CN1404459A - 多孔吸音性陶瓷成型体及其制造方法 - Google Patents

多孔吸音性陶瓷成型体及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明是由连通气孔的多孔陶瓷体构成的松密度在0.5～1.0的多孔吸音性陶瓷成型体，是相对于颗粒直径0.50～2.0mm的珍珠岩100重量份，从作为母相材料的飞灰、耐火泥、硅灰石、炉渣、硅石、火山喷出物、岩石或粘土矿物中选择的一种以上的烧结物100～200重量份和无机系粘合材料10～20重量份围绕烧结而成的、且上述珍珠岩粒子在它们的接触部形成连通开孔、内部气孔成为连通气孔的多孔吸音性陶瓷成型体。根据本发明，能以低的成本提供从低音区至高音区的宽音域内显示优良的吸音特性的吸音性砖和吸音性瓦等的多孔吸音性陶瓷成型体。

Description

多孔吸音性陶瓷成型体及其制造方法
技术领域
本发明涉及以珍珠岩(パ-ラィト)为主原料制造的多孔吸音性砖、瓦和其它板状体等的多孔吸音性陶瓷成型体及其制造方法。
背景技术
构成道路和建筑物等的隔音墙壁的吸音材料，人们要求作为高声音容易感受的400～4000Hz频率区的吸音，尤其要求对其中800～2000Hz的频率区的吸音。
从前作为代表性的吸音材料，有玻璃棉和石棉等矿物纤维系吸音材料，但是矿物纤维系吸音材料如果含有水分，则吸音性能显著降低的同时，由于是由纤维构成的，因此存在随时间的变形、在高速气流下容易飞散或剥离、在紫外线作用下粘合材料树脂劣化等缺点。
在此，用树脂膜覆盖该吸音材料，将其装在金属制的容器中等，但成本却变得非常高。
又，众所周知，石膏板是具有许多贯通孔的吸音材料，但由这种空孔石膏板构成的吸音材料，石膏板没有吸音性能，而是依靠贯通孔的共鸣来吸收声能，因此只能吸收特定频率的声音。所以，要在背面设置空气层，或在背面安装玻璃棉等衬里材料，但这些方法存在施工麻烦的问题。
另一方面，从前以硅酸盐矿物为原料，经烧结和陶瓷化制作瓦和砖，作为建筑材料和筑炉材料使用，并且作为城市环境和工厂环境的强烈噪音的对策，正在不断地使用各种陶瓷材料。
但是，现在不能提供便宜且具有优异的吸音性的陶瓷材料，也没有实现工程费用的降低。
发明的公开
在此，本发明鉴于上述从前的情况，以较低的成本提供具有耐候性、在人们感受的高声音的从低音区至高音区的较宽音域内显示优良的吸音特性的吸音性砖和吸音性瓦等的多孔吸音性陶瓷成型体。
即，本发明是下述构成的多孔吸音性陶瓷成型体及其制作方法。
(1)一种多孔吸音性陶瓷成型体，其特征在于：它是由连通气孔的多孔陶瓷体构成的松密度(容重)在0.3～1.5的多孔吸音性陶瓷成型体，是相对于颗粒直径0.10～8.0mm的珍珠岩100重量份，从作为母相材料的飞灰、炉渣、硅石、火山喷出物、岩石或粘土矿物中选择的一种以上的烧结物80～250重量份和无机系粘合材料5～30重量份围绕烧结而成，并且上述珍珠岩粒子在它们的接触部形成连通开孔，内部气孔成为连通气孔。
(2)一种多孔吸音性陶瓷成型体，其特征在于：它是由连通气孔的多孔陶瓷体构成的松密度在0.5～1.0的多孔吸音性陶瓷形成体，是相对于颗粒直径0.50～2.0mm的珍珠岩100重量份，从作为母相材料的飞灰、耐火泥、硅灰石、炉渣、硅石、火山喷出物、岩石或粘土矿物中选择的一种以上的烧结物100～200重量份和无机系粘合材料10～20重量份围绕烧结而成，并且上述珍珠岩粒子在它们的接触部形成连通开孔，内部气孔成为连通气孔。
