一種航空發動機試車臺用消音耐火預製件及製備方法

2023-05-24 16:26:56

專利名稱：：一種航空發動機試車臺用消音耐火預製件及製備方法
技術領域：
：本發明涉及一種航空發動機試車臺用消音耐火預製件及製備方法，屬於無機非金屬複合材料領域。
背景技術：
：噪聲汙染同水汙染、大氣汙染一起被列為全球三大汙染。有關資料表明人如果長期工作、生活在噪聲環境下會產生煩躁和不安，超過85dBA會造成聽力損傷和神經衰弱等症狀，大於120dBA的強噪聲還能引起突發性疾病，致人猝死。隨著人們環保意識的加強，在以人為本、追求工農業可持續發展的今天，噪聲治理成為一個迫在眉睫的健康問題。由於航空發動機試車時壓氣機源源不斷地把壓縮了的空氣送到後面的燃燒室，在燃燒室裡空氣和燃料混合燃燒，向後排出高溫、高速、高壓氣體，這些氣體因此帶來高強度的寬頻帶噪聲。此噪聲的聲壓級高120-140dBA，加之每秒60-120公斤的進氣流量，800-1200°C的排氣溫度，給試車間的消音降噪帶來極大困難，且較低頻率的機械旋轉噪聲、燃燒噪聲或螺旋槳噪聲又可傳播到1-2公裡以外，形成大範圍的環境汙染，因此在航空發動機試臺噪聲控制設計中進、排氣道的消聲設計是重要環節。為此許多工程技術人員都一直致力於噪聲問題的研究。多年來，我國航空發動機試車臺通常採用燒成半輕質粘土磚，它是由壓磚機高壓衝擊成型，大於120(TC燒制而成，不但抗高溫、耐高速氣流的衝刷性能差，而且消音和防水化性能不佳，它已越來越不能滿足航空工業的需要。
發明內容本發明的目的在於提供一種航空發動機試車臺用消音耐火預製件及製備方法。本發明製備的消音耐火預製件不但消音效果好，抗高溫、高壓、高速氣流的衝刷和磨損，而且高溫體積穩定，急冷急熱性能優良，還能有效地防止水化。本發明的技術方案一種航空發動機試車臺用消音耐火預製件，按照重量份計算，它由焦寶石65-85份、陶粒1-5份、結合劑10-20份、中溫燒結劑3_8份、複合減水劑0_1份和水0-7份配製而成。按照重量份計算，前述的焦寶石由以下幾種組成粒徑為5_3mm的焦寶石15_20份、粒徑為3-lmm的焦寶石20-25份、粒徑為1_0.5mm的焦寶石30-35份和粒徑為0.088mm的焦寶石0-18份。具體的說，前述航空發動機試車臺用消音耐火預製件的原料組成可以是以下幾種。(1)按照重量份計算，所述焦寶石由粒徑為5-3mm的焦寶石15-20份、粒徑為3_lmm的焦寶石20-25份和粒徑為1-0.5mm的焦寶石30-35份組成；陶粒粒徑為1_0.5mm；結合劑為鋁酸鈣水泥；中溫燒結劑為SiO2微粉、硼砂、黏土或膨潤土；複合減水劑為多聚磷酸鈉與β-萘磺酸鹽甲醛縮合物各0.01-0.5份；水為6-7份。(2)按照重量份計算，所述焦寶石由粒徑為5-3mm的焦寶石15-20份、粒徑為3_lmm的焦寶石20-25份、粒徑為1-0.5mm的焦寶石30-35份和粒徑為0.088mm的焦寶石10-18份組成；陶粒粒徑為1-0.5mm；結合劑為酚醛樹脂；中溫燒結劑為SiO2微粉、硼砂、黏土或膨潤土；複合減水劑和水的用量均為0。(3)按照重量份計算，所述焦寶石由粒徑為5-3mm的焦寶石15-20份、粒徑為3-lmm的焦寶石20-25份、粒徑為1-0.5mm的焦寶石30-35份和粒徑為0.088mm的焦寶石10-18份組成；陶粒粒徑為1-0.5mm；結合劑為水玻璃或磷酸鹽；中溫燒結劑為SiO2微粉、硼砂、黏土或膨潤土；複合減水劑為多聚磷酸鈉和β「萘磺酸鹽甲醛縮合物各0-0.5份；水的用量為0。