CN111892422A - 一种多孔吸声降噪陶瓷的制备方法 - Google Patents

一种多孔吸声降噪陶瓷的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种多孔吸声降噪陶瓷的制备方法,包括以下步骤:步骤1,将原料莫来石粉、粘土、石英粉混合得到混合粉末,将混合粉末和水混合并加入分散剂、球磨,随后加入胶凝剂,再次球磨,得到浆料;步骤2,将浆料转移至烧杯中,加入发泡剂,随后在水浴条件下进行搅拌,得到发泡浆料;然后将发泡浆料注入模具中静置;步骤3,脱模得到样坯;将样坯干燥得到生坯;将生坯高温烧结,炉冷,得到多孔吸声降噪陶瓷。本发明多孔吸音降噪陶瓷的制备方法,一方面对原料和工艺方法进行改造,降低了使用成本;另一方面,筛选胶凝剂,以及优化工艺过程,获得了具有高强度,高耐火度,和高吸声降噪系数的多孔吸声降噪陶瓷材料,具有很好的实用价值。

Description

一种多孔吸声降噪陶瓷的制备方法
技术领域
本发明属于功能陶瓷制备方法技术领域,具体涉及一种多孔吸声降噪陶瓷的制备方法。
背景技术
随着经济的发展,噪音污染已经逐渐成为城市生活的污染源之一。为降低噪音污染带来的种种不良影响,吸音降噪材料越来越受到人们的关注。
吸声材料一般具有轻质、疏松、多孔结构的特点。吸声材料多种多样,分为有机吸声材料和无机吸声材料等。有机吸声材料主要有泡沫塑料、脲醛泡沫塑料、工业毛毡等,但是不防火,不耐高温,强度低,在火灾等情况下,很容易被毁掉。无机吸声材料有泡沫玻璃、玻璃棉、矿渣棉、沥青矿渣棉等,但耐火度低、有毒性等问题,亦或者在中低频段的吸声降噪效果较差。
根据材料的吸声的原理,孔径、孔隙率与吸声系数具有直接联系。材料的特性阻抗与介质(空气)特性阻抗的比可表达为:γ=ρc/ρ0c0,式中,参数ρ为多孔材料的有效密度,参数c为气流在多孔材料内部的流动速率,参数ρ0是空气密度,参数c0空气中的声速。为了使更多声波能透入多孔材料内,必须使γ接近1,为此可适当增加多孔材料的连通孔隙率,降低材料有效密度,但是密度的降低,会导致材料的折弯系数,以及抗压强度下降。
目前,采用模板发泡方法制备多孔陶瓷,存在烧结过程中的有机物大量排放,污染环境。利用冷冻干燥或超临界干燥技术,可以获得性能卓越的多孔陶瓷材料,但是成本太高,且不能制备大尺寸的多孔材料。而凝胶注模方法结合发泡法制备多孔陶瓷,因成本低,工艺稳定具有良好的前景。
中国专利《多孔氧化铝陶瓷及其制作方法》(申请号:CN201910836102.X;申请日:20190904;公开号:CN110423135A;公开日:20191108)采用氧化铝为原料,异丁烯和顺丁烯二酸酐的共聚物为胶凝剂,聚丙烯酸铵或四甲基氢氧化铵为分散剂,通过发泡、注模、干燥、烧结,从而获得了孔隙率较好的多孔氧化铝;但是胶凝剂异丁烯和顺丁烯二酸酐的共聚物,聚丙烯酸铵或四甲基氢氧化铵,都有一定毒性,不适合大规模推广。
中国专利《一种多层结构多孔陶瓷吸声材料及其制备方法》(申请号:CN201510438388.8;申请日:20150723;公开号:CN105036797B;公开日:20170426)提出了一种以矿物为原料,成本较低的制备多孔陶瓷吸声材料的方法,其目的是为了解决交通噪声;但是制备的吸声陶瓷材料,并未给出相应的吸声系数,并不明确是否能达到降低交通噪声的目的,对于特定场合的低频噪音的吸声效果,更不可知。与之相类似,中国专利《具有多种吸声结构的低成本生态陶瓷材料及其制备方法》(申请号:CN201910774304.6;申请日:20190821;公开号:CN110342956A;公开日:20191018)公开了用矿物为原料,制备一种成本较低的多孔陶瓷吸声材料,但强度较低,应用仍然受限。文献《多孔陶瓷吸声材料的制备与性能研究》(硕士论文),采用了植物胶为胶凝胶,具有环保功效,但是采用了博罗石粒,番禺黑泥,梅州石粉等价格昂贵的原料,不适合大规模应用。中国专利《一种具有吸音和植物栽培功能的陶瓷材料及其制备方法》(申请号:CN201110370562.1;申请日:20111118;公开号:CN102515823B;公开日:20131113)公开的吸音陶瓷材料,具有一定耐火度和吸音系数,但是原料中由大量有机甚至有毒添加剂,会造成空气污染,且所制得多孔陶瓷抗压强度低,低频区的吸音系数低。