(3)一种多孔吸音性陶瓷成型体，其特征在于：它是由连通气孔的多孔陶瓷体构成的、松密度在0.5～1.0、弯曲强度在10～28kgf/cm2、压缩强度在40～90kgf/cm2的多孔吸音性陶瓷成型体，是相对于颗粒直径0.50～2.0mm的珍珠岩100重量份，作为母相材料的飞灰烧结物100～200重量份和无机系粘合材料10～20重量份围绕烧结而成，并且上述珍珠岩粒子在它们的接触部形成连通开孔，内部气孔成为连通气孔。
(4)根据上述(1)～(3)项中的任一项记载的多孔吸音性陶瓷成型体，其特征在于：珍珠岩是珍珠岩、黑曜岩或松脂岩(松脂石)的粉碎物的烧结泡沫物。
(5)根据上述(1)～(4)项中的任一项记载的多孔吸音性陶瓷成型体，其特征在于：在母相材料中含有10～50重量份玻璃。
(6)根据上述(1)～(5)项中的任一项记载的多孔吸音性陶瓷成型体，其特征在于：珍珠岩和/或母相材料通过添加用于其结晶化的成核剂而被结晶化。
(7)根据上述(1)～(6)项中的任一项记载的多孔吸音性陶瓷成型体，其特征在于：母相材料还含有从金属纤维、玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维、矿物纤维或晶须中选择的一种以上的短纤维1～10重量份。
(8)根据上述(1)～(7)项中的任一项记载的多孔吸音性陶瓷成型体，其特征在于：多孔吸音性陶瓷成型体是砖。
(9)根据上述(1)～(7)项中的任一项记载的多孔吸音性陶瓷成型体，其特征在于：多孔吸音性陶瓷成型体是瓦和其它的板状体。
(10)一种多孔吸音性陶瓷成型体的制造方法，其特征在于：相对于颗粒直径0.10～3.5mm的珍珠岩100重量份，添加混合从飞灰、耐火泥、硅灰石、炉渣、硅石、火山喷出物、岩石、污泥或粘土矿物中选择的一种以上的粉末100～250重量份、粘合材料5～30重量份以及水10～50重量份，将得到的混合物成型为一定形状后进行干燥，其后通过在900～1200℃烧结来制造由连通气孔的多孔陶瓷体构成的松密度在0.3～1.2的多孔吸音性陶瓷成型体。
(11)一种多孔吸音性陶瓷成型体的制造方法，其特征在于：相对于颗粒直径0.50～2.0mm的珍珠岩100重量份，添加混合从飞灰、耐火泥、硅灰石、炉渣、硅石、火山喷出物、岩石、污泥或粘土矿物中选择的一种以上的粉末35～60重量份、粘合材料10～25重量份以及水20～45重量份，将得到的混合物在一定形状的型模内以8～15kgf/cm2的加压压力模压成型后，进行干燥，其后通过在950～1150℃烧结来制造由连通气孔的多孔陶瓷体构成的松密度在0.5～1.2的多孔吸音性陶瓷成型体。
(12)一种多孔吸音性陶瓷成型体的制造方法，其特征在于：相对于颗粒直径0.50～2.0mm的珍珠岩100重量份，添加混合35～60重量份飞灰粉末、10～25重量份粘合材料以及20～45重量份水，将得到的混合物在型模内以8～15kgf/cm2的加压压力模压成型后，进行干燥，其后在950～1150℃烧结来制造由连通气孔的多孔陶瓷体构成的松密度在0.5～1.0、弯曲强度在15～28kgf/cm2、压缩强度在40～90kgf/cm2的多孔吸音性陶瓷成型体。
(13)根据上述(10)～(12)项中的任一项记载的多孔吸音性陶瓷成型体的制造方法，其特征在于，粘合材料是水玻璃。
(14)根据上述(10)～(13)项中的任一项记载的多孔吸音性陶瓷成型体的制造方法，其特征在于：在混合物中添加用于玻璃结晶化的成核剂。
(15)根据上述(14)项记载的多孔吸音性陶瓷成型体的制造方法，其特征在于：该底材烧结后，进行用于促进玻璃结晶化的缓冷处理。
(16)根据上述(10)～(15)项中的任一项记载的多孔吸音性陶瓷成型体的制造方法，其特征在于：粘合材料是含有有机系物质的材料。
