CN100374395C - 多孔泡沫陶瓷的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种多孔泡沫陶瓷的制备方法，涉及一种热液成型多孔泡沫陶瓷的制备方法，包括熔化陶瓷原料、注入气体发泡、模具挤出成型、牵引带拉出冷却定型和后处理，本发明生产的多孔泡沫陶瓷孔隙度可达60%-95%，密度为0.13-1.04g/cm3，孔径在0.5-10mm范围内可调节。它不仅气孔均匀，孔径、气孔可调节，密度小，强度大，并可耐600℃以上高温，其工艺简单，原料来源广泛，最重要的是质轻、高强、耐高温等优良特性，以及低成本、可连续制成大尺寸的多孔泡沫陶瓷，使得本来昂贵的功能陶瓷制造变得工艺简单，价格低廉，性能优良，必将为社会带来巨大的经济效益和社会效益。

Description

多孔泡沫陶瓷的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种多孔泡沫陶瓷的制备方法，尤其是涉及一种热液成型多孔泡沫陶瓷的制备方法。
背景技术：
多孔泡沫陶瓷具有热导率低、密度小、硬度高、耐高温、耐磨损、抗腐蚀等优良性能，广泛用于环保、建筑、窑具、能源、化工、熔炼、生物等多个领域。
目前，制备闭合孔穴的多孔泡沫陶瓷的方法有：(1)粉末坯体发泡法：采用碳酸钙、氢氧化钙、硫酸铝和双氧水等发泡剂，制得生坯，再行烧结获得多孔泡沫陶瓷的制备工艺；(2)浆料发泡法：利用陶瓷悬浮液进行发泡，经干燥脱模再烧结的工艺。以上技术在刘培生所著《多孔材料引论》(清华大学出版社出版，2004年9月第一版，2004年9月第一次印刷)一书中进行了详细介绍。上述两种方法工艺复杂，成本较高，不易连续制造大尺寸的多孔泡沫陶瓷。公开号CN1101344、名称为“热成型多孔陶瓷”专利申请的制备方法是将原料磨成180微米，半塑成球(3-5毫米)，装模(将球料装入模具三分之一高度，预留三分之二膨胀空间)，在400℃下预热，在1200℃下烧成，它存在破碎磨矿、成球、产品质量不易掌握的缺点；公开号CN1032776、名称为“泡沫陶瓷板及其生产方法”的专利是将多种原料粉碎至74微米以下，配成陶瓷原料，用成球盘造粒(1-2毫米)装模，上覆以陶瓷纸，经高温熔化形成整体，再经压辊淬火，再加温成型。存在粉碎原料、造粒上覆陶瓷纸、多次烧结等缺点；公开号CN1285335A、名称为“泡沫陶瓷球粒的制备方法”的专利申请是将原料粉碎至60微米以下、造粒、烘干、煅烧研磨等到工序，存在破碎磨矿、造粒、不能生产大尺寸产品的缺点。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、制造成本低、可生产大尺寸多孔泡沫陶瓷的制备方法。
本发明的制备方法包括熔化陶瓷原料、注入气体发泡、模具挤出成型、牵引带拉出冷却定型和后处理，具体步骤如下：
(1)熔化陶瓷原料：将陶瓷原料在加热炉中加热到熔点以上100-200℃，使其充分熔化，达到澄清和均化，制成容易发泡的陶瓷熔液，流入到熔池中；
(2)注入气体发泡：通过熔池的导流孔将熔池中的陶瓷熔液引入发泡室中，利用至少一个多孔喷嘴向熔池中的陶瓷熔液中注入气体，产生长气泡，通过至少一个旋转推进器或振动器搅拌或振动，使长气泡破碎成均匀细小的气泡，气泡和陶瓷熔液组成粘稠性混合物上浮到陶瓷熔液上部，转变成液态多孔泡沫陶瓷，通过调整多孔喷嘴的参数和数量，调整旋转推进器的数量和搅拌转速或振动器振动频率，可以调节多孔泡沫陶瓷的孔径和孔隙度；
(3)模具挤出成型：在发泡室上部安装有模具，在不断注入的气体和旋转推进器的搅拌或振动器的振动下，形成越来越多的液态多孔泡沫陶瓷，通过模具挤出成型，并逐渐冷却成半凝固状态的多孔泡沫陶瓷，熔池中的熔液不断补充到发泡室中，使得连续发泡而不间断；
(4)牵引带拉出冷却定型：将半凝固状态的多孔泡沫陶瓷用水平支撑牵引带和两侧支撑牵引带牵拉出来，通过水平滚筒和两侧滚筒对其进行平整处理，进一步冷却定型；
(5)后处理：将冷却定型后的多孔泡沫陶瓷按设计尺寸切割，冷却至室温，码垛存放。
