CN106518145A - 一种泡沫陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种泡沫陶瓷及其制备方法，属于陶瓷及其制备技术领域，该泡沫陶瓷是利用前驱体浸渍浆料制备泡沫陶瓷，所述前驱体为三聚氰胺甲醛泡沫，浆料由如下重量百分比的原料制成：碳化硅微粉40～60％、玻璃5～10％、SiO2胶体5～10％、羧甲基纤维素1～3％、流化剂0.5～1.5％、消泡剂0.5～1.5％、絮凝剂0.5～1.5％，余量为水。本发明并公开了泡沫陶瓷的制备方法。本发明以三聚氰胺甲醛泡沫为前驱体制得的泡沫陶瓷容重为0.4～0.8g/cm3，整体开孔率为70～80％，强度可达7～8MPa，性能稳定，是一种理想的泡沫陶瓷吸声材料。

Description

一种泡沫陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷及其制备技术领域，特别涉及一种泡沫陶瓷及其制备方法。
背景技术
泡沫陶瓷是一种体积密度很小、开口气孔率很高、具有三维网络结构的新型多孔陶瓷材料，具有抗热震、耐高温、耐化学腐蚀及良好的机械强度和过滤性能等特点，可广泛用于催化剂载体、过滤材料、热交换材料、洗车尾气净化器、反应塔及吸收塔的化工填料等。日本、德国及美国等工业发达国家早在20世纪70年代就已经开始泡沫陶瓷的研制工作，并相继在汽车尾气、治金工业熔融金属夹杂质过滤及催化剂载体等方面获得了应用，获得了非常好的效果。我国也在20世纪80年代中期开始了此项研究工作，先后有近几十家科研单位采用多种制备工艺方法对泡沫陶瓷的制备进行了探索研究，研制泡沫陶瓷在高温熔融金属、汽车尾气净化等应用领域达到了实用化技术水平。
泡沫陶瓷常见的制备方法有有机前驱体浸渍法、发泡反应法和有机物填积烧失法。目前，最理想的制备方法是有机前驱体浸渍法，这一点已经被许多研究所证实，用此种成型方法制备的泡沫陶瓷已在多个领域应用，取得了较为明显的效果。但是现有的前驱体浸渍法工艺存在一个明显的缺陷，即制品的孔隙结构，尤其是孔径取决于前驱体的孔隙结构和孔径大小，而目前所选用的有机泡沫的网眼尺寸是有限的，制约了所得泡沫陶瓷材料的孔径和结构。
发明内容
本发明提供一种泡沫陶瓷及其制备方法，为现有的泡沫陶瓷提供一种新的孔隙结构。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
本发明提供一种泡沫陶瓷，是利用前驱体浸渍浆料制备泡沫陶瓷，所述前驱体为三聚氰胺甲醛泡沫，浆料由如下重量百分比的原料制成：碳化硅微粉40～60％、玻璃5～10％、SiO2胶体5～10％、羧甲基纤维素1～3％、流化剂0.5～1.5％、消泡剂0.5～1.5％、絮凝剂0.5～1.5％，余量为水。
其中，优选地，所述流化剂为天然坡缕石黏土或天然凹凸棒石粘土。
其中，优选地，所述消泡剂为低分子醇或树脂。
其中，优选地，所述絮凝剂为聚乙二醇。
本发明并提供一种泡沫陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
(1)前驱体预处理：选用三聚氰胺甲醛泡沫为前驱体，按需要的尺寸切割后在温度60～70℃时用浓度为1.5～3mol/L的碱液中浸泡2～3小时，然后在45～55℃下水解处理，浸泡3～4h，用水洗涤至中性，晾干；该浆料具有高的固相含量和粘着性，可以保证陶瓷浆料最大限度的附着在前驱体的丝网上。
(2)浆料的制备：按比例称浆料原料与水混合，研磨4～6h，过筛得浆料；
(3)制坯：将有机前驱体中的空气排除后，将有机前驱体浸入浆料中，然后采用滚压或离心方法将多余浆料除去，并反复揉搓均匀，使陶瓷颗粒分布均匀，防止堵孔；