前述航空發動機試車臺用消音耐火預製件的製備方法為按比例稱取焦寶石、陶粒、結合劑、中溫燒結劑、複合減水劑和水，混合攪拌、配製成泥料，經雙面加壓震動成型後，進行養護，再於650°c低溫燒制而成。航空發動機試車臺用消音耐火預製件的具體製備方法之一為按比例稱取焦寶石、陶粒、結合劑、中溫燒結劑、複合減水劑和水，首先將焦寶石、陶粒、結合劑、中溫燒結劑和複合減水劑進行幹混，再加入水攪拌、配製成泥料，泥料經雙面加壓震動成型後，自然養護24-48小時，再置於逐漸升溫至650°C的裝置中低溫燒制而成。其中的水可分兩次加入，先加水4.5%攪拌3min,再加水1.5-2.5%攪拌3min。航空發動機試車臺用消音耐火預製件的具體製備方法之二為按比例稱取粒徑為5-3mm、3-lmm和1_0.5mm的焦寶石及陶粒，進行幹混，添加3/46/7量的結合劑繼續攪拌，再加入中溫燒結劑和粒徑為0.088mm的焦寶石攪拌，最後加入餘下1/71/4量的結合劑攪拌成泥料，泥料經雙面加壓震動成型後，自然養護24-48小時，再置於逐漸升溫至650°C的裝置中低溫燒制而成。航空發動機試車臺用消音耐火預製件的具體製備方法之三為按比例稱取焦寶石、陶粒、中溫燒結劑和複合減水劑，進行幹混，然後添加結合劑繼續攪拌、配製成泥料，泥料經雙面加壓震動成型後，自然養護24-48小時，再置於逐漸升溫至650°C的裝置中低溫燒制而成。前述的製備方法中雙面加壓震動時間為3-6min；配製泥料時的幹混時間為Imin；低溫燒制的升溫過程為先以15°C/h的速度升溫至150°C，保溫36h；再以20°C/h的速度升溫至350°C，保溫24h；然後以30°C/h的速度升溫至650°C，保溫14h。以下是申請人為完成本發明對原料物質所進行的研究及篩選結果。焦寶石焦寶石是本發明的消音耐火材料的主晶相，其主要成分為高嶺土，經煅燒後的熟料呈白色、近白色或夾雜有淡黃色，化學性質穩定，遇水不分散，可塑性指數小於1，其理化指標應符合如下技術條件tableseeoriginaldocumentpage6鋁酸鈣水泥鋁酸鈣水泥是以天然鋁礬土和石灰石礦按一定比例配合經煅燒而成，它為本發明的消音耐火材料提供結合強度，其化學成分及礦物組成主晶相應符合如下技術條件tableseeoriginaldocumentpage6如若鋁酸鈣水泥結塊需經化驗合格後方可使用。陶粒本發明消音耐火材料在保證材料機械強度的前提下(一般應大於IOMpa)重點考慮消音效果，並在科學精細研究顆粒級配(儘可能地增加內部氣孔或貫穿氣孔)的同時加入1-5份的細碎陶粒能進一步提高消音效果，焙燒陶粒的顏色大多為暗紅色、褐紅色，內部結構特徵呈細密蜂窩狀微孔，其理化指標應符合如下技術條件tableseeoriginaldocumentpage6SiO2微粉在本發明的消音耐火材料中引入3-8份的SiO2微粉，當溫度高於900°C時，SiO2微粉與鋁酸鹽水泥中的Al2O3反應逐步形成莫來石，產生體積膨脹抵消耐火材料的部分體積收縮，促進材料強度的提高，有效地改善了鋁酸鹽水泥結合的材料中溫強度下降的弊端，同時SiO2微粉比表面積大(大於20m2/g)活性高，自發凝聚亦能增加材料的結合強度，其理化指標應符合如下技術條件tableseeoriginaldocumentpage6減水劑減水劑本身並不與澆注料中的組成物發生化學反應生成新的化合物，只是起著改變固-液界面的物理性能作用，減水劑溶於水後能吸附於粒子表面，提高溶液中粒子表面的￡電位，增大粒子間的排斥力，不但使粒子凝聚結構中包裹的游離水釋放出來，降低用水量，而且使結合劑得到更均勻的分布，大大改善澆注體的性能，但加入量不宜過多，否則有反效果。