高温窑炉修补耐高温无机粘合剂配方技术工艺_轻工金工

耐高温无机粘合剂耐高温性能优异、收缩率小、硬度高，耐磨系数高，抗老化性好，是很有发展前途的一类特种粘合剂。适用于300℃-1800℃高温条件下粘结，尤其适用于高温炉窑砌筑或修补。如陶瓷等的粘接，各种高温炉窑、热处理炉砌筑和修补，炉窑轮修的喷补料，及粘贴硅酸铝耐火纤维等。

一、耐高温无机复合粘结剂配方生产技术

要求较长时间处于高温条件（例如 400-1400 °C )下的材料具有优良的强度和寿命，在其表面涂覆防护涂层是较简单易行的方法，例如，要进行热轧工序的各种金属基体，所涂覆的防护涂层必须是耐高温涂层，而为实现涂层与材料表面的有效结合，均需要在涂层原料中添加粘结剂；很多耐高温材料，例如高温窑炉填补料、耐火材料等，其材料中耐高温粘结剂的使用也是必不可少的。

粘结剂的耐高温性能是影响涂层防护效果及耐高温材料强度的重要因素之一。ϋ前使用的这类粘结剂一般分为有机粘结剂和无机粘结剂。有机粘结剂对受热温度的耐受能力有限，不能耐受高达1400°C的温度。目前常用的无机粘结剂包括有水玻璃和鱗酸二氢铝。水玻璃中的钠或钾在高温下对基体有很强的腐蚀作用，并且在900°C以上开始严重分解，会逐步失去粘结作用；常用的磷酸二氢铝或以磷酸二氢铝为主要成分的无机粘结剂则酸性太强，会与涂层或材料中其它组分反应剧烈，产生沉淀，粘结性能下降，例如导致不易于在材料基体表面的均匀涂覆，并且涂层在高温下容易开裂，尤其是温度达到1200°C更开始出现较强的分解。

提高耐高温涂层的防护性能和耐高温材料的粘结强度，可利于降低热轧金属工件在加热炉工序产生的氧化烧损率和提高金属工件表面质量稳定性，也利于提高高温窑炉填补料或耐火材料的强度，延长其使用寿命。为解决粘结剂在高温下的稳定性问题，目前较多的做法是添加一些耐高温助剂，例如加入碳化硅类特种材料，而导致粘结剂的成本增加，应用范围受到限制。

本技术用于高温环境中的无机复合粘结剂，通过对成分及配比的筛选和确定，得到的粘结剂能在高达1700 °C的高温下仍可保持良好的粘结性能。

该粘结剂可用于高温窑炉填补料（修补料）中，粘结剂与填补料组分如刚玉、石英、铝矾土、耐火粘土、以及碳、碳化物等耐火骨料均有良好的润湿性和胶合性能，可与骨料配制成整体构筑材料和修补用材料、砌筑材料及接缝材料等不定形耐火浆料。配制的耐火浆料同样可以实现高温环境的直接喷涂修补，填补料在高温下也能具有良好的强度，测定结果在1300°C下的平均抗压强度在90兆帕左右，抗折强度在8兆帕左右，修补料与基体耐火材料有很好的结合性能，热膨胀系数相当，改善了涂层的防护性能，利于提高炉体寿命，节约了修复工期和能量，也可延长窑炉寿命；该粘结剂还可适用于各种耐高温材料中，例如作为耐火材料或阻燃材料的粘结剂，提高耐火材料在高温环境下的强度。

技术特点：

1、本技术的粘结剂是一种利用无机材料制成的耐高温无机复合粘结剂，应用温度范围广，可以在 1700°C高温环境中保持其粘结性能；

2、本技术耐高温无机复合粘结剂可替代目前使用的粘结剂添加于耐高温涂料中，涂料可直接在400-1000°C的高温基体表面应用（例如喷涂）形成防护涂层，水分挥发的同时粘结剂组分会瞬间粘附在基体表面而利于耐高温涂层在基体表面的形成和附着，形成的耐高温涂层均匀致密、抗热震性能好，利于在高温条件下对基体形进行保护，防护效果显著；

3、本技术耐高温无机复合粘结剂应用范围广，既可应用于金属基体的防护涂层，也可用于高温耐火材料和高温窑炉修补料中。

二、高熵磷酸盐高温粘结剂配方生产技术

近年来，随着科学技术的进步，粘结技术作为一种连接不同物质的方法，被越来越广泛的应用。在耐高温领域，粘结剂也发挥了其应有的作用。耐高温粘结剂由于其在耐温性能方面的独特优势，目前已广泛应用于多种高科技领域，特别是航空、航天、汽车及锅炉等领域，耐高温粘结剂发挥着不可替代的重要作用。

目前，应用于中低温领域的粘结剂已经有大量报道，广泛应用于蒸汽管道、发动机外壳及排气管领域，均具有良好的耐温防腐蚀效果。而应用于高温领域如各种高温窑炉、烧结炉、高温冶炼、航天航空等方面的高温腐蚀防护的粘结剂的性能均较为单一，难以应付环境复杂恶劣的高温设备与部件的腐蚀防护。