(17)根据上述(10)～(16)项中的任一项记载的多孔吸音性陶瓷成型体的制造方法，其特征在于：底材是相对于颗粒直径5～50μm的飞灰粉末100重量份进一步添加5～10重量份的金属纤维、玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维、矿物纤维、有机纤维或晶须中的一种或两种以上而构成的。
(18)根据上述(10)～(17)项中的任一项记载的多孔吸音性陶瓷成型体的制造方法，其特征在于：多孔吸音性陶瓷成型体是砖。
(19)根据上述(10)～(17)项中的任一项记载的多孔吸音性陶瓷成型体的制造方法，其特征在于：多孔吸音性陶瓷成型体是瓦和其它板状体。
附图的简要说明
图1是表示根据本发明的实施例得到的多孔吸音性砖的吸音特性的曲线图。
图2是根据本发明实施例得到的多孔吸音性陶瓷成型体的放大外观说明图。
图3是根据本发明实施例得到的多孔吸音性陶瓷成型体的放大剖面说明图。
符号的说明
1：珍珠岩；
2：飞灰；
3：珍珠岩粒子之间的连通开孔区；
4：在珍珠岩粒子之间形成的间隙；
5：在基体内的飞灰粒子之间形成的微小间隙
实施发明的最佳形态
以下说明本发明的实施形态。
在上述本申请发明中作为主原料使用的珍珠岩，一般是通过在850～1100℃烧结黑曜岩、珍珠岩、松脂岩等细碎物，主要使含有的水分气体化并借助于其气体压力而膨胀的中空球状体，由于是硅石-氧化铝系的陶瓷物质，因此质轻但具有相当高的耐火度，与玻璃球(ガラスバル-ン)等相比机械强度也较高。又，代替珍珠岩，也可以使用硅(シラス)泡沫体。
又，母相材料的原料所使用的飞灰、耐火泥、硅灰石、炉渣、硅石、火山喷出物、岩石或粘土矿物都是通过烧结而具有相当高的耐火度和机械强度的烧结物，其结果得到的多孔吸音性陶瓷成型体成为能充分抗火灾等的耐火度高的制品。
例如，飞灰是使煤和石油沥青等燃烧后产生的残渣灰，是火力发电厂等大量排放的物质，现在其应用技术和使用量尚少，在各个领域中对其应用正在锐意研究之中，其中颗粒直径5～50μm的飞灰微粉末能够很好地使用。
飞灰的成分组成，例如由SiO2：50～68％、Al2O3：20～35％、Fe2O3：2～7％、CaO：0.6～7％、MgO：0.2～2％、Na2O：0.1～2％、K2O：0.3～1.5％、Ig.loss：2～4％构成，是非晶，且各个飞灰粒子是颗粒直径5～50μm的球状体，内部是中空的。
因此，飞灰粒子转动性好、填充性优良、且烧结性良好。
对于本申请发明的多孔吸音性陶瓷成型体的制造方法，首先为了给予成型性，将飞灰微粉末等混入珍珠岩粒中，向其添加混合少量的玉米淀粉、CMC、水玻璃等粘结材料(粘结剂)后加压成型为所要求的砖和瓦等成型体形状。
又，作为加压成型目的的粘合材料，通常使用有机系的物质、例如玉米淀粉、CMC、藻酸钠、PVA、聚丙烯酸系乳浊液、多元醇系石蜡等，又，作为烧结珍珠岩和飞灰粒子等的兼作烧结剂的粘合材料可以很好地使用水玻璃和氧化铝凝胶等的无机材料凝胶。又，无机系粘合材料的水玻璃和硅胶或氧化铝凝胶中少量添加混合玻璃微粉末后可作为很好的粘合材料使用。
又，此时除此以外，为了使玻璃质结晶化而更提高强度，添加成核剂为宜，可以添加使用用于微晶玻璃制造的萤石、银、金、二氧化钛、氧化锆等众所周知的成核剂。
在添加制造其结晶化剂时，在烧结后的冷却时，应该按照常规方法、根据生成良好的结晶化的冷却温度图进行缓冷的温度管理。
其结果，可以提供制品强度格外增强的多孔吸音性陶瓷成型体。