本發明中採用多聚磷酸鈉和β-萘磺酸鹽甲醛縮合物複合加入，預製件的性能指標更佳。本發明產品之所以能取得更好的消音效果，原因是當聲波傳遞到本發明製備的消音耐火預製件時，聲能的一部分被反射；一部分透過物體繼續傳播，噪音得以削弱；另一部分由於聲音在預製件內部傳播時介質的磨擦或熱傳導而被損耗，巨大的聲波被吸收，減少了熱尾氣的排放從而減緩了地球的溫室效應；另外當噪聲撞擊到預製件時，由於預製件本身「S」的形狀導致波形紊亂，使聲波產生疊加從而也消滅了部分噪音。本發明人結合耐火材料理論和消音機理進行了大量的試驗研究工作，充分利用我國的資源優勢，以焦寶石為主要材料，科學配比，把有效填充空隙的0.50.088mm的小顆粒刪掉，並引入部分多孔陶粒，使內部空隙達到最大化，有效地增加預製件中的顯氣孔、封閉氣孔和貫穿氣孔，這不但增大了高速氣流與預製件的磨擦和碰撞，而且使高速氣流在預製件的空隙內反覆產生反射、折射、透射效應，達到使高速氣流的聲能轉化為熱能的效果，同時還可以將兩個或多個聲波疊加在一起，達到良好的消音目的；以水硬性材料鋁酸鹽水泥為結合劑，充分解決了水化問題；採用微量與分散技術，有效地避免了粒子間凝聚結構的形成，使結合劑的功能得以充分發揮，需水量降低，預製件的常、中、高溫強度大幅度提高，抗衝刷性能得到改善；採用雙面加壓震動成型後，經650°C低溫燒制而成。經過反覆地試驗，申請人最終成功地研發出了堅硬多孔、使大量聲能轉換成熱能的消音耐火預製件。本發明製備的消音耐火預製件與傳統的燒成半輕質粘土磚相比，性能得到很大提升，具體對照數據如下表。tableseeoriginaldocumentpage7與現有技術相比，本發明所製備的消音耐火預製件不但消音效果好，強度高，抗高溫、高壓、高速氣流的衝刷和磨損，而且高溫體積穩定，急冷急熱性能優良，還能有效地防止水化。圖1是本發明一種實施方式的製備工藝流程圖2是本發明一種實施方式的低溫燒制過程升溫曲線圖。具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。實施例1準確稱取粒徑為5-3mm的焦寶石15g、粒徑為3_lmm焦寶石25g、粒徑為1-0.5mm焦寶石30g、粒徑為1-0.5mm陶粒3g、結合劑(鋁酸鈣水泥)15g、中溫燒結劑(SiO2微粉)7g、複合減水劑(多聚磷酸鈉0.Olg和β-萘磺酸鹽甲醛縮合物0.Olg)0.02g倒入攪拌機內幹混，攪拌一分鐘後加入4.5g的潔淨水繼續攪拌3分鐘，最後加入2.5g的潔淨水攪拌3分鐘至泥料中沒有乾粉和硬泥團。30分鐘內將攪拌好的泥料一次性加入已塗好脫模劑的鋼模內，上面加上蓋板放在雙面加壓的振動臺上振動3min後，輕輕敲擊模板以脫模，澆注體脫模後自然養護24h。養護好的預製體裝在窯車上進行低溫輕燒，燒制過程的升溫曲線見附圖2以15°C/h的升溫速度升溫至150°C，在150°C下保溫36小時，再以20°C/h的升溫速度升溫10小時後，在350°C保溫24小時，繼續以30°C/h升溫速度升溫10小時後，保持650°C保溫24小時，然後經揀選即得消音耐火預製件。