市场上现有的各种水溶性磷酸盐的性能会随着金属阳离子的不同而发生很大改变，如磷酸二氢钙的耐水性较好，但在附着及溶解度方面较差；而磷酸二氢铝、磷酸二氢镁在强度及附着方面较好，但耐水性能稍差。如上所述，各种单金属元素水溶性磷酸盐粘结剂均存在着明显的优点和缺点，在实际的应用中，不能够同时满足耐水、粘结强度以及附着、防腐等性能要求。而此技术由高熵磷酸盐MXHYPO4组成，通过将各种金属离子进行复配，并调整其用量，旨在解决现的粘结剂性能均较为单一，耐高温性能较差，在高温环境下粘结、附着以及腐蚀防护性能不足的问题。

因此，开发能够作为涂料成膜物质并且能够耐受1500℃以上温度、各方面性能均较优异的粘结剂具有重要的实际意义及广阔的市场前景。

本技术高熵磷酸盐高温粘结剂，通过嫁接各种金属离子及对其用量的调整，旨在解决现有的粘结剂性能均较为单一，耐高温性能较差，在高温环境下粘结、附着以及腐蚀防护性能不足的问题。

高温粘结剂的应用领域包括陶瓷材料、高温涂料、超高温胶粘剂、高温窑炉修补料、陶瓷涂层、阻燃涂层、隔热反射热涂层、耐火材料。

本技术高温粘结剂，自然冷却后为蓝色、无色透明或半透明状液体。本技术所述高温粘结剂的制备方法，可控性好，操作简单，生产成本低，易于工业化生产，便于推广应用。

三、耐高温复合无机粘结剂配方生产技术

耐高温复合无机粘结剂可以应用于包括耐高温涂料、陶瓷涂层、陶瓷材料、高温窑炉修补料、定形或不定形耐火材料、阻燃涂层、耐高温胶黏剂等领域。

20世纪50年代以来，随着工业对于高温环境下作业的材料、结构等的要求越来越高，人们开发了各种各样的高温防护涂层，从传统意义上的单层涂层到多层复合梯度涂层，涂层材料由单纯的金属材料到现在的陶瓷涂层及金属材料和陶瓷材料的复合型涂层，并赋予涂层材料防腐蚀、抗氧化保护以及某些特殊功能等。

金属材料的耐热防护由上世纪50年代的700℃～750℃到今天的接近2000℃，涂层材料由单纯的铝化物涂层发展到现在的陶瓷热障涂层技术，施工方法也从简单的浸渍铝、加热渗铝技术到今天的低压等离子喷涂，物理或化学气相沉积等方法。尽管这些材料及工艺制备得到的涂层耐高温、抗氧化、防腐蚀性能都很优越，但是其原材料及施工设备成本高昂，大面积施工困难，对于大规模的工业化应用仍然不具有实际意义。

无机非金属材料的使用温度一般不低于1400℃。目前各种使用无机非金属材料的锅炉、窑炉等鲜有使用涂层对无机材料进行防护的，这不仅会造成无机材料的腐蚀影响窑炉的使用寿命，也不利于窑炉、锅炉的节能降耗，而且增加了生产成本，甚至不能够生产出合格的产品。

基于上述原因，能够通过传统的空气喷涂，在较低温度甚至是常温下成膜且能够耐受高温的粘结剂成为高温防护领域发展的瓶颈问题，这也引起了广大研究人员的兴趣。目前，能够初步满足以上条件的粘结剂主要有硅酸盐、磷酸盐和溶胶等几大类。碱金属硅酸盐为硅酸盐类粘结剂的典型代表，其具有低温甚至常温成膜、成本低廉、环保无污染等优点，其缺点是易老化、脆性大、易吸水、耐酸性较差、涂层致密性较差、固化收缩率大等，当然其不够高的耐温性（<1000℃）也限制了其在高温领域的应用。

磷酸盐类粘结剂中最常用的为磷酸二氢铝。磷酸二氢铝粘结剂具有耐高温（～1600℃）、耐烧蚀、可塑性较强、固化收缩率小、耐热冲击性较强，并且具有高温瓷化性及类似于耐火材料的耐火性。磷酸二氢铝粘结剂在随着温度升高到1300℃～1600℃之间时以方石英型磷酸铝的形式存在，该晶型为磷酸铝盐的最稳定形态且具有最高的耐火度（1600℃），在温度高于1600℃时磷酸铝粘结剂就会熔化，甚至脱落，失去保护作用。

常用的溶胶类粘结剂有硅溶胶、铝溶胶、钛溶胶、锆溶胶等。它们作为成膜物质时，得到的涂膜具有耐酸碱、耐高温、耐磨损等优越的性能，但是由于其本身性质所限，单独的溶胶类粘结剂很难成膜，需要与其他成膜物质配合使用。其中钛溶胶由于其干燥固化后形成的二氧化钛的熔点较低，使得其在超过1600℃的高温防护涂层材料中较少使用。硅溶胶、铝溶胶、锆溶胶干燥固化后分别形成二氧化硅、三氧化二铝和二氧化锆，这些物质均具有较高的熔点，尤其是二氧化锆，其熔点2680℃，耐火度为2200℃，二氧化锆在成膜后，涂层的耐热性极高。

