專(zhuān)利名稱(chēng)：一種顆粒增強(qiáng)泡沫玻璃及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種泡沫玻璃的制造方法，特別涉及一種顆粒增強(qiáng)泡沫玻璃及其制備
方法。
背景技術(shù)：
在過(guò)去數(shù)十年里，世界上已經(jīng)發(fā)生了多次恐怖分子對(duì)一些國(guó)家政府建筑物的恐怖 襲擊事件。例如，1993年，恐怖分子引爆了位于紐約市世貿(mào)中心車(chē)庫(kù)內(nèi)的汽車(chē)炸彈，造成重 大的生命和財(cái)產(chǎn)損失。1995年，一些極端分子引爆了位于俄克拉荷馬市的聯(lián)邦大樓外的卡 車(chē)，也造成了重大的生命和財(cái)產(chǎn)損失。1998年，美國(guó)駐內(nèi)羅畢和達(dá)累斯薩拉姆的使館也遭受 到恐怖分子的汽車(chē)炸彈襲擊，分別造成重大的生命和財(cái)產(chǎn)損失。2002年，在紐約市的世貿(mào)中 心和弗吉尼亞的五角大樓發(fā)生的災(zāi)難事件，這一切進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了迫切需要開(kāi)發(fā)和制造能夠 承受汽車(chē)炸彈爆炸和其他類(lèi)似恐怖襲擊的沖擊波的新型建筑材料。 多孔泡沫玻璃是利用廢棄玻璃為主要原料，添加發(fā)泡劑、改性劑、促進(jìn)劑等經(jīng)細(xì)粉 碎和均勻混合成配合料，放置在特定模具中經(jīng)過(guò)750 90(TC溫度加熱，使玻璃軟化、發(fā)泡、 退火形成一種內(nèi)部充滿(mǎn)無(wú)數(shù)均勻氣泡的多孔玻璃材料。泡沫玻璃具有密度小、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱 系數(shù)小等物理性質(zhì)，其不僅具有玻璃材料本身固有的永久性、安全性、可靠性、防化學(xué)腐蝕 性和不受蟻鼠侵害等優(yōu)點(diǎn)，而且與其它建筑材料相比，還具有保溫隔熱、防水、防潮、防火、 耐酸堿、密度小、機(jī)械強(qiáng)度高、吸聲等一系列優(yōu)越性能。 泡沫玻璃除了具有玻璃本身固有的永久性、安全性、防化學(xué)腐蝕性和不受蟲(chóng)蟻鼠 侵害的特點(diǎn)外，還具有容重輕、導(dǎo)熱系數(shù)小、不透濕、吸水率小、不燃燒、不霉變、性能穩(wěn)定、 既是保冷材料又是保溫材料，能適應(yīng)深冷到較高溫度范圍等特點(diǎn)。同時(shí)它的重要價(jià)值不僅 在于長(zhǎng)年使用不會(huì)變質(zhì)，而且本身又起到防火、防震作用。近年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能環(huán)保材 料性能的要求和需求，使泡沫玻璃得到進(jìn)一步的發(fā)展，不僅在建筑領(lǐng)域可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼筋 水泥等材料，用于高層建筑墻體材料，也可作為化工耐熱環(huán)境下的管道材料使用。而且還可 用做防火材料。但是，泡沫玻璃強(qiáng)度較低，不同規(guī)格的泡沫玻璃抗折強(qiáng)度為0. 1 0. 9MPa。
美國(guó)人佩德羅*M*布阿爾克 德馬塞多在中國(guó)專(zhuān)利CN1642730A中公開(kāi)了一種 以飛灰(煅燒型F)，石英砂，碳酸鹽，堿性金屬硅酸鹽，硼酸，糖，水等為原料，先按照配方配 料，配好的配合料采用濕法球磨后，將生成的漿料干燥，然后在95(TC下將干燥的漿料煅燒 40min，讓原材料充分反應(yīng)，分解成精細(xì)、均勻分散的碳，最后將煅燒并研磨成粉末的配合料 放入模具中加熱到85(TC發(fā)泡。所制備的試樣密度25 100磅/立方英尺(約等于0. 4 1. 6g/cm3)。