(4)烘干：将步骤(3)制得的泡沫陶瓷坯体在20～30℃下晾4～5小时，坯体在溶剂挥发的温度条件烘干或红外干燥，控制干燥速度按每小时10℃升温至80℃后保温，坯体的干燥收缩量应少于10％；
(5)烧结：将步骤(4)干燥后的陶瓷坯体放入烧成炉中，在500℃以下低温阶段，以35～45℃/h缓慢升温，然后在1350～1450℃保温1～1.5h，自然冷却至常温后得到泡沫陶瓷。在500℃以下烧掉了三聚氰胺甲醛泡沫体，500℃以下温度缓慢升温，有效避免了坯体快速熔融而无法成型。
本发明的有益效果：
本发明三聚氰胺甲醛泡沫为前驱体，三聚氰胺甲醛泡沫属于完全开孔型泡沫，其开孔率高达99.9％，具有亲水性强、气孔均匀、弹性高、拉伸强度大、气孔率高等特点，且具有三维网架结构和较低的烧失温度。以三聚氰胺甲醛泡沫为前驱体制得的泡沫陶瓷容重为0.4～0.8g/cm3，整体开孔率为70～80％，强度可达7～8MPa，性能稳定，是一种理想的泡沫陶瓷吸声材料。
本发明的泡沫陶瓷可用于高速公路、高速铁路、轻轨等交通市政设施的隔音屏障，城市地下通道降噪吊顶，商业城、办公大楼和体育馆的建筑声学装修，中央空调机房和柴油发电机房噪声治理和大型工业试验室等各种环保降噪工程，也可用于工矿企业高噪声机房、卡拉OK房等建筑物的天花板、墙板作为吸声隔热材料等。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种泡沫陶瓷，是利用前驱体浸渍浆料制备泡沫陶瓷，所述前驱体为三聚氰胺甲醛泡沫，浆料由如下重量百分比的原料制成：碳化硅微粉50％、玻璃7％、SiO2胶体8％、羧甲基纤维素2％、流化剂1％、消泡剂1％、絮凝剂1％，余量为水。
其中，所述流化剂为天然坡缕石黏土。
其中，所述消泡剂为低分子醇。
其中，所述絮凝剂为聚乙二醇。
本实施例并提供了上述泡沫陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
(1)前驱体预处理：选用三聚氰胺甲醛泡沫为前驱体，按需要的尺寸切割后在温度65℃时用浓度为2.0mol/L的碱液中浸泡2.5小时，然后在50℃下水解处理，浸泡3.5h，用水洗涤至中性，晾干；
(2)浆料的制备：按比例称浆料原料与水混合，研磨5h，过筛得浆料；
(3)制坯：将有机前驱体中的空气排除后，将有机前驱体浸入浆料中，然后采用滚压或离心方法将多余浆料除去，并反复揉搓均匀，使陶瓷颗粒分布均匀，防止堵孔；
(4)烘干：将步骤(3)制得的泡沫陶瓷坯体在25℃下晾1.5小时，坯体在溶剂挥发的温度条件烘干或红外干燥，控制干燥速度按每小时10℃升温至80℃后保温，坯体的干燥收缩量应少于10％；
(5)烧结：将步骤(4)干燥后的陶瓷坯体放入烧成炉中，在500℃以下低温阶段，以40℃/h缓慢升温，然后在1400℃保温1.5h，自然冷却至常温后得到泡沫陶瓷。
本实施例制得的泡沫陶瓷孔隙率为81％，容重为0.46g/cm3，材料强度为7.2MPa，30mm厚产品的平均吸声率为0.8(有空腔)。
实施例2
本实施例提供一种泡沫陶瓷，是利用前驱体浸渍浆料制备泡沫陶瓷，所述前驱体为三聚氰胺甲醛泡沫，浆料由如下重量百分比的原料制成：碳化硅微粉40％、玻璃10％、SiO2胶体5％、羧甲基纤维素3％、流化剂0.5％、消泡剂1.2％、絮凝剂1.5％，余量为水。
其中，所述流化剂为天然凹凸棒石粘土。
其中，所述消泡剂为树脂。
其中，所述絮凝剂为聚乙二醇。
本实施例并提供了上述泡沫陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
(1)前驱体预处理：选用三聚氰胺甲醛泡沫为前驱体，按需要的尺寸切割后在温度60℃时用浓度为3mol/L的碱液中浸泡2小时，然后在55℃下水解处理，浸泡3h，用水洗涤至中性，晾干；
(2)浆料的制备：按比例称浆料原料与水混合，研磨6h，过筛得浆料；
