一種閉合氣孔泡沫陶瓷的製備方法
2023-12-10 10:39:27
專利名稱：一種閉合氣孔泡沫陶瓷的製備方法
技術領域：
本發明屬於無機非金屬材料合成技術領域，特別是一種閉合氣孔泡沫陶瓷的製備 方法。
背景技術：
泡沫陶瓷，是一種新型陶瓷材料，是成型後經高溫燒成製得的，具有大量彼此相通 或閉合的氣孔的陶瓷材料。由於它內部分布著相互貫通的微孔或空洞，使它具有密度低、透 過性好、熱導率小、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等諸多優良的性能，被廣泛應用到能源、化工、建 築、航天航空等諸多領域。此類材料是根據孔徑的大小、形態、數量以及分布等參數，結合基 體材料本身的性質，以達到其性能特點。因此，如何控制孔徑的大小、形態、數量以及分布已 經成為提高泡沫陶瓷性能的關鍵。而如何製備氣孔率高於75%以上的閉合氣孔多孔材料， 已成為泡沫陶瓷研發的生產的關鍵。泡沫陶瓷的傳統製備方法有擠壓成型、顆粒堆積法、有機泡沫浸漬法、發泡法、添 加造孔劑法、溶膠——凝膠法、凝膠注模法、脈衝電流燒結法、水熱——靜壓法、冷凍乾燥 法、自蔓延高溫燒結法等。有機泡沫浸漬法是先將有機泡沫在料漿中浸漬、再經乾燥、燒結而製得多孔材料。 此方法對燒成工藝要求較高，且不能製備具有閉孔氣泡的多孔材料。發泡法是向陶瓷組分 中添加有機或無機化學物質，通過化學反應等產生揮發性氣體而產生泡沫，再經乾燥和燒 成製得泡沫陶瓷。此方法較容易製備出小孔徑的閉孔氣泡，但在坯體燒結後，獲得的泡沫陶 瓷氣孔率只有58. 07% (石英質高溫閉孔泡沫陶瓷的製備，稀有金屬材料與工程，2007年36 卷)。添加造孔劑法是在陶瓷配料中添加能在坯體中佔據一定空間的造孔劑，在燒結過程中 造孔劑離開基體而形成氣孔來製備泡沫陶瓷。造孔劑法顆粒的形狀和大小決定了泡沫陶瓷 材料氣孔的形狀和大小。此方法可以提高燒製品的開孔氣孔率(> 70% )，又具有很好的 強度，但並不能提高泡沫陶瓷的閉合氣孔率，且氣孔均勻性較差(泡沫陶瓷製備方法發展 現狀，陶瓷，2009年第2期)。
發明內容
本發明的目的在於提供一種閉合氣孔泡沫陶瓷的製備方法，採用高分解溫度的硫 酸鈣發泡劑和無機高溫氧化碳化矽造孔劑複合造孔，獲得具有閉孔孔隙率高達75%以上的 泡沫陶瓷。實現本發明目的的技術解決方案為一種閉合氣孔泡沫陶瓷的製備方法，採用 高分解溫度的硫酸鈣發泡劑和無機高溫氧化碳化矽造孔劑複合造孔，即將高鋁質耐火磚 65%-75%,硬質粘土 10% -30%、長石0. 1 % -2%、硫酸鈣4% -6%、碳化矽微粉4% -20% 配料混合、球磨、壓濾、乾燥、陳腐後，機壓成型，在1350°C -1400°C的空氣氣氛下燒結，冷卻 到室溫獲得閉合氣孔率可高達75%以上的泡沫陶瓷，配料的單位為質量百分比。本發明與現有技術相比，其顯著優點採用高分解溫度的硫酸鈣發泡劑和無機高溫氧化碳化矽造孔劑複合造孔，能夠顯著將泡沫陶瓷閉合氣孔率由58%提高到75%以上。 選用分解溫度高的硫酸鈣為發泡劑、是因為它能有效的減低坯體在低溫時，由發泡劑分解， 而產生的粉體坍塌，造成的閉合氣孔孔徑細小。當生坯加熱到在1330°C左右時時，硫酸鈣分 解，產生氣體，此時燒結坯已在鈉長石和硬質粘土等礦化劑的作用下產生粘度較大的熔體， 熔體能夠有效的將成孔劑分解產生的氣體封閉在燒結體中，形成彌散均勻分布的小孔徑閉 合氣孔。