发明内容
本发明的目的是提供一种多孔吸声降噪陶瓷的制备方法,解决了现有制备方法吸声降噪陶瓷中,添加物有毒性、成本较高、且制备的陶瓷抗压强度和吸音系数低的问题。
本发明所采用的技术方案是,一种多孔吸声降噪陶瓷的制备方法,包括以下步骤:
步骤1,浆料制备
将原料莫来石粉、粘土、石英粉混合得到混合粉末,将混合粉末和水混合并加入分散剂、第一次球磨,随后加入胶凝剂,第二次球磨,得到固含量为55wt%~65wt%的浆料;
步骤2,发泡注模
将步骤1得到的浆料转移至烧杯中,加入发泡剂,随后在水浴条件下进行搅拌,得到发泡浆料;然后将发泡浆料注入模具中,静置4h~6h;
步骤3,干燥烧结
将步骤2中的模具脱去,得到样坯;
将样坯置于烘箱干燥,得到生坯;
将生坯置于高温烧结炉烧结,随后炉冷至室温,得到所需多孔吸声降噪陶瓷。
本发明的特征还在于,
步骤1中莫来石粉、粘土、石英粉混合的质量比为(3~7):(2~5):(1~4);
混合粉末和水的重量比为(0.4~0.7):(0.3~0.6)。
步骤1中分散剂具体为六偏磷酸钠且重量为水的0.1wt%~0.5wt%;
胶凝剂的重量为水的0.4wt%~1.1wt%,胶凝剂具体为卡拉胶、葡萄糖和柠檬酸的混合物,其中卡拉胶的重量为水的0.1wt%~0.3wt%,葡萄糖的重量为水的0.1wt%~0.4wt%,柠檬酸的重量为水的0.2wt%~0.4wt%。
步骤1中第一次球磨的参数为:以250rpm的转速球磨2h~4h;
第二次球磨的参数为:以250rpm的转速球磨0.5h~1.5h。
步骤2中发泡剂具体为十二烷基硫酸钠,且重量为步骤1中水的0.4wt%~0.7wt%。
步骤2中水浴温度为70℃~80℃;搅拌时间为5~10min。
步骤3中烘箱干燥的参数:烘箱温度60℃~70℃,干燥时间8h~12h。
步骤3中高温烧结炉烧结参数为:
高温烧结炉以3℃/min的速率升温至200℃,保温30min~100min,随后以5℃min的速率升温至1350℃~1450℃,保温1h~8h。
本发明的有益效果是:
(1)本发明一种多孔吸声降噪陶瓷的制备方法,采用莫来石粉、粘土、石英粉作为原料,制备过程中不涉及模压机、冷等静压机等昂贵设备,降低了生产成本;
(2)本发明一种多孔吸声降噪陶瓷的制备方法,采用水为溶剂替代传统的有机溶剂,烧结过程中无有机物质的挥发,且碳排放量减小,对环境友好,无毒性物质排出;
(3)本发明一种多孔吸声降噪陶瓷的制备方法,获得厚度为30mm的多孔吸声降噪陶瓷、孔径范围140μm~360μm、在0-5000Hz范围内体降噪系数为0.8、耐高温不小于1350℃、抗折强度50MPa,性能良好,满足了防火、吸声降噪以及一定强度等特殊使用需求。
附图说明
图1是本发明一种多孔吸声降噪陶瓷的制备方法的制备流程图;
图2是本发明制备方法中实施例1获得的多孔吸声降噪陶瓷的微观形貌图;
图3是本发明制备方法中实施例1获得的不同厚度的多孔吸声降噪陶瓷的抗压强度曲线图;
图4是本发明制备方法中实施例1获得的多孔吸声降噪陶瓷的不同频率的吸声系数曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
实施例1
制备流程如图1所示,具体的:
步骤1,浆料制备
称取质量莫来石粉为30份、粘土50份、石英粉20份、50份的水混合,加入重量为水0.1wt%的分散剂六偏磷酸钠、以250rpm的转速球磨2h,随后加入胶凝剂,以250rpm的转速球磨1h,得到浆料;
胶凝剂具体为卡拉胶、葡萄糖和柠檬酸的混合物,其中卡拉胶的重量为水的0.3wt%,葡萄糖的重量为水的0.4wt%,柠檬酸的重量为水的0.2wt%。
步骤2,发泡注模
