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2、蜂窝陶瓷蓄热体材料的选配
目前普遍采用的蓄热体材料是堇青石蜂窝陶瓷,其典型物性为:孔壁密度1.6g.cm-3,热膨胀系数1.0X10-6℃-1,室温下的热导率9.2×10-3W.(m.K)-1,耐压强度124MPa(平行于孔道)、1.7MPa(垂直于孔道);后续又开发了钛酸铝、锂辉石、氧化铝、碳化硅、莫来石等的蜂窝陶瓷产品。常见的蜂窝陶瓷材料的物理性能见表2,化学与力学性能见表3。
3、高性能蜂窝陶瓷蓄热体
在实际应用中发现,由于我国燃料的洁净性较差,大部分冶金窑炉废气中含有各种杂质,导致在高温使用时,堇青石蜂窝陶瓷会与废气中的部分物质发生反应,从而降低其使用寿命。为了提高其高温稳定性,相继研制的莫来石质、氧化铝质、氮化硅质、氧化锆质等蜂窝陶瓷大大提高了载体材料的机械强度、使用温度和高温时的化学稳定性,但是,由于这些材料的热膨胀系数随强度的提高而增大,在蓄热燃烧要求的温度急剧变化(在空气中急冷温差在800C以上)的恶劣环境条件下,其使用寿命还是受到较大的影响。
近年来,开发高性能的蜂窝陶瓷蓄热体是提高蓄热换热技术、节能减排的一个热点。虽然在蜂窝式蓄热体材质和配方上加大了研制力度,但在结构和制造工艺上改变不大,蜂窝体的使用寿命还是不太理想。
张克铭等在制造工艺上,把模压和挤出两种成型法合为一体,即模挤压方法。这消除了蜂窝式蓄热体在成型时坯料频繁流变现象,使已经困好的坯料在模具内靠胀压法自然成型,这种方法可制出任意孔径和任意壁厚的蜂窝体。在配料上,选用耐火度高、膨胀性能好的原料,如红柱石材料,其耐火度为1780℃(而传统所用堇青石的耐火度1380℃),在高温下产生不可逆的微膨胀,使制品中产生不规则的显微裂纹,当制品受压时有利于消耗和释放应力,起到陶瓷增韧的作用。实验证明,红柱石蜂窝蓄热体具有高抗热震性和高蓄热量。
文献公布了一种通过“复相改性”的工艺方法制得的钛酸铝-莫来石蜂窝陶瓷材料,其高温(1300?1350℃下)抗折强度和抗热震性远优于莫来石材料的,适宜在净化气氛下工作。