陶瓷原料是玄武岩、辉绿岩、安山岩、泥岩、板岩、高岭土、膨润土、煤矸石、粉煤灰、陶粒岩、页岩中至少一种，或玄武岩、辉绿岩、安山岩、泥岩、板岩、高岭土、膨润土、煤矸石、粉煤灰、陶粒岩、页岩中至少一种和莹石、熟石灰、白云石、锂辉石、钠长石、钾长石中至少一种的混合物。
为了提高多孔泡沫陶瓷的性能，根据需要增加加热炉、溶池、发泡室的数量及用复合模具可制备多孔泡沫陶瓷复合材料，经复合模具出来的不同材质、不同密度、不同梯度的陶瓷材料直接热接合成多孔泡沫陶瓷复合材料。
为了提高其表面平整性与整体强度，本发明在滚筒进行平整处理后，直接喷涂一层该陶瓷熔液实体层。
为了改善表面性能、提高产品的使用性，增加产品的美感，本发明在滚筒进行平整处理后，再喷涂釉料熔液，形成釉层。
本发明生产的多孔泡沫陶瓷孔隙度可达60％-95％，密度为0.13-1.04g/cm3，孔径在0.5-10mm范围内可调节。它不仅气孔均匀，孔径、气孔可调节，密度小，强度大，并可耐600℃以上高温，其工艺简单，原料来源广泛，最重要的是质轻、高强、耐高温等优良特性，以及低成本、可连续制成大尺寸的多孔泡沫陶瓷，使得本来昂贵的功能陶瓷制造变得工艺简单，价格低廉，性能优良，必将为社会带来巨大的经济效益和社会效益。
附图说明：
图1是一种陶瓷材料的制备装置结构示意图；
图2是多孔泡沫陶瓷复合材料的发泡室与模具的结构示意图。
具体实施方式：
实施例1
参照图1，将玄武岩在加热炉1中加热至熔点以上100℃，使其充分熔化，达到澄清和均化，制成容易发泡的陶瓷熔液，流入到熔池2中；陶瓷熔液3通过熔池2的导流孔4将陶瓷熔液引入发泡室5中，利用三组多孔喷嘴6向发泡室中注入空气，注入气体量每分0.18-0.20m3，速度约3.0m/s，压力0.05-0.10Mpa，在陶瓷熔液中产生长气泡，用三个旋转推进器7以3000转/分转速进行搅拌推进，使长气泡破碎成细小均匀的气泡8，气泡和陶瓷熔液组成粘稠性混合物上浮到陶瓷熔液上部，转变成液态多孔泡沫陶瓷9；在发泡室上部安装有模具10，在不断注入的气体和旋转推进器的搅拌下，形成越来越多的液态多孔泡沫陶瓷，通过模具挤出成型，并逐渐冷却成半凝固状态的多孔泡沫陶瓷11，熔池中的熔液不断补充到发泡室中，使得连续发泡而不间断；将半凝固状态的多孔泡沫陶瓷11用水平支撑牵引带13和两侧支撑牵引带12牵拉出来，通过水平滚筒14和两侧滚筒15对其进行平整处理，进一步冷却定型；将冷却定型后的多孔泡沫陶瓷18用切割机19按设计尺寸切割，冷却至室温，最后制备的多孔泡沫陶瓷20其孔隙度大于75％，抗压强度大于18Mpa，密度为0.77g/cm3。
实施例2
参照图2，将95％(重量)辉绿岩和5％(重量)的钾长石、94％(重量)玄武岩和6％(重量)的萤石分别在两个加热炉中加热至熔点以上150℃，使其充分熔化，达到澄清和均化，制成容易发泡的陶瓷熔液，分别流入到三个熔池中；通过各自的导流孔4将陶瓷熔液引入三个发泡室201、202、203中，玄武岩和萤石流入一个发泡室中，辉绿岩和钾长石流入另外两个发泡室中，每个发泡室中设有两组多孔喷嘴和振动器，两侧的两个熔池201和203中的注气量每分为0.02-0.04m3，中间发泡室202注入气体量每分0.10-0.14m3，速度约2.5-3.0m/s，压力0.05-0.10Mpa，在陶瓷熔液中产生长气泡，各发泡室用两个振动器以60-180次/s振动频率振动，使长气泡破碎成细小均匀的气泡，两侧发泡室的液态多孔泡沫陶瓷901、903的孔隙度较小，中间发泡室的液态多孔泡沫陶瓷902的孔隙度较大，气泡和陶瓷熔液组成粘稠性混合物上浮到陶瓷熔液上部，转变成液态多孔泡沫陶瓷；在发泡室上部安装有复合模具21，在不断注入的气体和振动器的振动下，形成越来越多的液态多孔泡沫陶瓷，通过模具挤出成型，以下同实施例1，最后制备的多孔泡沫陶瓷复合材料从两侧发泡室出来的其孔隙度大于60％，厚度20mm，从中间发泡室出来的其孔隙度大于85％，厚度160mm，总密度为0.61g/cm3，表面强度大于22Mpa。
实施例3