又，对于本发明，作为增加强度和吸收电波用，可以配合各种纤维、例如金属纤维、玻璃纤维、碳纤维、各种陶瓷纤维、晶须。
本申请发明使用的原料的粒度范围以微粉末为宜，飞灰的颗粒直径在5～50μm、硅灰石的颗粒直径在40～70μm、高炉炉渣微粉末的颗粒直径在10～100μm以及硅石微粉末颗粒直径在1μm以下为宜。
尤其是含有水玻璃(硅酸钠水溶液)的粘合材料，使上述飞灰粉体原料的粒子表面大大地溶解和促进凝胶化、一边无遗漏地包住粉体一边随着烧结温度上升而发挥牢固地烧结粉体的作用，成为在850～1200℃的烧结温度下形成充分体现高强度的陶瓷体的强固的粘结成分。
又，对于含有该水玻璃的粘合材料的粘性的调节，通过添加粘土矿物、例如高岭土微粉末来控制为宜。
实施例
其次，说明有关本发明实施例的作为吸音性陶瓷成型体的多孔吸音性砖的制造的实施例。
实施例1
[使用原料]
A.珍珠岩(黑曜岩烧结泡沫粒体：平均颗粒直径1.5mm)100重量份
B.飞灰(平均颗粒直径20μm)167重量份
C.水玻璃(36°波美度、比重1.333)67重量份
[制造工序]
本发明的多孔吸音性砖的制造，是用上述原材料(1)制作成型底材、(2)接着成型为砖的形状，(3)干燥后、(4)烧结制造多孔吸音性砖。
(1)成型底材的制作，首先相对于珍珠岩100重量份(A.全量)添加55.7重量份飞灰(B)，装入到混凝土搅拌机中混合2分钟。
(a)接着，一边继续进行上述混合(2分钟)一边从上面喷射(喷雾)加入22.3重量份水玻璃(C)，制作在珍珠岩的表面粘附飞灰(表面用飞灰和水玻璃所被覆)状态的平均颗粒直径在1.7mm的造粒体；
(b)进一步一边继续混合(2分钟)一边在其上面加入55.7重量份飞灰(B)，从其上面喷雾加入22.3重量份水玻璃(C)，成为在由上述(a)得到的造粒体表面上进一步粘附飞灰的状态的平均颗粒直径在1.9mm的造粒体。
(c)然后，进一步一边继续混合(2分钟)一边在其上面加入55.7重量份飞灰(B)，从其上面喷雾加入22.3重量份水玻璃(C)，成为在由上述(b)得到的珍珠岩造粒体表面上粘附飞灰的状态的平均颗粒直径在2.1mm的造粒体。在此得到的造粒体的水分为13％，可以作为半干式成型用底材使用。
(2)成型是将通过上述得到的造粒体底材投入到金属模，以10kgf/cm2的压力进行模压成型从而得到砖形状的成型体。
(3)干燥是将上述成型体放入干燥炉内，在55℃加热干燥3小时。上述干燥物经粗切其边缘后，
(4)为了烧结而放入烧结炉内，以2.1～2.3℃/min的升温速度进行加热，于750℃保温2.5小时后升温到1300℃并保温3小时，然后以4℃/min的降温速度缓冷到600℃，再以3℃/min的速度缓冷到400℃，然后放冷到室温。
[制品的特性]
由放冷得到的烧结体，其压缩强度为42.0kgf/cm2、弯曲强度为14.6kgf/cm2、松密度为较轻的0.7，是几乎没有独立孔的带有连续细孔的多孔成型体。
而且，测定了用上述方法制造的多孔吸音性砖的吸音特性，示于图1。使用检测体(试样)砖的厚度为114mm的成型体，示出了没有背面空气层(0mm)以及有50mm背面空气层时的测定值。
如图1中所看到的那样，在1/3倍频程带宽中心频率125～4000Hz下，即使没有背面空气层，混响室法吸音率在125～250Hz的低频侧也显示出0.75～0.8的高数值，同时在125～4000Hz的宽频范围仍然得到0.75～0.9的高数值。
又，很清楚，从前通过将背面空气层作得厚一些来实现增大吸音率，但是按照本发明的多孔吸音性砖，即使没有背面空气层，也可以作为从低音区到高音区优良的吸音材料使用。
