CN103288353A - 一种低密度高强度硼硅酸盐微晶泡沫玻璃 - Google Patents

一种低密度高强度硼硅酸盐微晶泡沫玻璃 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低密度高强度的硼硅酸盐微晶泡沫玻璃，制备方法为：先按基础配合料的质量百分比含量SiO255%～65%、Na2CO315%～17%、K2CO315%～17%、Al2O33%～5%、H3BO38%～17%，在此基础上外加晶核剂1%～4%,和发泡剂0.5%～1%进行配料，湿磨3h，浆料干燥后再干磨3h，过150目标准筛，最后放入熔炉中于775℃烧制。所述的发泡剂为碳黑，所述的晶核剂为二氧化钛、氟化钙或者二氧化钒。本发明的硼硅酸盐微晶泡沫玻璃具有密度低、强度高的特点，并且工艺简单，成本低廉，适合工业化生产。

Description

一种低密度高强度硼硅酸盐微晶泡沫玻璃
技术领域
本发明涉及一种无机非金属材料，具体涉及一种低密度高强度的硼硅酸盐微晶泡沫玻璃及其制备方法。
背景技术
泡沫玻璃是一种人工制作的多孔材料，因其内部充满了无数微小均匀的连通或封闭气孔，所以是一种性能良好的保温隔热和吸音材料。但是由于目前市场上供应的泡沫玻璃普遍存在着机械强度低、抗热冲击性差的缺点，因而大部分用于化工、电力、冷藏等领域，所以适合做保温材料而不宜做墙体材料。在国内，由于工艺技术等问题，泡沫玻璃在建筑业的应用几乎是空白。
微晶玻璃又称玻璃陶瓷或结晶化玻璃，是由玻璃控制晶化制得的多晶固体。由于该产品性能卓越、成本低廉、加工容易、附加值高，所以具有很高的实用价值和商业价值。但是由于微晶玻璃容重大，大量用于非建筑业，而在建筑业主要用作装饰材料。
为了克服泡沫玻璃和微晶玻璃各自的不足，结合两者性能的优点，研制一种新型的材料—微晶泡沫玻璃。微晶泡沫玻璃是一种在玻璃主体相中均匀分布着大量微小气泡和针状晶体的轻质、高强材料。由于微晶泡沫玻璃中存在大量的气孔，所以材料容重大大降低，而且气孔大多数互不连通，所以材料具有轻质、保温隔热的性能。机械强度比泡沫玻璃大得多，它不仅具有保温材料的性能，而且还具有承重材料的特点。微晶泡沫玻璃的生产工艺比较简单，而且所采用的基础原料为工业废渣，成本较低，生产过程中对环境的污染较小，有利于环境保护。微晶泡沫玻璃综合了微晶玻璃机械强度高、使用温度范围宽和泡沫玻璃质轻的特点，是一种新型的值得开发和研究的材料。南京大学以废玻璃和粉煤灰为主要原料，以碳酸钙为发泡剂制备了微晶泡沫玻璃，将研磨的玻璃粉、粉煤灰和非金属矿加入水后进行混合，在含有水分的情况下压制成型，然后烘干，放入窑内烧制，然后将烧制后的毛坯切割成型。其缺点是除玻璃粉和粉煤灰外，还加入了非金属矿，制造成本较高。所用的非金属矿有碱性长石、硅砂、纯碱和方解石。并且采用了压制成型，制作工艺复杂。
发明内容
本发明的目的，是克服现有技术的上述缺点，合理选择晶核剂，提供一种工艺简单、机械强度高、气孔均匀、体积密度小的微晶泡沫玻璃及其制备方法。
本发明通过如下技术方案予以实现。
一种低密度高强度硼硅酸盐微晶泡沫玻璃，基础配合料的组成及其质量百分比含量为SiO255%～65%、H3BO38%～17%、Na2CO315%～17%、K2CO33%～5%、Al2O33%～5%,在此基础上，外加发泡剂0.5%～1%，晶核剂1%～4%；
所述的发泡剂为碳黑；
所述的晶核剂为二氧化钛、氟化钙或者五氧化二钒；
该低密度高强度硼硅酸盐微晶泡沫玻璃的制备方法如下：
（1）按照硼硅酸盐微晶泡沫玻璃的基础配合料的组成及其质量百分比含量：SiO255%～65%、H3BO38%～17%、Na2CO315%～17%、K2CO33%～5%、Al2O33%～5%,在此基础上，外加发泡剂0.5%～1%，晶核剂1%～4%，进行配料，放入球磨罐中，按照原料：氧化铝球：去离子水的质量比为1:2:1.5球磨3h，然后将料浆倒入托盘中干燥；
（2）将步骤（1）干燥好的混合料进行干磨，干磨时间为3h，球、料的质量比为2:1；
（3）将步骤（2）干磨好的粉料过150目的标准筛；
（4）将步骤（3）过筛后的粉料放入石墨坩埚中，于775℃烧制；
（5）将步骤（4）烧制好的制品切割成规定形状；
（6）对步骤（5）的制品进行性能测试。
所述发泡剂的粒度为100目。
所述步骤（4）的温度制度为：400℃以下升温速率为3℃/min；于400℃保温30min；400℃到725℃升温速率为4℃/min；725℃到775℃升温速率为2℃/min；于775℃保温30min。
该微晶泡沫玻璃的气孔率为70%～90%，抗压强度为3～5MPa，密度为0.3～0.5g/cm3。