参照图1，将96％(重量)高岭土和4％(重量)的钠长石在加热炉1中加热至熔点以上200℃，使其充分熔化，达到澄清和均化，制成容易发泡的陶瓷熔液，流入到熔池2中；陶瓷熔液3通过熔池的导流孔4将陶瓷熔液引入发泡室5中，利用三组多孔喷嘴6向发泡室中注入空气，注入气体量每分0.18-0.20m3，速度约3.0m/s，压力0.05-0.10Mpa，在陶瓷熔液中产生长气泡，用三个旋转推进器7以3000转/分转速进行搅拌推进，使长气泡破碎成细小均匀的气泡8，气泡和陶瓷熔液组成粘稠性混合物上浮到陶瓷熔液上部，转变成液态多孔泡沫陶瓷9；在发泡室上部安装有模具10，在不断注入的气体和旋转推进器的搅拌或振动器的振动下，形成越来越多的液态多孔泡沫陶瓷，通过模具挤出成型，以下除在滚筒进行平整处理后，用喷嘴16直接喷涂一层该陶瓷熔液实体层，再用另一喷嘴17喷涂釉料熔液，形成釉层外，其余同实施例1，最后制备的多孔泡沫陶瓷的孔隙度大于75％，抗压强度大于15Mpa，密度为0.60g/cm3。

Claims (6)

1.一种多孔泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于：包括熔化陶瓷原料、注入气体发泡、模具挤出成型、牵引带拉出冷却定型和后处理，具体步骤如下：
(1)熔化陶瓷原料：将陶瓷原料在加热炉中加热到熔点以上100-200℃，使其充分熔化，达到澄清和均化，制成容易发泡的陶瓷熔液，流入到熔池中；
(2)注入气体发泡：通过熔池的导流孔将熔池中的陶瓷熔液引入发泡室中，利用至少一个多孔喷嘴向熔池中的陶瓷熔液中注入气体，产生长气泡，通过至少一个旋转推进器或振动器搅拌或振动，使长气泡破碎成均匀细小的气泡，气泡和陶瓷熔液组成粘稠性混合物上浮到陶瓷熔液上部，转变成液态多孔泡沫陶瓷，通过调整多孔喷嘴的参数和数量，调整旋转推进器的数量和搅拌转速或振动器振动频率与振幅，可以调节多孔泡沫陶瓷的孔径和孔隙度；
(3)模具挤出成型：在发泡室上部安装有模具，在不断注入的气体和旋转推进器的搅拌或振动器的振动下，形成越来越多的液态多孔泡沫陶瓷，通过模具挤出成型，并逐渐冷却成半凝固状态的多孔泡沫陶瓷，熔池中的熔液不断补充到发泡室中，使得连续发泡而不间断；
(4)牵引带拉出冷却定型：将半凝固状态的多孔泡沫陶瓷用水平支撑牵引带和两侧支撑牵引带牵拉出来，通过水平滚筒和两侧滚筒对其进行平整处理，进一步冷却定型；
(5)后处理：将冷却定型后的多孔泡沫陶瓷按设计尺寸切割，冷却至室温，码垛存放。
2.根据权利要求1所述的多孔泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于：陶瓷原料是玄武岩、辉绿岩、安山岩、泥岩、板岩、高岭土、膨润土、煤矸石、粉煤灰、陶粒岩、页岩中至少一种，或玄武岩、辉绿岩、安山岩、泥岩、板岩、高岭土、膨润土、煤矸石、粉煤灰、陶粒岩、页岩中至少一种和莹石、熟石灰、白云石、锂辉石、钠长石、钾长石中至少一种的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的多孔泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于：增加加热炉、溶池、发泡室的数量及用复合模具可制备多孔泡沫陶瓷复合材料，经复合模具出来的不同材质、不同密度、不同梯度的陶瓷材料直接热接合成多孔泡沫陶瓷复合材料。
4.根据权利要求3所述的多孔泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于：在滚筒进行平整处理后，直接喷涂一层该陶瓷熔液实体层。
5.根据权利要求3所述的多孔泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于：在滚筒进行平整处理后，再喷涂釉料熔液，形成釉层。
6.根据权利要求4所述的多孔泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于：在滚筒进行平整处理后，再喷涂釉料熔液，形成釉层。
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