又，将用上述的方法制造的多孔吸音性砖(多孔吸音性陶瓷成型体)的晶粒组织以及连通气孔的状态示于图2和图3。
如图2的多孔吸音性陶瓷成型体的放大外观说明图以及图3的放大剖面说明图所示，由附带粘合材料的飞灰2烧结物构成的基体包围珍珠岩粒子1的周围，并且各个珍珠岩粒子1··之间由连通开孔区3··连通。
可以推测，该连通开孔区3··的形成是由于在珍珠岩粒子1被加热到高温而达到软化点至熔点附近的温度时，珍珠岩粒子中空内部的水蒸气等气体压力升高，在珍珠岩粒子1之间的接触部由于这些气体压力作用而突破侧壁的结果。形成这样的连通开孔区的温度随珍珠岩的品种不同而不同，以900℃～1200℃为宜，在1000℃～1150℃更佳。
连通气孔(1)不只是这样的珍珠岩粒子1··之间的连通开孔区3··，即使通过(2)珍珠岩粒子1··之间的间隙4和(3)在基体内的飞灰粒子之间形成的微小间隙5也可构成。
实施例2
在本发明实施例中，与实施例1一样，制造多孔吸音性砖，但与实施例1的不同点在于：作为使用原料，代替飞灰而使用高炉炉渣微粉末，最高烧结温度不是在1100℃烧结3小时，而是在1120℃烧结3小时。
所得到的多孔吸音性砖的吸音特性与实施例1得到的程度相同，但是压缩强度略高一些。
实施例3
在本发明实施例中，与实施例1一样，制造多孔吸音性砖，但与实施例1的不同点在于：作为使用原料B，使用混合了80重量份飞灰(平均颗粒直径20μm)与20重量份高炉炉渣微粉末的微粉末，并于1100℃烧结2小时。其结果，所得到的多孔吸音性砖的吸音特性与实施例1得到的程度相同。

Claims (19)

1.一种多孔吸音性陶瓷成型体，其特征在于：它是由连通气孔的多孔陶瓷体构成的、松密度在0.3～1.5的多孔吸音性陶瓷成型体，是相对于颗粒直径0.10～8.0mm的珍珠岩100重量份，从作为母相材料的飞灰、炉渣、硅石、火山喷出物、岩石或粘土矿物中选择的一种以上的烧结物80～250重量份和无机系粘合材料5～30重量份围绕烧结而成，并且上述珍珠岩粒子彼此在它们的接触部形成连通开孔，内部气孔成为连通气孔。
2.一种多孔吸音性陶瓷成型体，其特征在于：它是由连通气孔的多孔陶瓷体构成的、松密度在0.5～1.0的多孔吸音性陶瓷形成体，是相对于颗粒直径0.50～2.0mm的珍珠岩100重量份，从作为母相材料的飞灰、耐火泥、硅灰石、炉渣、硅石、火山喷出物、岩石或粘土矿物中的选择一种以上的烧结物100～200重量份和无机系粘合材料10～20重量份围绕烧结而成，并且上述珍珠岩粒子彼此在它们的接触部形成连通开孔，内部气孔成为连通气孔。
3.一种多孔吸音性陶瓷成型体，其特征在于：它是由连通气孔的多孔陶瓷体构成的、松密度在0.5～1.0、弯曲强度在10～28kgf/cm2、压缩强度在40～90kgf/cm2的多孔吸音性陶瓷成型体，是相对于颗粒直径0.50～2.0mm的珍珠岩100重量份，作为母相材料的飞灰烧结物100～200重量份和无机系粘合材料10～20重量份围绕烧结而成，并且上述珍珠岩粒子彼此在它们的接触部形成连通开孔，内部气孔成为连通气孔。
4.根据权利要求第1项～第3项中的任一项记载的多孔吸音性陶瓷成型体，其特征在于：珍珠岩是使珍珠岩、黑曜岩或松脂岩的粉碎物烧结发泡而得到的物质。
5.根据权利要求第1项～第4项中的任一项记载的多孔吸音性陶瓷成型体，其特征在于：在母相材料中含有10～50重量份玻璃。
6.根据权利要求第1项～第5项中的任一项记载的多孔吸音性陶瓷成型体，其特征在于：珍珠岩和/或母相材料通过添加用于其结晶化的成核剂而被结晶化。