(3)制坯：将有机前驱体中的空气排除后，将有机前驱体浸入浆料中，然后采用滚压或离心方法将多余浆料除去，并反复揉搓均匀，使陶瓷颗粒分布均匀，防止堵孔；
(4)烘干：将步骤(3)制得的泡沫陶瓷坯体在20℃下晾5小时，坯体在溶剂挥发的温度条件烘干或红外干燥，控制干燥速度按每小时10℃升温至80℃后保温，坯体的干燥收缩量应少于10％；
(5)烧结：将步骤(4)干燥后的陶瓷坯体放入烧成炉中，在500℃以下低温阶段，以35℃/h缓慢升温，然后在1450℃保温1h，自然冷却至常温后得到泡沫陶瓷。
本实施例制得的泡沫陶瓷孔隙率为68％，容重为0.8g/cm3，材料强度为8MPa，30mm厚产品的平均吸声率为0.72(有空腔)。
实施例3
本实施例提供一种泡沫陶瓷，是利用前驱体浸渍浆料制备泡沫陶瓷，所述前驱体为三聚氰胺甲醛泡沫，浆料由如下重量百分比的原料制成：碳化硅微粉60％、玻璃5％、SiO2胶体10％、羧甲基纤维素1％、流化剂1.5％、消泡剂0.5％、絮凝剂1.5％，余量为水。
其中，所述流化剂为天然坡缕石黏土。
其中，所述消泡剂为树脂。
其中，所述絮凝剂为聚乙二醇。
本实施例并提供了上述泡沫陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
(1)前驱体预处理：选用三聚氰胺甲醛泡沫为前驱体，按需要的尺寸切割后在温度70℃时用浓度为1.5mol/L的碱液中浸泡3小时，然后在45℃下水解处理，浸泡4h，用水洗涤至中性，晾干；
(2)浆料的制备：按比例称浆料原料与水混合，研磨4h，过筛得浆料；
(3)制坯：将有机前驱体中的空气排除后，将有机前驱体浸入浆料中，然后采用滚压或离心方法将多余浆料除去，并反复揉搓均匀，使陶瓷颗粒分布均匀，防止堵孔；
(4)烘干：将步骤(3)制得的泡沫陶瓷坯体在30℃下晾4小时，坯体在溶剂挥发的温度条件烘干或红外干燥，控制干燥速度按每小时10℃升温至80℃后保温，坯体的干燥收缩量应少于10％；
(5)烧结：将步骤(4)干燥后的陶瓷坯体放入烧成炉中，在500℃以下低温阶段，以45℃/h缓慢升温，然后在1350℃保温1h，自然冷却至常温后得到泡沫陶瓷。
本实施例制得的泡沫陶瓷孔隙率为78％，容重为0.6g/cm3，材料强度为8MPa，30mm厚产品的平均吸声率为0.75(有空腔)。
实施例4
本实施例提供一种泡沫陶瓷，是利用前驱体浸渍浆料制备泡沫陶瓷，所述前驱体为三聚氰胺甲醛泡沫，浆料由如下重量百分比的原料制成：碳化硅微粉55％、玻璃8％、SiO2胶体9％、羧甲基纤维素1.5％、流化剂1.2％、消泡剂1.2％、絮凝剂1.4％，余量为水。
其中，所述流化剂为天然凹凸棒石粘土。
其中，所述消泡剂为低分树脂。
其中，所述絮凝剂为聚乙二醇。
本实施例并提供了上述泡沫陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
(1)前驱体预处理：选用三聚氰胺甲醛泡沫为前驱体，按需要的尺寸切割后在温度60℃时用浓度为3mol/L的碱液中浸泡3小时，然后在45℃下水解处理，浸泡3h，用水洗涤至中性，晾干；
(2)浆料的制备：按比例称浆料原料与水混合，研磨6h，过筛得浆料；
(3)制坯：将有机前驱体中的空气排除后，将有机前驱体浸入浆料中，然后采用滚压或离心方法将多余浆料除去，并反复揉搓均匀，使陶瓷颗粒分布均匀，防止堵孔；
(4)烘干：将步骤(3)制得的泡沫陶瓷坯体在25℃下晾4.5小时，坯体在溶剂挥发的温度条件烘干或红外干燥，控制干燥速度按每小时10℃升温至80℃后保温，坯体的干燥收缩量应少于10％；
(5)烧结：将步骤(4)干燥后的陶瓷坯体放入烧成炉中，在500℃以下低温阶段，以40℃/h缓慢升温，然后在1420℃保温1.2h，自然冷却至常温后得到泡沫陶瓷。
