CN101955371B - 一种闭合气孔泡沫陶瓷的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种闭合气孔泡沫陶瓷的制备方法，采用高分解温度的硫酸钙发泡剂和无机高温氧化碳化硅造孔剂复合造孔，即将高铝质耐火砖65％-75％，硬质粘土10％-30％、长石0.1％-2％、硫酸钙4％-6％、碳化硅微粉4％-20％配料混合、球磨、压滤、干燥、陈腐后，机压成型，在1350℃-1400℃的空气气氛下烧结，冷却到室温获得闭合气孔率可高达75％以上的泡沫陶瓷，配料的单位为质量百分比。本发明采用高分解温度的硫酸钙发泡剂和无机高温氧化碳化硅造孔剂复合造孔，能够显著将泡沫陶瓷闭合气孔率由58％提高到75％以上。

Description

一种闭合气孔泡沫陶瓷的制备方法

技术领域

本发明属于无机非金属材料合成技术领域，特别是一种闭合气孔泡沫陶瓷的制备方法。

背景技术

泡沫陶瓷，是一种新型陶瓷材料，是成型后经高温烧成制得的，具有大量彼此相通或闭合的气孔的陶瓷材料。由于它内部分布着相互贯通的微孔或空洞，使它具有密度低、透过性好、热导率小、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等诸多优良的性能，被广泛应用到能源、化工、建筑、航天航空等诸多领域。此类材料是根据孔径的大小、形态、数量以及分布等参数，结合基体材料本身的性质，以达到其性能特点。因此，如何控制孔径的大小、形态、数量以及分布已经成为提高泡沫陶瓷性能的关键。而如何制备气孔率高于75％以上的闭合气孔多孔材料，已成为泡沫陶瓷研发的生产的关键。

泡沫陶瓷的传统制备方法有挤压成型、颗粒堆积法、有机泡沫浸渍法、发泡法、添加造孔剂法、溶胶——凝胶法、凝胶注模法、脉冲电流烧结法、水热——静压法、冷冻干燥法、自蔓延高温烧结法等。

有机泡沫浸渍法是先将有机泡沫在料浆中浸渍、再经干燥、烧结而制得多孔材料。此方法对烧成工艺要求较高，且不能制备具有闭孔气泡的多孔材料。发泡法是向陶瓷组分中添加有机或无机化学物质，通过化学反应等产生挥发性气体而产生泡沫，再经干燥和烧成制得泡沫陶瓷。此方法较容易制备出小孔径的闭孔气泡，但在坯体烧结后，获得的泡沫陶瓷气孔率只有58.07％(石英质高温闭孔泡沫陶瓷的制备，稀有金属材料与工程，2007年36卷)。添加造孔剂法是在陶瓷配料中添加能在坯体中占据一定空间的造孔剂，在烧结过程中造孔剂离开基体而形成气孔来制备泡沫陶瓷。造孔剂法颗粒的形状和大小决定了泡沫陶瓷材料气孔的形状和大小。此方法可以提高烧制品的开孔气孔率(＞70％)，又具有很好的强度，但并不能提高泡沫陶瓷的闭合气孔率，且气孔均匀性较差(泡沫陶瓷制备方法发展现状，陶瓷，2009年第2期)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种闭合气孔泡沫陶瓷的制备方法，采用高分解温度的硫酸钙发泡剂和无机高温氧化碳化硅造孔剂复合造孔，获得具有闭孔孔隙率高达75％以上的泡沫陶瓷。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种闭合气孔泡沫陶瓷的制备方法，采用高分解温度的硫酸钙发泡剂和无机高温氧化碳化硅造孔剂复合造孔，即将高铝质耐火砖65％-75％，硬质粘土10％-30％、长石0.1％-2％、硫酸钙4％-6％、碳化硅微粉4％-20％配料混合、球磨、压滤、干燥、陈腐后，机压成型，在1350℃-1400℃的空气气氛下烧结，冷却到室温获得闭合气孔率可高达75％以上的泡沫陶瓷，配料的单位为质量百分比。

本发明与现有技术相比，其显著优点：采用高分解温度的硫酸钙发泡剂和无机高温氧化碳化硅造孔剂复合造孔，能够显著将泡沫陶瓷闭合气孔率由58％提高到75％以上。选用分解温度高的硫酸钙为发泡剂、是因为它能有效的减低坯体在低温时，由发泡剂分解，而产生的粉体坍塌，造成的闭合气孔孔径细小。当生坯加热到在1330℃左右时时，硫酸钙分解，产生气体，此时烧结坯已在钠长石和硬质粘土等矿化剂的作用下产生粘度较大的熔体，熔体能够有效的将成孔剂分解产生的气体封闭在烧结体中，形成弥散均匀分布的小孔径闭合气孔。当烧成温度达到1350以上时，碳化硅微粉氧化，产生CO₂气体，和SiO₂氧化层。SiO₂氧化层与烧结体中的AL₂O₃形成了稳定的莫来石结构。莫来石晶相钉扎在CO₂气体的扩散途径，有效的缓解气体压力的释放，原有弥散分布的小孔径气孔缓慢长大，从而获得闭合气孔率可高达75％以上，孔径4-6mm，呈均匀分布，体积密度为0.06-0.10g/cm³的泡沫陶瓷。泡沫陶瓷的主晶相为莫来石，因此，其方法制备的泡沫陶瓷的抗折强度达到1.0MPa以上。同时泡沫陶瓷耐弱酸性好，抗腐蚀、耐冲刷等特点，能广泛的应用于1000℃-1200℃工业窑炉的保温蓄热材料，也可应用于各种高温酸性、高湿度、高气流冲刷的恶劣环境。