實施例2準確稱取粒徑為5-3mm焦寶石15g、粒徑為3_lmm焦寶石22g、粒徑為1-0.5mm焦寶石30g、粒徑為1_0.5mm陶粒2g，倒入攪拌機內幹混1分鐘後加入結合劑(酚醛樹脂)10g，攪拌5分鐘再加入中溫燒結劑(膨潤土)4g、粒徑為0.088mm焦寶石15g攪拌10分鐘，再加入結合劑(酚醛樹脂)2g攪拌5分鐘至料中沒有乾粉和硬泥團。30分鐘內將攪拌好的泥料一次性加入已塗好脫模劑的鋼模內，上面加上蓋板放在雙面加壓的振動臺上振動4min後，輕輕敲擊模板以脫模，澆注體脫模後自然養護36h。養護好的預製體裝在窯車上進行低溫輕燒，燒制過程的升溫曲線見附圖2以15°C/h的升溫速度升溫至150°C，在150°C下保溫36小時，再以20°C/h的升溫速度升溫10小時後，在350°C保溫24小時，繼續以30°C/h升溫速度升溫10小時後，保持650°C保溫24小時，然後經揀選即得消音耐火預製件。實施例3準確稱取粒徑為5-3mm焦寶石17g、粒徑為3_lmm焦寶石20g、粒徑為1-0.5mm焦寶石30g、粒徑為1_0.5mm陶粒Ig倒入攪拌機內幹混1分鐘後加入結合劑(酚醛樹脂)9g，攪拌5分鐘，再加入中溫燒結劑(硼砂)3g、粒徑為0.088mm焦寶石18g攪拌10分鐘，再加入結合劑(酚醛樹脂)3g攪拌5分鐘至料中沒有乾粉和硬泥團。攪拌均勻後的泥料加入已塗好脫模劑的鋼模內，上面加上蓋板放在雙面加壓的振動臺上振動5min後，輕輕敲擊模板以脫模，澆注體脫模後自然養護48h。養護好的預製體裝在窯車上進行低溫輕燒，燒制過程的升溫曲線見附圖2以15°C/h的升溫速度升溫至150°C，在150°C下保溫36小時，再以20°C/h的升溫速度升溫10小時後，在350°C保溫24小時，繼續以30°C/h升溫速度升溫10小時後，保持650°C保溫24小時，然後經揀選即得消音耐火預製件。實施例4準確稱取粒徑為5-3mm焦寶石20g、粒徑為3_lmm焦寶石25g、粒徑為1-0.5mm焦寶石35g、粒徑為1-0.5mm陶粒lg、結合劑(鋁酸鈣水泥)10g、中溫燒結劑(SiO2微粉)3g、複合減水劑(多聚磷酸鈉0.Olg和β-萘磺酸鹽甲醛縮合物0.Olg)0.02g倒入攪拌機內幹混，然後加入5.98mL水攪拌、配製成泥料，將泥料加入鋼模內，經雙面加壓振動成型後，自然養護30h，再置於逐漸升溫至650°C的窯車中低溫燒制，揀選，即得消音耐火預製件。實施例5準確稱取粒徑為5-3mm焦寶石15g、粒徑為3_lmm焦寶石20g、粒徑為1-0.5mm焦寶石30g、粒徑為1_0.5mm陶粒3g倒入攪拌機內幹混，加入9g結合劑(水玻璃)攪拌3分鐘，再加入、粒徑為0.088mm焦寶石16g、中溫燒結劑(硼砂)3g、結合劑(水玻璃)3g攪拌成泥料。將攪拌好的泥料一次性加入已塗好脫模劑的鋼模內，上面加上蓋板放在雙面加壓的振動臺上振動3min後，輕輕敲擊模板以脫模，澆注體脫模後自然養護24h。養護好的預製體裝在窯車上進行低溫輕燒，燒制過程的升溫曲線見附圖2以15°C/h的升溫速度升溫至150°C，在150°C下保溫36小時，再以20°C/h的升溫速度升溫10小時後，在350°C保溫24小時，繼續以30°C/h升溫速度升溫10小時後，保持650°C保溫24小時，然後經揀選即得消音耐火預製件。