Керамические теплоизоляционные материалы

Керамические теплоизоляционные материалы обладают эффективными эксплуатационными свойствами, такими как легкость и малотеплопроводность, био- и коррозионная стойкость, негигроскопичность и несгораемость.

Для строительной теплоизоляции наиболее широко используются пенодиатомитовые, диатомитовые и трепельные, перлито - и вермикулитокерамические изделия, аглопорит и керамзит. Применяются они в виде плит блоков, кирпича, скорлуп и сегментов, а также в виде шебня и гравия. Так, пенодиатомитовые камни и блоки применяются в виде теплоизоляционных вкладышей при многоэтажном строительстве из кирпича с целью уменьшения толщины стен и обеспечения требуемых теплотехнических качеств.

Плотность материалов находится в пределах 150-800 кг/м3 коэффициент теплопроводности составляет 0,06-0,256 Вт/м²∙°С, прочность при сжатии - 0,1-5,5 МПа. Керамические теплоизоляционные материалы и изделия имеют высокую температуру эксплуатации, следовательно, являются негорючими и пожаробезопасными. Получаемые, в основном, из экологически чистого сырья (диатомитов, трепелов, глин), они являются радиационно безопасными. Как материалы из неорганического сырья они являются биостойкими, а как керамические -низкогигроскопическими и коррозионностойкими к действию агрессивных сред.

По теплозащитным свойствам керамические теплоизоляционные материалы приближаются к легковесным пеностеклу и стеклокерамическому теплоизоляционному материалу.

Керамические теплоизоляционные материалы получают разными способами. Так, теплоизоляционные изделия из диатомитов и трепелов получают способом выгорающих добавок, а также и пеновым способом. При производстве изделий способом выгорающих добавок предварительно подсушенный диатомит (трепел) измельчают и смешивают с органическими дисперсными добавками (чаше всего древесными опилками). Известны следующие керамические теплоизоляционные материалы: пенодиатомитовые изделия, газокерамика, перлитокерамические изделия, перлитовый обжиговый легковес, шамотный огнеупор.

Производство пенодиатомитовых изделий включает четыре основных технологических передела:

1) подготовку сырья;

2) приготовление пенодиатомитовой массы и формование из них изделий;
3) стабилизацию пористой структуры изделий путем сушки;
4) образование пористого керамического черепка обжигом.

Технология изготовления диатомитовых изделий в виде блоков основана на смешении диатомитового шликера с легкими неорганическими добавками. Шликер необходимой плотности готовят путем мокрого помола диатомита в шаровой мельнице. Затем шликер смешивается с добавками в соответствующих пропорциях в барабанном смесителе. Формовочная масса из расходного бункера заливается в формы, установленные в гнезда вибровакуумной установки. После сушки блоки вынимают из форм и обжигают в печах камерного типа. Высококачественный тепло-, звукоизоляционный и конструкционный штучный материал (газокерамику) получают химическим вспучиванием легкоплавких глинистых материалов с последующим обжигом в туннельных печах. Глинистые материалы после предварительного измельчения загружают в пропеллерную мешалку и заливают водой с температурой 60-80 °С в количестве 75-150 % от сухой массы.

Перлитокерамические изделия изготавливают из вспученного перлитового песка и глины в количестве 10-15 % или молотого диатомита в количестве 35-40 %. В растворомешалку с заданным количеством воды при непрерывном перемешивании засыпают молотую глину или диатомит (размер зерен - до 5 мм), затем добавляют вспученный перлитовый песок (размер зерен -до 3 мм) и перемешивают еще 1-2 мин.

Перлитовый обжиговый легковес выпускают на жидком стекле. Для изготовления формовочной смеси перемешивается 85-160 кг перлитового песка с товарным жидким стеклом плотностью 1400 кг/м3 в течение 1 мин для предотвращения разрушения зерен вспученного перлита. После перемешивания получается сыпучая смесь (относительная влажность не превышает 50 %), из которой в виде плит, полуцилиндров, сегментов формуются изделия на прессе под давлением 0,3-0,8 МПа или на конвейерной линии между двумя движущимися лентами. Материал обжигают при температуре 800 °С в туннельных или конвейерных печах.

Огнеупорные волокна

Огнеупорные волокна используют для улучшения свойств плотных керамических изделий; прочность; термическая стойкость, ударная вязкость, сопротивление распространению трещин, а также приготовления высокопористой (до 95%) керамики, обладающей высокими тепло и звукоизоляционными свойствами.

Классификация огнеупорных волокон.

1. от условий использования

а) легкоплавкие – минеральные, стеклянные до 900⁰С

б) высокоогнеупорные – каолинитового состава 900-1500⁰С

в) высшей огнеупорности – на основе чистых оксидов и различных бескислородных соединений >1500⁰С

2. по внешнему виду (длине)

а) непрерывные

б) короткие (штапельные)

3. по степени совершенства кристаллической структуры

а) аморфные (стеклянные)

б) стеклокристаллические

в) кристаллические (нитевидные кристаллы)

Методы получения огнеупорных волокнистых кристаллов

1. минеральных и стеклянных – обычная технология производства минеральной и стеклянной ваты.

2. массовое производство нитевидных кристаллов: осаждение из газовой фазы; чаще всего осаждение продуктов химической как транспортной химической реакции; выращивание из растворов; высаливание насыщенных растворов через пористые материалы и мембраны; разрушение массивных кристаллов; выщелачивание стекловидной фазы.

Однако монокристаллические волокна очень дороги и применяются в весьма ограниченном количестве.

3. Стекло кристаллическое – каолиновое волокно.

а) способ раздувки, Сырье: технический глинозем Al₂O₃ – 50%

кварцевый песок SiO₂ - 50%, обогащенный каолинит

б) способ введения добавки: при формовании волокон выдавливанием через фильеры необходимо поддерживать вязкость в заданных пределах(10-100 Па с). Для придания исходной массе необходимых реологических свойств вводят полимеры (поли этиленоксид). Выдавленное через фильеры с диаметром 100-200 мкм, волокно наматывается с растяжением на вращающийся барабан, скоростью которого задают толщину растягиваемого волокна, одновременно волокна сушат горячим воздухом.

Выдавливаемая масса

Нитевидные.

Тонкодисперсный порошок органическая связь

дозировка

Выдавливание через фильеры

Наматывание на вращающийся барабан

Сушка горячим воздухом

Обжиг в условиях обеспечивающих синтез оксидов, карбидов, нитридов.

Поликристаллические значительно уступают по прочности нитевидным (прочность при растяжении нитевидных 2500 кг/см²), однако они обладают высокой эрозионной стойкостью, высоким модулем упругости, более однородны, их производство лучше подается механизации, дешевле и доступнее.

Недостаток: при нагревании раскристаллизуется. Так каолинитовое волокно > 1260 кристаллизуется, теряя эластичность и прочность. Добавляя Al₂O₃ и 2-5% ZrO₂ тормозят кристаллизацию волокон и усиливают термостойкость до 1450

Каолинитовое волокно – γ = 96 кг/м³, λ=0,03 В/м∙К