将步骤1得到的浆料转移至烧杯中,加入重量为水的0.4wt%发泡剂十二烷基硫酸钠,随后在温度70℃水浴条件下,搅拌5min,得到发泡浆料;然后将发泡浆料注入模具中,静置4h。
步骤3,干燥烧结
将步骤2中的模具脱去,得到样坯;将样坯置于温度60℃烘箱干燥8h,得到生坯;将生坯置于高温烧结炉中,以速率3℃/min升温至200℃,保温30min,随后以速率5℃min升温至1350℃,保温1h,炉冷至室温,得到所需多孔吸声降噪陶瓷。
按照实施例1的方法,分别制备厚度为20mm、30mm和40mm多孔吸声降噪陶瓷样品。如图2所示,样品中分布着许多的细小微孔,且孔洞大小分布均匀,孔径尺寸集中在140μm-350μm之间。
如图3所示,厚度在30mm时,抗折强度接近50MPa;厚度在40mm时,抗折强度达到了65MPa,表明该多孔陶瓷具有良好的强度。如图4所示,厚度为30mm~40mm的样品,在0-5000Hz范围内,降噪系数均达到0.8以上,满足吸声墙体材料的使用要求。
实施例2
步骤1,浆料制备
称取质量莫来石粉为50份、粘土20份、石英粉30份、45份的水混合,加入重量为水0.3wt%的分散剂六偏磷酸钠、以250rpm的转速球磨3h,随后加入胶凝剂,以250rpm的转速球磨0.5h,得到浆料;
胶凝剂具体为卡拉胶、葡萄糖和柠檬酸的混合物,其中卡拉胶的重量为水的0.2wt%,葡萄糖的重量为水的0.4wt%,柠檬酸的重量为水的0.4wt%。
步骤2,发泡注模
将步骤1得到的浆料转移至烧杯中,加入重量为水的0.5wt%发泡剂十二烷基硫酸钠,随后在温度70℃水浴条件下,搅拌8min,得到发泡浆料;然后将发泡浆料注入模具中,静置6h。
步骤3,干燥烧结
将步骤2中的模具脱去,得到样坯;将样坯置于温度70℃烘箱干燥10h,得到生坯;将生坯置于高温烧结炉中,以速率3℃/min升温至200℃,保温50min,随后以速率5℃min升温至1350℃,保温3h,炉冷至室温,得到所需多孔吸声降噪陶瓷。
按照实施例2的方法,分别制备厚度为30mm和40mm多孔吸声降噪陶瓷样品,吸声系数达到了0.30以上。如表1所示,厚度30mm,直径99mm的样品,测试结果在0-5000Hz范围内,降噪系数达到了0.92。
实施例3
步骤1,浆料制备
称取质量莫来石粉为40份、粘土20份、石英粉40份、55份的水混合,加入重量为水0.5wt%的分散剂六偏磷酸钠、以250rpm的转速球磨4h,随后加入胶凝剂,以250rpm的转速球磨1.5h,得到浆料;
胶凝剂具体为卡拉胶、葡萄糖和柠檬酸的混合物,其中卡拉胶的重量为水的0.2wt%,葡萄糖的重量为水的0.2wt%,柠檬酸的重量为水的0.3wt%。
步骤2,发泡注模
将步骤1得到的浆料转移至烧杯中,加入重量为水的0.6wt%发泡剂十二烷基硫酸钠,随后在温度80℃水浴条件下,搅拌10min,得到发泡浆料;然后将发泡浆料注入模具中,静置5h。
步骤3,干燥烧结
将步骤2中的模具脱去,得到样坯;将样坯置于温度70℃烘箱干燥12h,得到生坯;将生坯置于高温烧结炉中,以速率3℃/min升温至200℃,保温30min,随后以速率5℃min升温至1400℃,保温2h,炉冷至室温,得到所需多孔吸声降噪陶瓷。
按照实施例3的方法,分别制备厚度为30mm和40mm多孔吸声降噪陶瓷样品,吸声系数达到了0.37以上。如表1所示,厚度30mm,直径99mm的样品,测试结果在0-5000Hz范围内,降噪系数达到了0.8。
实施例4
步骤1,浆料制备
称取质量莫来石粉为60份、粘土30份、石英粉10份、50份的水混合,加入重量为水0.2wt%的分散剂六偏磷酸钠、以250rpm的转速球磨4h,随后加入胶凝剂,以250rpm的转速球磨1h,得到浆料;
胶凝剂具体为卡拉胶、葡萄糖和柠檬酸的混合物,其中卡拉胶的重量为水的0.3wt%,葡萄糖的重量为水的0.3wt%,柠檬酸的重量为水的0.2wt%。
步骤2,发泡注模
