CN111875258A - 一种具有密度梯度发泡陶瓷材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有密度梯度发泡陶瓷材料的制备方法，包括：选取钾长石和黏土作为主体原料加入到球磨机中，按比例加入高温发泡剂与主体原料混合均匀形成混合料；将混合料放入圆盘造球机中进行喷水造粒形成造粒球；将造粒球放入烘箱进行干燥；对干燥后的造粒球筛选均匀的造粒球；对筛选后的造粒球在窑具中进行布料并烧制；对烧制后的材料按照厚度切割得到具有密度梯度的发泡玻璃陶瓷。本发明通过物料组成设计和烧成过程温度场设计，制备出具有密度梯度的发泡陶瓷，一方面可实现厚板的制备，同时，在满足保温要求的情况下，通过在厚度方向控制配料组成和温度分布，提高强度，减少施工过程中板材折断。
Description
技术领域
本发明涉及轻质墙体材料生产技术领域，具体涉及到一种具有密度梯度发泡陶瓷材料的制备方法。
背景技术
建筑耗能已占到国家的能源消耗的30％以上，通过改善建筑物围护结构的热工性能，适当的使用保温材料，在夏季可减少室外热量传入室内，在冬季可减少室内热量的流失，使建筑热环境得以改善，从而减少建筑冷、热消耗。
隔热保温材料主要有无机材料和有机材料两种，无机材料主要有石棉、气凝胶、发泡陶瓷等、有机材料有聚氨酯泡沫和膨胀的聚苯乙烯等。其中发泡陶瓷轻质墙体材料具有密度低，导热率低，抗冻性好，无毒性，防火、化学惰性、与建筑主体结构同寿命等优异性能，具有很好的应用前景。目前，发泡陶瓷主要采用固体废弃物、天然原料等为主要原料，引入发泡剂经过混合、造粒和高温烧成、切割等工序获得，主要用于外墙保温、轻质隔墙、屋顶保温等建筑围护结构。现将发泡陶瓷轻质墙体材料综合评述如下：
(1)用于外墙保温。发泡陶瓷用于外墙保温具有密度低，导热率低，抗冻性好，无毒性，防火、与建筑主体结构同寿命等优异性能。
(2)用于轻质隔墙。发泡陶瓷用于轻质隔墙具有比强度高，轻质、可以悬挂室内空调、防潮等优点。
(3)用于屋顶保温。发泡陶瓷用于屋顶保温具有密度低，导热率低，抗冻性好，无毒性，防火、防潮、不老化、比强度高、与建筑主体结构同寿命等优异性能。
发泡陶瓷用于建筑围护结构具有密度低，导热率低，抗冻性好，无毒性，防火、化学惰性、与建筑主体结构同寿命等优异性能。但在应用过程中存在如下问题：无论用于外墙保温、轻质隔墙、自保温墙体还是屋顶保温，均存在当尺寸较大时由于抗折强度较低，常导致施工过程产生折断，造成废品率偏高，影响施工进度和该类产品的广泛应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种具有密度梯度发泡陶瓷材料的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种具有密度梯度发泡陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
选取钾长石和黏土作为主体原料加入到球磨机中，按比例加入高温发泡剂与主体原料混合均匀形成混合料；
将混合料放入圆盘造球机中进行喷水造粒形成造粒球；
将造粒球放入烘箱进行干燥；
对干燥后的造粒球筛选均匀的造粒球；
对筛选后的造粒球在窑具中进行布料并烧制；
对烧制后的材料按照厚度切割得到具有密度梯度的发泡玻璃陶瓷。
作为本发明的进一步技术方案为，所述选取钾长石和黏土作为主体原料加入到球磨机中，还包括，将主体原料磨细到0.088mm以下。
作为本发明的进一步技术方案为，所述高温发泡剂为碳化硅。
作为本发明的进一步技术方案为，所述钾长石、黏土、高温发泡剂的重量比为50～80：48～18：2，所述高温发泡剂与主体原料混合时间为2小时。
进一步的，所述将造粒球放入干燥设备进行干燥，具体包括：将造粒球在烘箱按阶梯式升温50℃保温2小时、80℃保温2小时、110℃保温8小时进行干燥。