本发明的有益效果是：通过改变硼硅酸盐微晶泡沫玻璃的基础配方和烧成制度制备出一种低密度、高强度的硼硅酸盐微晶泡沫玻璃，该泡沫玻璃的气孔率为70%～90%，抗压强度为3～5MPa，密度为0.3～0.5g/cm3。
附图说明:
图1是本发明实施例1的硼硅酸盐微晶泡沫玻璃在X射线衍射仪检测的衍射照片。
具体实施方式
本发明所用原料均采用市售的化工原料，具体实施例如下。
实施例1
用电子天平称取二氧化硅12g，硼酸2.6g，碳酸钠3.4g，碳酸钾1g，氧化铝1g，发泡剂碳黑0.12g，晶核剂二氧化钛0.4g，一起加入到球磨罐中，用氧化铝小球和去离子水为介质，按照原料：氧化铝球：去离子水的质量比为1:2:1.5，湿磨3h，将料浆放入恒温干燥箱中烘干，再球磨3h，得到颗粒极细的粉料。将粉料过150目的标准筛后，填充于石墨坩埚中，切勿装料过满，在振动台上震动成型。成型后，将带有配合料的石墨坩埚送入电阻炉内，于775℃烧制；温度制度为：400℃以下升温速率为3℃/min；于400℃保温30min；400℃到725℃升温速率为4℃/min；725℃到775℃升温速率为2℃/min；于775℃保温30min。
实施例1的相关性能测试结果为：
体积密度：0.480g/cm3
气孔率:77.14%
抗压强度：4.40MPa
图1是本实施例的衍射照片，其中横坐标为衍射角2θ/(°)，纵坐标为衍射强度；由图1可以看出有SiO2晶体的出现。
实施例2
用电子天平称取二氧化硅13g，硼酸2g，碳酸钠3.2g，碳酸钾0.9g，氧化铝0.9g，发泡剂碳黑0.2g，成核剂二氧化钛0.6g。其它工艺方法与实施例1相同。
实施例2的相关性能测试结果为：
体积密度：0.454g/cm3
气孔率：78.38%
抗压强度：3.18MPa
实施例3～实施例6
除了基础配合料中各成分的配比及晶核剂改变之外，其余工艺方法与施例1相同；经同样的性能评价，各项性能指标均为优良。
各实施例的原料组成及其质量百分比含量详见下表1。
各实施例的相关性能测试结果详见表2。
表1
Figure BDA00003238800800031
表2
NO. 气孔率(%) 抗压强度（MPa） 密度（g/cm3）
实施例1 77.14 4.40 0.480
实施例2 78.38 3.18 0.454
实施例3 83.38 3.14 0.349
实施例4 80.33 4.19 0.413
实施例5 77 4.79 0.483
实施例6 83.85 3.78 0.339
本发明所列举的各原料都能实现本发明，以及各种原料的上下限取值、区间值都能实现本发明，不再一一举例说明。
以上仅是对本发明做的示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种低密度高强度硼硅酸盐微晶泡沫玻璃，基础配合料的组成及其质量百分比含量为SiO255%～65%、H3BO38%～17%、Na2CO315%～17%、K2CO33%～5%、Al2O33%～5%,在此基础上，外加发泡剂0.5%～1%，晶核剂1%～4%；
所述的发泡剂为碳黑；
所述的晶核剂为二氧化钛、氟化钙或者五氧化二钒；
该低密度高强度硼硅酸盐微晶泡沫玻璃的制备方法如下：
（1）按照硼硅酸盐微晶泡沫玻璃的基础配合料的组成及其质量百分比含量：SiO255%～65%、H3BO38%～17%、Na2CO315%～17%、K2CO33%～5%、Al2O33%～5%,在此基础上，外加发泡剂0.5%～1%，晶核剂1%～4%，进行配料，放入球磨罐中，按照原料：氧化铝球：去离子水的质量比为1:2:1.5球磨3h，然后将料浆倒入托盘中干燥；
(2)将步骤（1）干燥好的混合料进行干磨，干磨时间为3h，球、料的质量比为2:1；
(3)将步骤（2）干磨好的粉料过150目的标准筛；
(4)将步骤（3）过筛后的粉料放入石墨坩埚中，于775℃烧制；
(5)将步骤（4）烧制好的制品切割成规定形状；
(6)对步骤（5）的制品进行性能测试。
2.根据权利要求1的一种低密度高强度硼硅酸盐微晶泡沫玻璃，其特征在于，所述发泡剂的粒度为100目。
3.根据权利要求1的一种低密度高强度硼硅酸盐微晶泡沫玻璃，其特征在于，所述步骤（4）的温度制度为：400℃以下升温速率为3℃/min；于400℃保温30min；400℃到725℃升温速率为4℃/min；725℃到775℃升温速率为2℃/min；于775℃保温30min。
4.根据权利要求1的一种低密度高强度硼硅酸盐微晶泡沫玻璃，，其特征在于，该微晶泡沫玻璃的气孔率为70%～90%，抗压强度为3～5MPa，密度为0.3～0.5g/cm3。
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