本实施例制得的泡沫陶瓷孔隙率为75％，容重为0.4g/cm3，材料强度为7.0MPa，30mm厚产品的平均吸声率为0.7(有空腔)。
实施例5
本实施例提供一种泡沫陶瓷，是利用前驱体浸渍浆料制备泡沫陶瓷，所述前驱体为三聚氰胺甲醛泡沫，浆料由如下重量百分比的原料制成：碳化硅微粉45％、玻璃6％、SiO2胶体7％、羧甲基纤维素1.5％、流化剂0.8％、消泡剂0.8％、絮凝剂0.6％，余量为水。
其中，所述流化剂为天然坡缕石黏土。
其中，所述消泡剂为树脂。
其中，所述絮凝剂为聚乙二醇。
本实施例并提供了上述泡沫陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
(1)前驱体预处理：选用三聚氰胺甲醛泡沫为前驱体，按需要的尺寸切割后在温度68℃时用浓度为1.8mol/L的碱液中浸泡2.2小时，然后在48℃下水解处理，浸泡3.5h，用水洗涤至中性，晾干；
(2)浆料的制备：按比例称浆料原料与水混合，研磨5h，过筛得浆料；
(3)制坯：将有机前驱体中的空气排除后，将有机前驱体浸入浆料中，然后采用滚压或离心方法将多余浆料除去，并反复揉搓均匀，使陶瓷颗粒分布均匀，防止堵孔；
(4)烘干：将步骤(3)制得的泡沫陶瓷坯体在25℃下晾4.5小时，坯体在溶剂挥发的温度条件烘干或红外干燥，控制干燥速度按每小时10℃升温至80℃后保温，坯体的干燥收缩量应少于10％；
(5)烧结：将步骤(4)干燥后的陶瓷坯体放入烧成炉中，在500℃以下低温阶段，以42℃/h缓慢升温，然后在1400℃保温1.4h，自然冷却至常温后得到泡沫陶瓷。
本实施例制得的泡沫陶瓷孔隙率为75％，容重为0.6g/cm3，材料强度为7.6MPa，30mm厚产品的平均吸声率为0.7(有空腔)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种泡沫陶瓷，其特征在于是利用前驱体浸渍浆料制备泡沫陶瓷，所述前驱体为三聚氰胺甲醛泡沫，浆料由如下重量百分比的原料制成：碳化硅微粉40～60％、玻璃5～10％、SiO2胶体5～10％、羧甲基纤维素1～3％、流化剂0.5～1.5％、消泡剂0.5～1.5％、絮凝剂0.5～1.5％，余量为水。
2.根据权利要求1所述的一种泡沫陶瓷，其特征在于：所述流化剂为天然坡缕石黏土或天然凹凸棒石粘土。
3.根据权利要求1所述的一种泡沫陶瓷，其特征在于：所述消泡剂为低分子醇或树脂。
4.根据权利要求1所述的一种泡沫陶瓷，其特征在于：所述絮凝剂为聚乙二醇。
5.一种权利要求1～4任一项所述的泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)前驱体预处理：选用三聚氰胺甲醛泡沫为前驱体，按需要的尺寸切割后在温度60～70℃时用浓度为1.5～3mol/L的碱液中浸泡2～3小时，然后在45～55℃下水解处理，浸泡3～4h，用水洗涤至中性，晾干；
(2)浆料的制备：按比例称浆料原料与水混合，研磨4～6h，过筛得浆料；
(3)制坯：将有机前驱体中的空气排除后，将有机前驱体浸入浆料中，然后采用滚压或离心方法将多余浆料除去，并反复揉搓均匀，使陶瓷颗粒分布均匀，防止堵孔；
(4)烘干：将步骤(3)制得的泡沫陶瓷坯体在20～30℃下晾4～5小时，坯体在溶剂挥发的温度条件烘干或红外干燥，控制干燥速度按每小时10℃升温至80℃后保温，坯体的干燥收缩量应少于10％；
(5)烧结：将步骤(4)干燥后的陶瓷坯体放入烧成炉中，在500℃以下低温阶段，以35～45℃/h缓慢升温，然后在1350～1450℃保温1～1.5h，自然冷却至常温后得到泡沫陶瓷。
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