基于单一粘结剂存在难以回避的技术缺陷，国内外开始研发具有综合优势的复合粘结剂，期望得到具有耐高温且易成膜的粘结剂。

本技术耐高温复合无机粘结剂，该粘结剂不仅具有优良的耐高温性能（能够长时间耐受2000℃高温），并且在该温度范围内具有良好的粘结附着和腐蚀防护性能，可应用于300℃～2000℃温度范围内的耐高温涂层。本技术耐高温复合无机粘结剂制备方法简单，便于推广应用。

耐高温复合无机粘结剂，其中所述的体系的反应温度为30℃～80℃，体系的搅拌转速为300rpm～800rpm。最后得到的粘结剂为乳白色半透明状液体。

本技术的粘结剂中使用的锆溶胶可以为通过制备或商购得到的各种锆溶胶。锆溶胶可以极大程度上的提高磷酸二氢铝粘结剂的耐温性能，并且参与成膜，对于高温下的粘附强度，抗热震性能均具有极大的促进作用。因此，本技术的粘结剂是在磷酸二氢铝中添加适量的锆溶胶，从而形成复合粘结剂，达到优势互补效果。

本技术的粘结剂加入到耐高温基料中可以制成一种耐高温材料，所述粘结剂的含量占耐高温材料总质量百分比为10%～90%。优选所述粘结剂的含量占耐高温材料总质量百分比优选为20%～60%。所述的耐高温基料包括耐高温涂料、陶瓷涂层、防火涂料、陶瓷材料、高温窑炉修补料、耐火材料、阻燃材料、耐高温胶黏剂中的一种或几种。

本技术的粘结剂经单独成膜或添加到耐高温类涂料中，能够形成致密均匀的涂膜，其主要作为各种金属或无机非金属工件热处理温度下的防护涂层。本技术的粘结剂，粘结力强，耐腐蚀性能优异，可长时间耐受2000℃的高温环境。该粘结剂还可用于高温窑炉的定形或不定形耐火材料中，粘结剂与不定形耐火材料的组分如锆刚玉、锆英砂、氧化锆、尖晶石、莫来石、铝矾土、耐火粘土、石英、刚玉以及碳、碳化物等耐火料均具有良好的润湿性和胶合性能。该粘结剂还可适用于各种耐高温材料中，例如作为耐火材料或阻燃材料的粘结剂，提高耐火材料及阻燃材料在高温环境下的强度。

当本技术的耐高温复合无机粘结剂用于耐高温涂料、陶瓷涂层、防火涂料、阻燃涂层时，通过常规的空气喷涂即可施工，当底材为金属材料时，一般需对底材进行打磨、除油及除锈等常规处理；当底材为无机非金属材料时，无需对底材进行处理，只需用压缩空气吹干净表面的灰尘即可。在底材处理完成一小时内进行空气喷涂，喷涂1～5道，涂层厚度一般为50μm～100μm，在最低温度为240℃下烘烤至少1h，即可得到理想的涂层。当用于陶瓷材料、耐火材料、窑炉修补料时，直接与骨料进行搅拌混合、成型、干燥，在一定温度下烧结即可，能够在不牺牲耐火材料结构强度的基础上大幅度降低烧结温度，降低生产成本。

特性优点：

一、该粘结剂能够耐受2000℃的高温，实现这一效果的原因：磷酸二氢铝其本身就能够耐受1600℃高温，氧化锆的熔点为2680℃，耐火度为2200℃，在该体系中二氧化锆以锆溶胶的形式引入。将磷酸二氢铝和锆溶胶按一定的比例复配后，在高温下锆溶胶粒子表面上的Zr-OH基团可以与磷酸铝盐结合形成Zr-O-P键，从而提高粘结剂的耐温性能。

二、该粘结剂具有优良的抗热震性能，通过对各组分含量的调节，该粘结剂可以实现与金属或无机非金属材料相近的线膨胀系数，从而提高其抗热震性能。

三、该粘结剂的储存期长，磷酸二氢铝在常温下不粘结反应，在水溶液中以离子形式存在。实验结果证明，磷酸二氢铝水溶液与锆溶胶混合后，其不会对锆溶胶粒子的吸附层形成明显影响。另外，磷酸二氢铝水溶液与锆溶胶混合后，锆溶胶的相对浓度降低，也有利于该粘结剂的稳定储存。

四、本技术粘结剂的制备过程中没有添加任何有机物或有毒有害成分，也没有任何对健康有潜在威胁的成分，其所使用的溶剂为水，因此该涂料是真正的水性无机粘结剂，是一种环保型耐高温粘结剂。

技术服务：高温窑炉修补耐高温无机粘合剂配方生产技术320元，包括生产配方、工艺流程等，提供技术支持。
　

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