Thermal properties of expanded perlite fillers modified with alumino-silicate gel

• Autorzy: Pichór W.

Warianty tytułu

PL

Właściwości cieplne perlitu ekspandowanego modyfikowanego żelem glinokrzemianowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Expanded perlite is commonly used in cryogenic and high temperature applications. This lightweight filler has excellent thermal conductivity but its use as the insulation in high temperature applications is limited to about 900°C. In this paper, the investigation's results of the thermal properties of expanded perlite modified by spraying with alumino-silicate gel are presented. The sol-gel method allows to prepare very homogenous and reactive gel that enables synthesizing mullite phase at relatively low temperatures. The gel is also easy to be sprayed or used as coating of different materials e.g. lightweight fillers like expanded perlite. Such fillers modified with alumino-silicate gel after firing above temperature of forming mullite have better high temperature stability and durability. The DTA analysis shows that in case of alumino-silicate gel and gel modified perlite at 980°C the mullite phase is formed (Fig. 1). The powder X-ray patterns indicates that in case of gel and modified perlite the crystalline mullite phase is formed only above 1100°C (Figs 2 and 3). The physical thermal properties were also obtained. The thermal conductivity of samples were realized by steady-state method (20 and 50°C) and by hot wire method up to 1000°C. Obtained results show that modified perlite have still good thermal conductivity (Fig. 5). Figures 8 and 9 show saved porous structure of perlite grains reinforced with mullite crystals. Consequently, the thermal resistance and durability in high temperatures of such composites are significantly improved, up to 1300°C.

PL

Perlit ekspandowany jest popularnym materiałem używanym do termoizolacji w niskich i wysokich temperaturach. Charakteryzuje się bardzo niskim współczynnikiem przewodzenia ciepła, jednak jego wykorzystanie w aplikacjach wysokotemperaturowych jest ograniczone do około 900°C. Opisano wyniki badań właściwości cieplnych perlitu ekspandowanego modyfikowanego żelem glinokrzemianowym. Zastosowanie metody zol-żel pozwala otrzymać jednorodny i wysoko reaktywny żel, z którego możliwe jest syntezowanie mulitu w stosunkowo niskiej temperaturze. Żel jest dodatkowo łatwy do natryskiwania lub powlekania nim innych materiałów, w tym lekkich wypełniaczy, jakim jest np. perlit ekspandowany. Perlit modyfikowany żelem glinokrzemianowym po wypale w temperaturze wystarczającej do powstania mulitu cechuje się znacznie podwyższoną odpornością i stabilnością termiczną w wysokich temperaturach. Wyniki analizy DTA wskazują, że w temperaturze około 980°C z otrzymanego żelu glinokrzemianowego powstaje mulit (rys. 1). Analiza rentgenograficzna potwierdza występowanie fazy mullitowej, jednak duże ilości krystalicznego mulitu powstają dopiero w temperaturze przekraczającej 1100 stopni C (rys. rys. 2 i 3). W pracy również określono cechy fizyczne modyfikowanego perlitu. Badanie współczynnika przewodzenia ciepła przeprowadzono metodą ustalonego strumienia ciepła (w temperaturach niskich) oraz metodą gorącego drutu w temperaturach wysokich, do 1100°C. Perlit wzmocniony fazą mulitową (po wypaleniu) posiada niewiele gorsze właściwości izolacyjne od perlitu niemodyfikowanego (rys. 5). Obserwacje mikroskopowe potwierdzają zachowanie porowatej struktury kompozytu, wzmacnianej przez kryształy mulitu (rys. rys. 8 i 9). W konsekwencji uzyskano kompozyt o dobrej odporności termicznej i o bardzo dobrych właściwościach izolacyjnych, który może pracować w znacznie wyższych temperaturach niż perlit niemodyfikowany.

Słowa kluczowe

EN

high-temperature insulation; perlite; mullite; sol-gel method

PL

izolacja wysokotemperaturowa; perlit; mulit; metoda zol-żel

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2005
• Tom: R. 5, nr 1
• Strony: 35--40
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pichór W.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Mickiewicza 30, 30-059 Cracow, Poland

Bibliografia

• [1] Hoffman D.W., Roy R., Komarneni S., Diphasic xerogels, a new class of materials: phases in the system Al2O3-SiO2, Journal of American Ceramics Society 1984, 67, 468-471.
• [2] Yoldas B.E., Effect of ultrastructure on crystallization of mullite, Journal of Material Science 1992, 27, 6667-6672.
• [3] Rajendran S., Rossell H.J., Sanders J.V., Crystallization of a coprecipitated mullite precursor during heat treatment, Journal of Material Science 1990, 25, 4462-4471.
• [4] Schneider H., Saruhan B., Voll D., Merwin I., Sebald A., Mullite precursor phases, Journal of European Ceramic Society 1993, 11, 1993, 87-94.
• [5] Temuujin J., Okada K., MacKenzie K.J.D., Effect of mechanochemical treatment on the crystallization behaviour of diphasic mullite gel, Ceramic International, 25, 1999, 85-90.
• [6] Akshoy kr. Chakraborty, Sukhen Das, Al-Si spinel phase formation in diphasic mullite gels, Ceramics International 2003, 29, 27-33.
• [7] Simendic B., Radonjic L., Low temperature transformation of alumino-silicate gels, Ceramics International 1998, 24, 553-557.