當燒成溫度達到1350以上時，碳化矽微粉氧化，產生0)2氣體，和5102氧化層。SiO2 氧化層與燒結體中的AL2O3形成了穩定的莫來石結構。莫來石晶相釘扎在CO2氣體的擴散途 徑，有效的緩解氣體壓力的釋放，原有彌散分布的小孔徑氣孔緩慢長大，從而獲得閉合氣孔 率可高達75%以上，孔徑4-6mm，呈均勻分布，體積密度為0. 06-0. 10g/cm3的泡沫陶瓷。泡 沫陶瓷的主晶相為莫來石，因此，其方法製備的泡沫陶瓷的抗折強度達到1. OMPa以上。同 時泡沫陶瓷耐弱酸性好，抗腐蝕、耐衝刷等特點，能廣泛的應用於1000°C -1200°C工業窯爐 的保溫蓄熱材料，也可應用於各種高溫酸性、高溼度、高氣流衝刷的惡劣環境。
具體實施例方式本發明閉合氣孔泡沫陶瓷的製備方法用工業廢棄的高鋁質耐火磚為基體材料、硫 酸鈣為發泡劑、碳化矽微粉為造孔劑，鈉長石、硬質粘土為礦化劑，採用發泡劑一造孔劑復 合造孔法，獲得閉孔孔隙率高達75%以上的泡沫陶瓷，工藝步驟為1、原料準備高鋁質耐火磚將固體廢棄的高鋁質耐火磚經破碎、細磨成粉體，並通過325目的 篩。其中，其化學組成及質量百分含量分別為SiO2佔55 % -70 %，Al2O3佔30 % -37 %，其餘 為鐵、鈣、鎂、鉀的氧化物佔2% -7%。硬質粘土選用濟南惠爾硬質粘土有限公司生產的一級硬質粘土。其主要礦 物相為高嶺石及硬水鋁石、伊利石、葉臘石。化學組成及質量百分含量分別為SiO2佔 35% -75%, Al2O3 為 30-50%，Fe2O3 小於 1. 6鈉長石東港市晟威礦業有限公司，工業純，粒徑75um，碳化矽易成公司，工業純，粒徑4um，硫酸鈣景德鎮陶瓷石膏廠，工業純，粒徑58um，2、配料、球磨將原料按照質量百分比為廢高鋁質耐火磚55% -75%，硬質粘土 10% _30%、長石 0. 1% -2%、硫酸鈣4% -6%、碳化矽微粉4% -20%，進行混合，溼法球磨20h-24h後，料漿 粒徑小於5微米。3、料漿經壓濾、乾燥、陳腐3-5天採用興泰壓濾機生產的2000程控全自動壓濾機壓濾料漿，得到的粉體在 (600C -120°C )的乾燥室乾燥3-10天後，裝入倉庫自然條件下陳腐3-5天。4、成型陳腐的粉體按質量百分比為2-5%的比例外加聚乙烯醇粘結劑(0.5ml/10g)，在 30-50MPa壓力下機壓成型。機壓成型機械為大石橋市金橋機械製造廠，J67-800磨擦式壓 磚機。成型後生坯規格尺寸為長240士5mm，寬190士5mm，高90士2mm。5、高溫燒結
將生坯裝入隧道窯，在空氣氣氛下，1350°C -1400°C，保溫2_6小時的條件下燒結。 具體燒成制度為:0°c -200°C，2. 5-3. Oh, 200°C -500°C，2h_2. 5h, 500°C _1350°C，4_5h。6、冷卻在空氣中自然冷卻到室溫。實施例1選取廢高鋁耐火材料65%，破碎、細磨成粉體，並通過325目的篩。加入硬質粘土 28%，長石1%、硫酸鈣1%、碳化矽微粉5%，混合、球磨20h後，料漿經壓濾、乾燥、陳腐3 天，添加聚乙烯醇粘結劑(0. 5ml/10g)，在30MPa壓力下機壓成型，在空氣氣氛下，1350度， 保溫2小時的條件下燒結。獲得的泡沫陶瓷閉合的氣孔率78%，孔徑4. 5mm,呈均勻分布在 陶瓷燒結體中。陶瓷體積密度為0. 07g/cm3，抗折強度達到1. IMPa0實施例2選取廢高鋁耐火材料65%，破碎、細磨成粉體，並通過325目的篩。加入硬質粘土