該方法盡管所制備的泡沫玻璃強(qiáng)度高，但是對(duì)配合料采用兩次煅燒工藝，制備 工藝復(fù)雜，燒成溫度高，且所得到的試樣密度大(最大可以達(dá)到1. 6g/cm3)，會(huì)給泡沫玻璃在 運(yùn)輸，使用中帶來(lái)不便。CN101014461A公開(kāi)了一種小孔徑堅(jiān)固的高密度泡沫玻璃，所用的原 料和制備工藝與CN1642730A相同，所制備試樣的孔徑為0. 3 lmm，密度小于100磅/立方 英尺(約等于1.6g/cm3)。此法制備的泡沫玻璃孔徑較小，抗折強(qiáng)度低。CN200946127Y公開(kāi) 了一種夾有金屬絲網(wǎng)的泡沫玻璃，解決了泡沫玻璃機(jī)械強(qiáng)度低，不能生產(chǎn)大幅面制品，使用
3程序繁雜、施工質(zhì)量、效果不易保證的問(wèn)題。但是，此種夾有金屬絲的泡沫玻璃切割加工比 較困難，施工操作比較復(fù)雜。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?00910023316. l公開(kāi)了一種高強(qiáng)度泡沫玻璃 的制備方法，將碎玻璃粉末，CaC03，硼砂，NaN03和耐火纖維加入到球磨罐中球磨混合均勻后 置于模具中并將其移入發(fā)泡爐中經(jīng)預(yù)熱、發(fā)泡、穩(wěn)泡、快速冷卻和退火階段得泡沫玻璃。泡 沫玻璃中加入耐火度高，強(qiáng)度高的纖維，有利于提高泡沫玻璃的力學(xué)性能。所制備的泡沫玻 璃機(jī)械強(qiáng)度高，使用范圍較普通泡沫玻璃廣泛，使用壽命長(zhǎng)。可以與水泥、鋼或其他高強(qiáng)度 建筑物材料結(jié)合，而且具有剛性結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)面臨沖擊波時(shí)，能夠吸收爆炸能量的主要部 分。該專(zhuān)利使用干法將增強(qiáng)纖維與玻璃配合料混合。由于增強(qiáng)纖維直徑小，密度低混合過(guò) 程中很難和玻璃配合料混合均勻，因此所制備的增強(qiáng)泡沫玻璃性能一致性較差，同時(shí)，在混 合過(guò)程中增強(qiáng)纖維容易聚團(tuán)和折斷，制備工藝復(fù)雜。 除了通過(guò)提高泡沫玻璃密度的方法提高泡沫玻璃的機(jī)械強(qiáng)度外，還可以通過(guò)在泡 沫玻璃配合料中加入少量添加劑的方法，使其發(fā)泡后在泡沫玻璃中析出一定數(shù)量的晶體的 方法，在一定程度上也可以提高泡沫玻璃的機(jī)械強(qiáng)度。南京大學(xué)以廢玻璃和粉煤灰為主要 原料，以碳酸鈣為發(fā)泡劑制備了微晶泡沫玻璃，將研磨的玻璃粉、粉煤灰和非金屬礦加入水 后進(jìn)行混合；在含有水分的條件下壓制成型，然后烘干；放入窯內(nèi)燒制，然后將燒制后的毛 坯切割成型。其缺點(diǎn)是除玻璃粉和粉煤灰外，還加入了非金屬礦，制造成本較高。所用的非 金屬礦有堿性長(zhǎng)石、硅砂、純堿和方解石，并且采用了壓制成型，制作工藝復(fù)雜。CN1807314A 公開(kāi)了一種以廢舊陰極射線管玻璃為主要原料，以SiC為發(fā)泡劑，在840 90(TC下發(fā)泡制 備微晶泡沫玻璃的方法，該方法所制備的微晶泡沫玻璃中晶體有Pb， PbO等，且強(qiáng)度較高。 但是，該方法所制備的泡沫玻璃密度大，發(fā)泡溫度高。 CN200710047484. 5公開(kāi)了一種SiC顆粒增強(qiáng)泡沫鋁基復(fù)合材料的制備方法。取占 合金總量質(zhì)量分?jǐn)?shù)1 ％的鎂、6 8%的硅及余量的鋁，10 20%的SiC顆粒加熱熔化為 鋁合金熔液，并進(jìn)行電磁攪拌，攪拌均勻。再加入占合金總量質(zhì)量分?jǐn)?shù)1 3%的發(fā)泡劑，待 發(fā)泡劑攪拌均勻后，保溫發(fā)泡3 5分鐘，待鋁熔體生長(zhǎng)穩(wěn)定后，冷卻，使鋁合金熔體泡沫冷 卻凝固后得到孔結(jié)構(gòu)均勻的高孔隙率SiC顆粒增強(qiáng)泡沫鋁基復(fù)合材料。