将步骤1得到的浆料转移至烧杯中,加入重量为水的0.4wt%发泡剂十二烷基硫酸钠,随后在温度75℃水浴条件下,搅拌10min,得到发泡浆料;然后将发泡浆料注入模具中,静置4h。
步骤3,干燥烧结
将步骤2中的模具脱去,得到样坯;将样坯置于温度60℃烘箱干燥12h,得到生坯;将生坯置于高温烧结炉中,以速率3℃/min升温至200℃,保温100min,随后以速率5℃min升温至1450℃,保温3h,炉冷至室温,得到所需多孔吸声降噪陶瓷。
按照实施例4的方法,分别制备厚度为30mm和40mm多孔吸声降噪陶瓷样品,吸声系数达到了0.33以上。如表1所示,厚度30mm,直径99mm的样品,测试结果在0-5000Hz范围内,降噪系数达到了0.86。
如表1所示,对实施例1-实施例4中所得厚度30mm、直径99mm的多孔吸声降噪陶瓷样品,进行物理性能测试:通过测试可知,多孔陶瓷制品可耐高温1350℃以上,在0-5000Hz范围内,降噪系数都在0.8以上,抗压强度达到38MPa以上,具有较高孔隙率且高达70%,可以满足众多场合的样品使用要求。
表1样品物理性能测试汇总
本发明多孔吸音降噪陶瓷的制备方法,一方面对原料和工艺方法进行改造,降低了使用成本;另一方面,筛选胶凝剂,以及优化工艺过程,获得了具有高强度,高耐火度,和高吸声降噪系数的多孔吸声降噪陶瓷材料,具有很好的实用价值。

Claims (8)

1.一种多孔吸声降噪陶瓷的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,浆料制备
将原料莫来石粉、粘土、石英粉混合得到混合粉末,将所述混合粉末和水混合并加入分散剂,第一次球磨,随后加入胶凝剂,第二次球磨,得到固含量为55wt%~65wt%的浆料;
步骤2,发泡注模
将步骤1得到的浆料转移至烧杯中,加入发泡剂,随后在水浴条件下搅拌,得到发泡浆料;然后将发泡浆料注入模具中,静置4h~6h;
步骤3,干燥烧结
将步骤2中的模具脱去,得到样坯;
将所述样坯置于烘箱干燥,得到生坯;
将所述生坯置于高温烧结炉烧结,随后炉冷至室温,得到所需多孔吸声降噪陶瓷。
2.根据权利要求1所述的一种多孔吸声降噪陶瓷的制备方法,其特征在于,所述步骤1中莫来石粉、粘土、石英粉混合的质量比为(3~7):(2~5):(1~4);
所述混合粉末和水的重量比为(0.4~0.7):(0.3~0.6)。
3.根据权利要求1所述的一种多孔吸声降噪陶瓷的制备方法,其特征在于,所述步骤1中分散剂具体为六偏磷酸钠且重量为所述水的0.1wt%~0.5wt%;
所述胶凝剂的重量为所述水的0.4wt%~1.1wt%,所述胶凝剂具体为卡拉胶、葡萄糖和柠檬酸的混合物,其中所述卡拉胶的重量为所述水的0.1wt%~0.3wt%,所述葡萄糖的重量为所述水的0.1wt%~0.4wt%,所述柠檬酸的重量为所述水的0.2wt%~0.4wt%。
4.根据权利要求1所述的一种多孔吸声降噪陶瓷的制备方法,其特征在于,所述步骤1中第一次球磨的参数为:以250rpm的转速球磨2h~4h;
所述第二次球磨的参数为:以250rpm的转速球磨0.5h~1.5h。
5.根据权利要求1所述的一种多孔吸声降噪陶瓷的制备方法,其特征在于,所述步骤2中发泡剂具体为十二烷基硫酸钠且重量为步骤1中所述水的0.4wt%~0.7wt%。
6.根据权利要求1所述的一种多孔吸声降噪陶瓷的制备方法,其特征在于,所述步骤2中水浴温度为70℃~80℃;搅拌时间为5min~10min。
7.根据权利要求1所述的一种多孔吸声降噪陶瓷的制备方法,其特征在于,所述步骤3中烘箱干燥的参数:烘箱温度60℃~70℃,干燥时间8h~12h。
8.根据权利要求1所述的一种多孔吸声降噪陶瓷的制备方法,其特征在于,所述步骤3中高温烧结炉烧结参数为:
所述高温烧结炉以3℃/min的速率升温至200℃,保温30min~100min,随后以5℃min的速率升温至1350℃~1450℃,保温1h~8h。
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