12%，長石2 %、硫酸鈣5 %、碳化矽微粉16 %，混合、球磨24h後，料漿經壓濾、乾燥、陳腐3 天，添加聚乙烯醇粘結劑(0. 5ml/10g)，在45MPa壓力下機壓成型，在空氣氣氛下，1370度， 保溫4小時的條件下燒結。獲得的泡沫陶瓷閉合的氣孔率85%，孔徑4. Omm,呈均勻分布在 陶瓷燒結體中。陶瓷體積密度為0. 06g/cm3，抗折強度達到1. 3MPa。實施例3選取廢高鋁耐火材料70%，破碎、細磨成粉體，並通過325目的篩。加入硬質粘土
13%，長石1 %、硫酸鈣6 %、碳化矽微粉10 %，混合、球磨22h後，料漿經壓濾、乾燥、陳腐3 天，添加聚乙烯醇，在50MPa壓力下機壓成型，在空氣氣氛下，1380度，保溫2小時的條件下 燒結。獲得的泡沫陶瓷閉合的氣孔率86.5%，孔徑6. 5mm，呈均勻分布在陶瓷燒結體中。陶 瓷體積密度為0. 07g/cm3，抗折強度1. OMPa0實施例4選取廢高鋁耐火材料75%，破碎、細磨成粉體，並通過325目的篩。加入硬質粘土 10 %，長石2 %、硫酸鈣5 %、碳化矽微粉8 %，混合、球磨24h後，料漿經壓濾、乾燥、陳腐3 天，添加聚乙烯醇，在40MPa壓力下機壓成型，在空氣氣氛下，1400度，保溫4小時的條件下 燒結。獲得的泡沫陶瓷閉合的氣孔率75%，孔徑4. 0mm，呈均勻分布在陶瓷燒結體中。陶瓷 體積密度為0. 08g/cm3，抗折強度1. 5MPa。
權利要求
一種閉合氣孔泡沫陶瓷的製備方法，其特徵在於採用高分解溫度的硫酸鈣發泡劑和無機高溫氧化碳化矽造孔劑複合造孔，即將高鋁質耐火磚65％ 75％，硬質粘土10％ 30％、長石0.1％ 2％、硫酸鈣4％ 6％、碳化矽微粉4％ 20％配料混合、球磨、壓濾、乾燥、陳腐後，機壓成型，在1350℃ 1400℃的空氣氣氛下燒結，冷卻到室溫獲得閉合氣孔率可高達75％以上的泡沫陶瓷，配料的單位為質量百分比。
2.根據權利要求1所述的閉合氣孔泡沫陶瓷的製備方法，其特徵在於球磨配料的粒 徑小於5微米。
3.根據權利要求1所述的閉合氣孔泡沫陶瓷的製備方法，其特徵在於保溫2-6小時。
全文摘要
本發明公開了一種閉合氣孔泡沫陶瓷的製備方法，採用高分解溫度的硫酸鈣發泡劑和無機高溫氧化碳化矽造孔劑複合造孔，即將高鋁質耐火磚65％-75％，硬質粘土10％-30％、長石0.1％-2％、硫酸鈣4％-6％、碳化矽微粉4％-20％配料混合、球磨、壓濾、乾燥、陳腐後，機壓成型，在1350℃-1400℃的空氣氣氛下燒結，冷卻到室溫獲得閉合氣孔率可高達75％以上的泡沫陶瓷，配料的單位為質量百分比。本發明採用高分解溫度的硫酸鈣發泡劑和無機高溫氧化碳化矽造孔劑複合造孔，能夠顯著將泡沫陶瓷閉合氣孔率由58％提高到75％以上。
文檔編號C04B38/02GK101955371SQ20101015044
公開日2011年1月26日 申請日期2010年4月20日 優先權日2010年4月20日
發明者崔崇, 彭東文, 石曉琴, 萘建中, 陳 光 申請人:無錫南理工科技發展有限公司