實施例6準確稱取粒徑為5-3mm焦寶石16g、粒徑為3_lmm焦寶石22g、粒徑為1-0.5mm焦寶石31g、粒徑為1-0.5mm陶粒3g、粒徑為0.088mm的焦寶石16g、中溫燒結劑(黏土)3g倒入攪拌機內幹混，攪拌一分鐘後加入IOg的結合劑(水玻璃)繼續攪拌至泥料中沒有乾粉和硬泥團。30分鐘內將攪拌好的泥料一次性加入已塗好脫模劑的鋼模內，上面加上蓋板放在雙面加壓的振動臺上振動3min後，輕輕敲擊模板以脫模，澆注體脫模後自然養護24h。養護好的預製體裝在窯車上進行低溫輕燒，燒制過程的升溫曲線見附圖2以15°C/h的升溫速度升溫至150°C，在150°C下保溫36小時，再以20°C/h的升溫速度升溫10小時後，在350°C保溫24小時，繼續以30°C/h升溫速度升溫10小時後，保持650°C保溫24小時，然後經揀選即得消音耐火預製件。實施例7準確稱取粒徑為5-3mm焦寶石18g、粒徑為3_lmm焦寶石20g、粒徑為1-0.5mm焦寶石32g、粒徑為1-0.5mm陶粒Ig倒入攪拌機內幹混，攪拌一分鐘後加入8.5g的結合劑(磷酸鹽)繼續攪拌3分鐘，然後加入粒徑為0.088mm的焦寶石14g，中溫燒結劑(黏土)4g攪拌，最後加入結合劑(磷酸鹽)1.5g攪拌3分鐘至泥料中沒有乾粉和硬泥團。30分鐘內將攪拌好的泥料一次性加入已塗好脫模劑的鋼模內，上面加上蓋板放在雙面加壓的振動臺上振動4min後，輕輕敲擊模板以脫模，澆注體脫模後自然養護36h。養護好的預製體裝在窯車上進行低溫輕燒，燒制過程的升溫曲線見附圖2以15°C/h的升溫速度升溫至150°C，在150°C下保溫36小時，再以20°C/h的升溫速度升溫10小時後，在350°C保溫24小時，繼續以30°C/h升溫速度升溫10小時後，保持650°C保溫24小時，然後經揀選即得消音耐火預製件。實施例8準確稱取粒徑為5-3mm焦寶石15g、粒徑為3_lmm焦寶石20g、粒徑為1-0.5mm焦寶石30g、粒徑為1-0.5mm陶粒5g、粒徑為0.088mm焦寶石13g、中溫燒結劑(膨潤土)5g、複合減水劑(三聚磷酸鈉、磺化三聚氰胺甲醛樹脂和聚丙烯酸鈉各0.2g)0.6g倒入攪拌機內幹混，然後加入結合劑(磷酸鹽)11.4g攪拌、配製成泥料，將泥料加入鋼模內，經雙面加壓振動成型後，自然養護30h，再置於逐漸升溫至650°C的窯車中低溫燒制，揀選，即得消音耐火預製件。權利要求一種航空發動機試車臺用消音耐火預製件，其特徵在於按照重量份計算，它由焦寶石65-85份、陶粒1-5份、結合劑10-20份、中溫燒結劑3-8份、複合減水劑0-1份和水0-7份配製而成。2.根據權利要求1所述的航空發動機試車臺用消音耐火預製件，其特徵在於按照重量份計算，所述焦寶石由以下幾種組成粒徑為5-3mm的焦寶石15-20份、粒徑為3-1mm的焦寶石20-25份、粒徑為1-0.5mm的焦寶石30-35份和粒徑為0.088mm的焦寶石0_18份。3.根據權利要求1或2所述的航空發動機試車臺用消音耐火預製件，其特徵在於按照重量份計算，所述焦寶石由粒徑為5-3mm的焦寶石15-20份、粒徑為3_lmm的焦寶石20-25份和粒徑為1-0.5mm的焦寶石30-35份組成；陶粒粒徑為1-0.5mm；結合劑為鋁酸鈣水泥；中溫燒結劑為Si02微粉、硼砂、黏土或膨潤土；複合減水劑為多聚磷酸鈉與0-萘磺酸鹽甲醛縮合物各0.01-0.5份』水為6-7份。4.