7.根据权利要求第1项～第6项中的任一项记载的多孔吸音性陶瓷成型体，其特征在于：母相材料还含有从金属纤维、玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维、矿物纤维或晶须中选择的一种以上的短纤维1～10重量份。
8.根据权利要求第1项～第7项中的任一项记载的多孔吸音性陶瓷成型体，其特征在于：多孔吸音性陶瓷成型体是砖。
9.根据权利要求第1项～第7项中的任一项记载的多孔吸音性陶瓷成型体，其特征在于：多孔吸音性陶瓷成型体是瓦和其它的板状体。
10.一种多孔吸音性陶瓷成型体的制造方法，其特征在于：相对于颗粒直径0.10～3.5mm的珍珠岩100重量份，添加混合从飞灰、耐火泥、硅灰石、炉渣、硅石、火山喷出物、岩石、污泥或粘土矿物中选择的一种以上的粉末100～250重量份、粘合材料5～30重量份以及水10～50重量份，将得到的混合物成型为一定形状后进行干燥，其后通过在900～1200℃烧结来制造由连通气孔的多孔陶瓷体构成的、松密度在0.3～1.2的多孔吸音性陶瓷成型体。
11.一种多孔吸音性陶瓷成型体的制造方法，其特征在于：相对于颗粒直径0.50～2.0mm的珍珠岩100重量份，添加混合从飞灰、耐火泥、硅灰石、炉渣、硅石、火山喷出物、岩石、污泥或粘土矿物中选择的一种以上的粉末35～60重量份、粘合材料10～25重量份及水20～45重量份，将得到的混合物在一定形状的型模内以8～15kgf/cm2的加压压力模压成型后，进行干燥，其后通过在950～1150℃烧结来制造由连通气孔的多孔陶瓷体构成的、松密度在0.5～1.2的多孔吸音性陶瓷成型体。
12.一种多孔吸音性陶瓷成型体的制造方法，其特征在于：相对于颗粒直径0.50～2.0mm的珍珠岩100重量份，添加混合35～60重量份飞灰粉末、10～25重量份粘合材料以及20～45重量份水，将得到的混合物在型模内以8～15kgf/cm2的加压压力模压成型后，进行干燥，其后通过在950～1150℃烧结来制造由连通气孔的多孔陶瓷体构成的、松密度在0.5～1.0、弯曲强度在15～28kgf/cm2、压缩强度在40～90kgf/cm2的多孔吸音性陶瓷成型体。
13.根据权利要求第10项～第12项中的任一项记载的多孔吸音性陶瓷成型体的制造方法，其特征在于，粘合材料是水玻璃。
14.根据权利要求第10项～第13项中的任一项记载的多孔吸音性陶瓷成型体的制造方法，其特征在于：在混合物中添加用于玻璃结晶化的成核剂。
15.根据权利要求第14项记载的多孔吸音性陶瓷成型体的制造方法，其特征在于：在底材烧结后，进行用于促进玻璃结晶化的缓冷处理。
16.根据权利要求第10项～第15项中的任一项记载的多孔吸音性陶瓷成型体的制造方法，其特征在于：粘合材料是含有有机系物质的材料。
17.根据权利要求第10项～第16项中的任一项记载的多孔吸音性陶瓷成型体的制造方法，其特征在于：底材是相对于颗粒直径5～50μm的飞灰粉末100重量份进一步添加5～10重量份的金属纤维、玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维、矿物纤维、有机纤维或晶须中的一种或两种以上而构成的。
18.根据权利要求第10项～第17项中的任一项记载的多孔吸音性陶瓷成型体的制造方法，其特征在于：多孔吸音性陶瓷成型体是砖。
19.根据权利要求第10项～第17项中的任一项记载的多孔吸音性陶瓷成型体的制造方法，其特征在于：多孔吸音性陶瓷成型体是瓦和其它板状体。
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