炉用耐火材料  30
    3.4 燃气壁炉用耐火材料——创新之处  30-31
第二章原料及测试表征方法  31-35
  2.1 原料  31
  2.2 试验仪器  31-32
  2.3 测试与表征方法  32-35
    2.3.1 X 射线衍射（XRD）分析  32
    2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）分析  32-33
    2.3.3 抗折抗压强度测试  33
    2.3.4 差热（DTA）和热重（TG）分析  33
    2.3.5 电阻率的测试  33-35
第三章红外炉用轻质隔热材料制备工艺摸索  35-56
  3.1 原料的选择  35-40
  3.2 试验内容  40-43
    3.2.1 正交试验设计介绍  40
    3.2.2 石膏模具的制作  40-41
    3.2.3 陶瓷纤维的分散  41-43
    3.2.4 试验工艺流程  43
  3.3 隔热材料配方设计  43-49
    3.3.1 因素与水平的确定  43-44
    3.3.2 正交试验表设计  44
    3.3.3 正交试验测试结果  44-48
    3.3.4 改进的正交试验  48-49
  3.4 材料的结构与性能检测  49-55
    3.4.1 显微形貌  49-51
    3.4.2 热重 (TG-DSC)分析  51-52
    3.4.3 热稳定性能分析  52-53
    3.4.4 电阻率的测定  53-55
  3.5 本章小结  55-56
第四章壁炉用轻质耐火材料制备工艺摸索  56-69
  4.1 问题的提出  56
  4.2 产品实物图和试验指标  56-57
    4.2.1 产品实物图  56
    4.2.2 考察指标  56-57
  4.3 方案1—复合水泥粘结  57-61
    4.3.1 试验配方的设计  57-58
    4.3.2 试验工艺过程  58-59
    4.3.3 结果讨论与分析  59-61
  4.4 方案2—水玻璃-水泥复合  61-68
    4.4.1 引言  61-62
    4.4.2 试验配方表和考察指标  62-63
    4.4.3 试验工艺过程  63
    4.4.4 试验结果与分析  63-65
    4.4.5“泛碱”的机理探讨  65-66
    4.4.6 水玻璃与水泥反应机理的探讨  66-68
  4.5 本章小结  68-69
第五章结论  69-70
课题展望  70-71
参考文献  71-76
致谢  76-77
附表  77

红外炉与壁炉用轻质耐火材料的制备与性能

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