作为本发明的进一步技术方案为，所述对干燥后的造粒球筛选均匀的造粒球；具体为：将干燥后的造粒球用1mm和3mm筛网进行筛分，获得粒度在1-3mm的造粒球。
作为本发明的进一步技术方案为，所述对筛选后的造粒球铺放在窑具中进行布料并烧制；具体包括：将筛分好的造粒球按照造粒球上层和造粒球下层铺放在堇青石-莫来石窑具中。
作为本发明的进一步技术方案为，所述造粒球上层为为钾长石:粘土:碳化硅＝80:18:2的造粒球铺设2厘米厚，所述造粒球下层为钾长石:粘土:碳化硅＝70:28:2造粒球铺设1厘米厚。
作为本发明的进一步技术方案为，所述对筛选后的造粒球铺放在窑具中进行布料并烧制；还包括在布料前，在窑具中铺放一层氧化铝纤维纸。
作为本发明的进一步技术方案为，所述窑具内为氧化性气氛，烧制按着5℃/分钟升温至1260℃，保温4小时，随后，物料随炉自然冷却至40℃，从炉中取出。
本发明的有益效果：
本发明通过物料组成设计和烧成过程温度场设计，制备出具有密度梯度的发泡陶瓷，一方面可实现厚板的制备，同时，在满足保温要求的情况下，通过在厚度方向控制配料组成和温度分布，制备出具有密度梯度分部的发泡玻璃陶瓷轻质墙体材料，在保证保温隔热性能的基础上，提高强度，可以制备出具有较高抗折强度的发泡陶瓷轻质墙固体材料，减少施工过程中板材折断；可以制备出大厚度的发泡陶瓷轻质墙体材料，由于材料成分梯度和温度梯度变化，可以设计成下部高温液相粘度较高，上部液相粘度较低，避免物料过厚造成下层物料气孔合并或破裂，导致密度过大。
具体实施方式
下面结合实施例描述本发明具体实施方式：
本发明是在钾长石-粘土原料体系制备发泡陶瓷原料配比与烧成温度对其强度、气孔率和热导率影响规律的基础上，采用下述三种途径：(1)在布料时，在厚度方向选择不同配比的造粒料，选择相同的烧成温度，可以获得上下具有不同气孔率、强度和热导率的发泡玻璃陶瓷墙体材料。(2)在布料时，在厚度方向选择具有相同组成的造粒料，烧成时，在高度方向设置温度梯度，可以获得上下具有不同气孔率、强度和热导率的发泡玻璃陶瓷墙体材料。(3)在布料时，在厚度方向选用不同组成的造粒料，同时在烧成时，在厚度方向设置温度梯度，可以获得上下具有不同气孔率、强度和热导率的发泡陶瓷墙体材料。
上述发泡陶瓷轻质墙体材料的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤一，选取钾长石和黏土作为主体原料，将原料磨细到0.088mm以下，以碳化硅为高温发泡剂，选择粒度为325目，按照钾长石和粘土重量比为50～80：48～18，碳化硅掺入量为2wt％比例称量，混合在球磨机中进行，混合2小时，以使物料混合均匀。
步骤二，将不同组成的混合料分别在圆盘造球机中，通过喷入适量的水分进行造粒，获得粒径相对均匀的料球。
步骤三，将造粒球在烘箱(或其他干燥设备)按阶梯式升温50℃保温2小时、80℃保温2小时、110℃保温8小时进行干燥。
步骤四，将干燥后的造粒球用1mm和3mm筛网进行筛分，获得粒度在1-3mm的造粒球，剔除粒径过大造粒球和细粉，以保持烧成发泡玻璃陶瓷的结构相对均匀性。
步骤五，将筛分好的造粒球铺放在堇青石-莫来石窑具中，布料前，在窑具中铺放一层氧化铝纤维纸，以防止物料烧成时与窑具粘连；下部铺放钾长石:粘土:碳化硅＝80:18:2造粒球2厘米厚，上层铺放钾长石:粘土:碳化硅＝70:28:2造粒球，总料层厚度为3厘米，保持各层布料均匀；试样烧成在氧化性气氛烧成，按着5℃/分钟升温至1260℃，保温4小时，随后，物料随炉自然冷却至40℃，从炉中取出。
步骤六，按着厚度要求进行上表面切割即可获得具有密度梯度的发泡玻璃陶瓷。