根據權利要求1或2所述的航空發動機試車臺用消音耐火預製件，其特徵在於按照重量份計算，所述焦寶石由粒徑為5-3mm的焦寶石15-20份、粒徑為3_lmm的焦寶石20-25份、粒徑為1-0.5mm的焦寶石30-35份和粒徑為0.088mm的焦寶石10-18份組成；陶粒粒徑為1-0.5mm；結合劑為酚醛樹脂；中溫燒結劑為Si02微粉、硼砂、黏土或膨潤土；複合減水劑和水的用量均為0。5.根據權利要求1或2所述的航空發動機試車臺用消音耐火預製件，其特徵在於按照重量份計算，所述焦寶石由粒徑為5-3mm的焦寶石15-20份、粒徑為3_lmm的焦寶石20-25份、粒徑為1-0.5mm的焦寶石30-35份和粒徑為0.088mm的焦寶石10-18份組成；陶粒粒徑為1-0.5mm；結合劑為水玻璃或磷酸鹽；中溫燒結劑為Si02微粉、硼砂、黏土或膨潤土；複合減水劑為多聚磷酸鈉和0「萘磺酸鹽甲醛縮合物各0-0.5份；水的用量為0。6.如權利要求15中任一項所述的航空發動機試車臺用消音耐火預製件的製備方法，其特徵在於按比例稱取焦寶石、陶粒、結合劑、中溫燒結劑、複合減水劑和水，混合攪拌、配製成泥料，經雙面加壓震動成型後，進行養護，再於650°C低溫燒制而成。7.根據權利要求6所述的航空發動機試車臺用消音耐火預製件的製備方法，其特徵在於按比例稱取焦寶石、陶粒、結合劑、中溫燒結劑、複合減水劑和水，首先將焦寶石、陶粒、結合劑、中溫燒結劑和複合減水劑進行幹混，再加入水攪拌、配製成泥料，泥料經雙面加壓震動成型後，自然養護24-48小時，再置於逐漸升溫至650°C的裝置中低溫燒制而成。8.根據權利要求6所述的航空發動機試車臺用消音耐火預製件的製備方法，其特徵在於按比例稱取粒徑為5-3mm、3-lmm和1-0.5mm的焦寶石及陶粒，進行幹混，添加3/46/7量的結合劑繼續攪拌，再加入中溫燒結劑和粒徑為0.088mm的焦寶石攪拌，最後加入餘下1/71/4量的結合劑攪拌成泥料，泥料經雙面加壓震動成型後，自然養護24-48小時，再置於逐漸升溫至650°C的裝置中低溫燒制而成。9.根據權利要求6所述的航空發動機試車臺用消音耐火預製件的製備方法，其特徵在於按比例稱取焦寶石、陶粒、中溫燒結劑和複合減水劑，進行幹混，然後添加結合劑繼續攪拌、配製成泥料，泥料經雙面加壓震動成型後，自然養護24-48小時，再置於逐漸升溫至650°C的裝置中低溫燒制而成。10.根據權利要求7、8或9所述的航空發動機試車臺用消音耐火預製件的製備方法，其特徵在於雙面加壓震動時間為3-6min；配製泥料時的幹混時間為lmin；低溫燒制的升溫過程為先以15°C/h的速度升溫至150°C，保溫36h；再以20°C/h的速度升溫至350°C，保溫24h；然後以30°C/h的速度升溫至650°C，保溫14h。全文摘要本發明公開了一種航空發動機試車臺用消音耐火預製件及製備方法，它是由焦寶石、陶粒、結合劑、中溫燒結劑、複合減水劑和水混配後、經雙面加壓震動成型、養護、輕燒而成。本發明製備的消音耐火預製件不但消音效果好，抗高溫、高壓、高速氣流的衝刷和磨損，而且高溫體積穩定，急冷急熱性能優良，還能有效地防止水化。文檔編號C04B35/66GK101830721SQ201010193419公開日2010年9月15日申請日期2010年6月8日優先權日2010年6月8日發明者冉江豔,宋明剛,張成行,錢開平申請人:貴陽聯合高溫材料有限公司