而關(guān)于采用顆粒增 強(qiáng)泡沫玻璃的研究國(guó)內(nèi)外沒(méi)有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種顆粒增強(qiáng)泡沫玻璃及其 制備方法；本發(fā)明所用原料廣泛、制備工藝簡(jiǎn)單，所制備的多孔泡沫玻璃比強(qiáng)度高，應(yīng)用廣 泛。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的制備方法為 1)首先將廢玻璃清洗干凈，烘干后球磨至280目得玻璃粉，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)將70 90%的玻璃粉、1 20%氮化硅、0. 5 5%碳粉、3%的硝酸鈉、1%二氧化鈦、1%二氧化鋯 加入到球磨罐中球磨混合30 120分鐘得配合料； 2)然后將配合料加入到模具中，并將模具移入發(fā)泡爐中按照以下工藝過(guò)程燒成 自室溫以5 15°C /min的升溫速度升溫至800。C后，保溫30 120min ;然后以升溫速度 為1 10°C /min升溫到850 IOO(TC，保溫30 120min ;然后以冷卻速度為5 l(TC / min降溫至600 750。C，保溫30 120min后隨爐冷卻至50°C以下得泡沫玻璃。
本發(fā)明所用氮化硅粒度為300目，并經(jīng)過(guò)在40(TC下保溫3小時(shí)的預(yù)處理過(guò)程。這 樣可以清除顆粒表面吸附的有機(jī)物、雜質(zhì)、水蒸氣和其它氣體。 按照本發(fā)明的制備方法得到的泡沫玻璃的密度為0. 2 1. 2g/cm3，孔徑0. 3 5. Omm，且氣孔分布均勻，比強(qiáng)度可達(dá)5 20. OMPa/ (g. cm—3)。 本發(fā)明所用碎玻璃包括各種廢舊平板玻璃，瓶罐玻璃，電子玻璃等，且對(duì)玻璃的顏 色沒(méi)有特別要求，碎玻璃粉的粒度越細(xì)，所制備的泡沫玻璃的泡徑分布越均勻；碳粉作為發(fā) 泡劑，用量隨氮化硅用量的增加而增加，且可以促進(jìn)氮化硅與玻璃基體的結(jié)合。本發(fā)明所制 備的泡沫玻璃比強(qiáng)度大，機(jī)械強(qiáng)度高，使用范圍較普通泡沫玻璃廣泛，使用壽命長(zhǎng)。該泡沫 玻璃可以與水泥、鋼或其他高強(qiáng)度建筑物材料結(jié)合，而且具有剛性結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)面臨沖擊 波時(shí)，能夠吸收爆炸能量的主要部分。


圖1是按照本發(fā)明實(shí)施例1制備方法所制得的顆粒增強(qiáng)泡沫玻璃在掃描電子顯微 鏡下的照片。 圖2是按照本發(fā)明實(shí)施例2制備方法所制得的顆粒增強(qiáng)泡沫玻璃在掃描電子顯微 鏡下的照片。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l，首先將廢玻璃清洗干凈，烘干后球磨至280目得玻璃粉，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)將 82 %的玻璃粉、10 %氮化硅、3 %碳粉、3 %的硝酸鈉、1 % 二氧化鈦、1 % 二氧化鋯加入到球磨 罐中球磨混合60分鐘得配合料；然后將配合料加入到模具中，并將模具移入發(fā)泡爐中按照 以下工藝過(guò)程燒成自室溫以10°C /min的升溫速度升溫至80(TC后，保溫60min ;然后以升 溫速度為5°C /min升溫到90(TC，保溫60min ;然后以冷卻速度為5°C /min降溫至750°C， 保溫30min后隨爐冷卻至50°C以下得泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃結(jié)構(gòu)均勻，采用讀數(shù)顯 微鏡測(cè)量試樣的表面平均泡徑1. 