本发明提供的制备方法将钾长石、页岩、粉煤灰、尾矿等主体原料按一定比例与粘土和高温发泡剂碳化硅混合，经过圆盘成球机造粒、干燥，得到一定粒级的造粒料，将窑具搭建后，铺放氧化铝纤维纸，通过控制料层在厚度方向的配料比例和温度分布，在高温下烧成，可以获得具有密度分布的发泡陶瓷轻质墙体材料，该类材料具有密度低，导热率低，抗冻性好，无毒性，防火、防潮、不老化、强度高、与建筑主体结构同寿命等优异性能。
本发明实施例中，原料体系主要原料为钾长石和粘土，可以采用一部分尾矿和粉煤灰进行取代，高温发泡剂选用碳化硅细粉。
其中制备工艺中可以布料时可以选用一种配比，采用上下温度不同，借助一定温度梯度实现发泡玻璃陶瓷上下密度梯度；也可以采用布料时组成变化和烧成温度梯度变化实现发泡玻璃陶瓷上下密度梯度。
本发明制备的发泡陶瓷轻质墙体材料具有密度低，耐压强度和抗折强度较高的特点，可在保证保温隔热性能的同时，具有较好的载荷破坏能力。
本发明制备的发泡陶瓷轻质墙体材料，其优点主要表现在以下几个方面：
1、可以获得具有性能梯度变化的发泡陶瓷轻质墙体材料，梯度变化变现在密度、强度和热导率等。
2、可以制备出大厚度的发泡陶瓷轻质墙体材料，由于材料成分梯度和温度梯度变化，可以设计成下部高温液相粘度较高，上部液相粘度较低，避免物料过厚造成下层物料气孔合并或破裂，导致密度过大。
3、可以制备出具有较高抗折强度的发泡陶瓷轻质墙固体材料，减少施工过程板材的折断。
以下是本发明的最优实施例，本发明不限于这些实施例，在本发明给出的范围内，均能够制备出发泡陶瓷轻质墙体材料。
实施例1：
将180目钾长石与180目黏土，重量比分别为70:28和80:18与2wt％325目碳化硅利用球磨机混合2小时。利用圆盘造粒机进行造粒进行造粒，经110℃保温8小时干燥后，利用筛分分别以1～3mm的造粒球。以莫来石-堇青石作为窑具，搭建450×450mm空间，随后铺放氧化铝纤维纸，接着底层铺放2cm厚钾长石:粘土:碳化硅＝80:18:2造粒球，上层铺放1cm厚钾长石:粘土:碳化硅＝70:28:2造粒球。试样在电阻炉中氧化性气氛烧成，烧成温度1260℃，保温4小时，随后随炉冷却至40℃出炉，获得试样厚度5.6cm，试样性能见表1。
表1发泡玻璃陶瓷材料的性能
实施例2：
将180目钾长石与180目黏土，重量比分别为60:38和70:28与2wt％325目碳化硅利用球磨机混合2小时。利用圆盘造粒机进行造粒进行造粒，经110℃保温8小时干燥后，利用筛分分别以1～3mm的造粒球。以莫来石-堇青石作为窑具，搭建450×450mm空间，随后铺放氧化铝纤维纸，接着底层铺放2cm厚页岩:粘土:碳化硅＝70:28:2造粒球，上层铺放1cm厚页岩:粘土:碳化硅＝60:38:2造粒球。试样在电阻炉中氧化性气氛烧成，烧成温度1260℃，保温4小时，随后随炉冷却至40℃出炉，获得试样厚度6.3cm，试样性能见表2。
表2发泡玻璃陶瓷材料的性能
实施例3：
将180目钾长石与180目黏土，重量比为70:28与2wt％325目碳化硅利用球磨机混合2小时。利用圆盘造粒机进行造粒进行造粒，经110℃保温8小时干燥后，利用筛分分别以1～3mm的造粒球。以莫来石-堇青石作为窑具，搭建450×450mm空间，随后铺放氧化铝纤维纸，铺放3cm厚钾长石:粘土:碳化硅＝70:28:2造粒球。试样在电阻炉中氧化性气氛烧成，窑具上沿烧成温度1260℃，下沿温度控制在1240保温4小时烧成，随后随炉冷却至40℃出炉，获得试样厚度5.7cm，试样性能见表3。
表3发泡玻璃陶瓷材料的性能
实施例4：
将180目钾长石与180目黏土，重量比分别为60:38和70:28与2wt％325目碳化硅利用球磨机混合2小时。利用圆盘造粒机进行造粒进行造粒，经110℃保温8小时干燥后，利用筛分分别以1～3mm的造粒球。以莫来石-堇青石作为窑具，搭建450×450mm空间，随后铺放氧化铝纤维纸，接着底层铺放2cm厚钾长石:粘土:碳化硅＝70:28:2造粒球，上层铺放2cm厚钾长石:粘土:碳化硅＝60:38:2造粒球。试样在电阻炉中氧化性气氛烧成，窑具上沿烧成温度控制1260℃，下沿温度控制在1240保温4小时烧成，随后随炉冷却至40℃出炉，获得试样厚度7.9cm，试样性能见表4。