具体实施方式

本发明闭合气孔泡沫陶瓷的制备方法用工业废弃的高铝质耐火砖为基体材料、硫酸钙为发泡剂、碳化硅微粉为造孔剂，钠长石、硬质粘土为矿化剂，采用发泡剂—造孔剂复合造孔法，获得闭孔孔隙率高达75％以上的泡沫陶瓷，工艺步骤为：

1、原料准备：

高铝质耐火砖：将固体废弃的高铝质耐火砖经破碎、细磨成粉体，并通过325目的筛。其中，其化学组成及质量百分含量分别为SiO₂占55％-70％，Al₂O₃占30％-37％，其余为铁、钙、镁、钾的氧化物占2％-7％。

硬质粘土：选用济南惠尔硬质粘土有限公司生产的一级硬质粘土。其主要矿物相为高岭石及硬水铝石、伊利石、叶腊石。化学组成及质量百分含量分别为SiO₂占35％-75％，Al₂O₃为30-50％，Fe₂O₃小于1.6

钠长石：东港市晟威矿业有限公司，工业纯，粒径75um，

碳化硅：易成公司，工业纯，粒径4um，

硫酸钙：景德镇陶瓷石膏厂，工业纯，粒径58um，

2、配料、球磨：

将原料按照质量百分比为废高铝质耐火砖55％-75％，硬质粘土10％-30％、长石0.1％-2％、硫酸钙4％-6％、碳化硅微粉4％-20％，进行混合，湿法球磨20h-24h后，料浆粒径小于5微米。

3、料浆经压滤、干燥、陈腐3-5天：

采用兴泰压滤机生产的2000程控全自动压滤机压滤料浆，得到的粉体在(60℃-120℃)的干燥室干燥3-10天后，装入仓库自然条件下陈腐3-5天。

4、成型：

陈腐的粉体按质量百分比为2-5％的比例外加聚乙烯醇粘结剂(0.5ml/10g)，在30-50MPa压力下机压成型。机压成型机械为大石桥市金桥机械制造厂，J67-800磨擦式压砖机。成型后生坯规格尺寸为长240±5mm，宽190±5mm，高90±2mm。

5、高温烧结：

将生坯装入隧道窑，在空气气氛下，1350℃-1400℃，保温2-6小时的条件下烧结。具体烧成制度为：0℃-200℃，2.5-3.0h，200℃-500℃，2h-2.5h，500℃-1350℃，4-5h。

6、冷却：在空气中自然冷却到室温。

实施例1

选取废高铝耐火材料65％，破碎、细磨成粉体，并通过325目的筛。加入硬质粘土28％，长石1％、硫酸钙1％、碳化硅微粉5％，混合、球磨20h后，料浆经压滤、干燥、陈腐3天，添加聚乙烯醇粘结剂(0.5ml/10g)，在30MPa压力下机压成型，在空气气氛下，1350度，保温2小时的条件下烧结。获得的泡沫陶瓷闭合的气孔率78％，孔径4.5mm，呈均匀分布在陶瓷烧结体中。陶瓷体积密度为0.07g/cm³，抗折强度达到1.1MPa。

实施例2

选取废高铝耐火材料65％，破碎、细磨成粉体，并通过325目的筛。加入硬质粘土12％，长石2％、硫酸钙5％、碳化硅微粉16％，混合、球磨24h后，料浆经压滤、干燥、陈腐3天，添加聚乙烯醇粘结剂(0.5ml/10g)，在45MPa压力下机压成型，在空气气氛下，1370度，保温4小时的条件下烧结。获得的泡沫陶瓷闭合的气孔率85％，孔径4.0mm，呈均匀分布在陶瓷烧结体中。陶瓷体积密度为0.06g/cm³，抗折强度达到1.3MPa。

实施例3

选取废高铝耐火材料70％，破碎、细磨成粉体，并通过325目的筛。加入硬质粘土13％，长石1％、硫酸钙6％、碳化硅微粉10％，混合、球磨22h后，料浆经压滤、干燥、陈腐3天，添加聚乙烯醇，在50MPa压力下机压成型，在空气气氛下，1380度，保温2小时的条件下烧结。获得的泡沫陶瓷闭合的气孔率86.5％，孔径6.5mm，呈均匀分布在陶瓷烧结体中。陶瓷体积密度为0.07g/cm³，抗折强度1.0MPa。

实施例4

选取废高铝耐火材料75％，破碎、细磨成粉体，并通过325目的筛。加入硬质粘土10％，长石2％、硫酸钙5％、碳化硅微粉8％，混合、球磨24h后，料浆经压滤、干燥、陈腐3天，添加聚乙烯醇，在40MPa压力下机压成型，在空气气氛下，1400度，保温4小时的条件下烧结。获得的泡沫陶瓷闭合的气孔率75％，孔径4.0mm，呈均匀分布在陶瓷烧结体中。陶瓷体积密度为0.08g/cm³，抗折强度1.5MPa。

Claims (2)

1.一种闭合气孔泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于：采用高分解温度的硫酸钙发泡剂和无机高温氧化碳化硅造孔剂复合造孔，即将高铝质耐火砖65％-75％，硬质粘土10％-30％、长石0.1％-2％、硫酸钙4％-6％、碳化硅微粉4％-20％配料混合、球磨、压滤、干燥、陈腐后，机压成型，在1350℃-1400℃的空气气氛下烧结，冷却到室温获得闭合气孔率可高达75％以上的泡沫陶瓷，配料的单位为质量百分比，其配料组分质量百分比之和为100％。

2.根据权利要求1所述的闭合气孔泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于：球磨配料的粒径小于5微米。