3mm ;采用排水法測(cè)定試驗(yàn)的表觀密度為0. 36g cm—3 ;采 用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)定試驗(yàn)的強(qiáng)度，比強(qiáng)度為8. 53MPa/(g. cm—3)。參見(jiàn)圖l，可以看出在泡 沫玻璃的氣泡之間及氣泡壁等部位均勻分布著氮化硅顆粒。 實(shí)施例2，首先將廢玻璃清洗干凈，烘干后球磨至280目得玻璃粉，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)將 75 %的玻璃粉、15 %氮化硅、5 %碳粉、3 %的硝酸鈉、1 % 二氧化鈦、1 % 二氧化鋯加入到球磨 罐中球磨混合90分鐘得配合料；然后將配合料加入到模具中，并將模具移入發(fā)泡爐中按照 以下工藝過(guò)程燒成自室溫以12°C /min的升溫速度升溫至80(TC后，保溫30min ;然后以升 溫速度為4°C /min升溫到95(TC，保溫80min ;然后以冷卻速度為10°C /min降溫至700°C， 保溫120min后隨爐冷卻至50°C以下得泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃結(jié)構(gòu)均勻，采用讀數(shù)顯 微鏡測(cè)量試樣的表面平均泡徑2. 3mm ;采用排水法測(cè)定試驗(yàn)的表觀密度為0. 31g cm—3 ;采 用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)定試驗(yàn)的強(qiáng)度，比強(qiáng)度為9. 21MPa/(g. cm—3)。參見(jiàn)圖2，可以看出在泡 沫玻璃的氣泡之間及氣泡壁等部位均勻分布著氮化硅顆粒。 實(shí)施例3，首先將廢玻璃清洗干凈，烘干后球磨至280目得玻璃粉，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)將 70 %的玻璃粉、20 %氮化硅、5 %碳粉、3 %的硝酸鈉、1 % 二氧化鈦、1 % 二氧化鋯加入到球磨 罐中球磨混合30分鐘得配合料；然后將配合料加入到模具中，并將模具移入發(fā)泡爐中按照以下工藝過(guò)程燒成自室溫以9°C /min的升溫速度升溫至80(TC后，保溫90min ;然后以升 溫速度為9°C /min升溫到98(TC，保溫90min ;然后以冷卻速度為6°C /min降溫至700°C， 保溫90min后隨爐冷卻至50°C以下得泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃結(jié)構(gòu)均勻，采用讀數(shù)顯 微鏡測(cè)量試樣的表面平均泡徑1. 7mm ;采用排水法測(cè)定試驗(yàn)的表觀密度為0. 51g cm—3 ;采 用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)定試驗(yàn)的強(qiáng)度，比強(qiáng)度為13. 91MPa/(g. cm—3)。 實(shí)施例4，首先將廢玻璃清洗干凈，烘干后球磨至280目得玻璃粉，按質(zhì)量分?jǐn)?shù) 將90 %的玻璃粉、1 %氮化硅、4%碳粉、3%的硝酸鈉、1 %二氧化鈦、1 %二氧化鋯加入到球 磨罐中球磨混合120分鐘得配合料；然后將配合料加入到模具中，并將模具移入發(fā)泡爐中 按照以下工藝過(guò)程燒成自室溫以15°C /min的升溫速度升溫至80(TC后，保溫120min ; 然后以升溫速度為3°C /min升溫到IOO(TC，保溫30min ;然后以冷卻速度為8°C /min降 溫至60(TC，保溫60min后隨爐冷卻至50°C以下得泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃結(jié)構(gòu)均 勻，采用讀數(shù)顯微鏡測(cè)量試樣的表面平均泡徑1. 6mm ;采用排水法測(cè)定試驗(yàn)的表觀密度為 0. 68g cm—3 ;采用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)定試驗(yàn)的強(qiáng)度，比強(qiáng)度為18. 17MPa/(g. cm—3)。