表4发泡玻璃陶瓷材料的性能
上面对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。
Claims (10)
1.一种具有密度梯度发泡陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
选取钾长石和黏土作为主体原料加入到球磨机中，按比例加入高温发泡剂与主体原料混合均匀形成混合料；
将混合料放入圆盘造球机中进行喷水造粒形成造粒球；
将造粒球放入烘箱进行干燥；
对干燥后的造粒球筛选均匀的造粒球；
对筛选后的造粒球在窑具中进行布料并烧制；
对烧制后的材料按照厚度切割得到具有密度梯度的发泡玻璃陶瓷。
2.根据权利要求1所述的一种具有密度梯度发泡陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述选取钾长石和黏土作为主体原料加入到球磨机中，还包括，将主体原料磨细到0.088mm以下。
3.根据权利要求1所述的一种具有密度梯度发泡陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述高温发泡剂为碳化硅。
4.根据权利要求1所述的一种具有密度梯度发泡陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述钾长石、黏土、高温发泡剂的重量比为50～80：48～18：2，所述高温发泡剂与主体原料混合时间为2小时。
5.根据权利要求1所述的一种具有密度梯度发泡陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述将造粒球放入干燥设备进行干燥，具体包括：将造粒球在烘箱按阶梯式升温50℃保温2小时、80℃保温2小时、110℃保温8小时进行干燥。
6.根据权利要求1所述的一种具有密度梯度发泡陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述对干燥后的造粒球筛选均匀的造粒球；具体为：将干燥后的造粒球用1mm和3mm筛网进行筛分，获得粒度在1-3mm的造粒球。
7.根据权利要求1所述的一种具有密度梯度发泡陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述对筛选后的造粒球铺放在窑具中进行布料并烧制；具体包括：将筛分好的造粒球按照造粒球上层和造粒球下层铺放在堇青石-莫来石窑具中。
8.根据权利要求7所述的一种具有密度梯度发泡陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述造粒球上层为为钾长石:粘土:碳化硅＝80:18:2的造粒球铺设2厘米厚，所述造粒球下层为钾长石:粘土:碳化硅＝70:28:2造粒球铺设1厘米厚。
9.根据权利要求1所述的一种具有密度梯度发泡陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述对筛选后的造粒球铺放在窑具中进行布料并烧制；还包括在布料前，在窑具中铺放一层氧化铝纤维纸。
10.根据权利要求1所述的一种具有密度梯度发泡陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述窑具内为氧化性气氛，烧制按着5℃/分钟升温至1260℃，保温4小时，随后，物料随炉自然冷却至40℃，从炉中取出。
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