實(shí)施例5，首先將廢玻璃清洗干凈，烘干后球磨至280目得玻璃粉，按質(zhì)量分?jǐn)?shù) 將85 %的玻璃粉、9. 5 %氮化硅、0. 5%碳粉、3 %的硝酸鈉、1 %二氧化鈦、1 %二氧化鋯加入 到球磨罐中球磨混合80分鐘得配合料；然后將配合料加入到模具中，并將模具移入發(fā)泡 爐中按照以下工藝過(guò)程燒成自室溫以8°C /min的升溫速度升溫至80(TC后，保溫80min ; 然后以升溫速度為1°C /min升溫到92(TC，保溫100min ;然后以冷卻速度為5°C /min降 溫至65(TC，保溫80min后隨爐冷卻至50°C以下得泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃結(jié)構(gòu)均 勻，采用讀數(shù)顯微鏡測(cè)量試樣的表面平均泡徑2. lmm ;采用排水法測(cè)定試驗(yàn)的表觀密度為 0. 48g cm—3 ;采用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)定試驗(yàn)的強(qiáng)度，比強(qiáng)度為11. 53MPa/(g. cm—3)。
實(shí)施例6，首先將廢玻璃清洗干凈，烘干后球磨至280目得玻璃粉，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)將 89 %的玻璃粉、5 %氮化硅、1 %碳粉、3 %的硝酸鈉、1 %二氧化鈦、1 % 二氧化鋯加入到球磨 罐中球磨混合50分鐘得配合料；然后將配合料加入到模具中，并將模具移入發(fā)泡爐中按照 以下工藝過(guò)程燒成自室溫以5°C /min的升溫速度升溫至80(TC后，保溫100min ;然后以升 溫速度為10°C /min升溫到850。C，保溫120min ;然后以冷卻速度為5°C /min降溫至65(TC， 保溫100min后隨爐冷卻至5(TC以下得泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃結(jié)構(gòu)均勻，采用讀數(shù)顯 微鏡測(cè)量試樣的表面平均泡徑0. 98mm ;采用排水法測(cè)定試驗(yàn)的表觀密度為0. 35g cm—3 ;采 用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)定試驗(yàn)的強(qiáng)度，比強(qiáng)度為9. 94MPa/(g. cm—3)。 由于本發(fā)明以工業(yè)廢料為原料，添加少量添加劑，以氮化硅顆粒作為增強(qiáng)材料，采 用粉末燒結(jié)法顆粒增強(qiáng)泡沫玻璃。本發(fā)明不但有利于廢物利用，保護(hù)環(huán)境，而且泡沫玻璃中 加入耐火度高，強(qiáng)度高的氮化硅顆粒，有利于提高泡沫玻璃的力學(xué)性能。本發(fā)明所用原料廣 泛、制備工藝簡(jiǎn)單，所制備的多孔泡沫玻璃比強(qiáng)度高，應(yīng)用廣泛。該泡沫玻璃可以與水泥、鋼 或其他高強(qiáng)度建筑物材料結(jié)合，而且具有剛性結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)面臨沖擊波時(shí)，能夠吸收爆炸 能量的主要部分。
權(quán)利要求
一種顆粒增強(qiáng)泡沫玻璃的制備方法，其特征在于1)首先將廢玻璃清洗干凈，烘干后球磨至280目得玻璃粉，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)將70～90％的玻璃粉、1～20％氮化硅、0.5～5％碳粉、3％的硝酸鈉、1％二氧化鈦和1％二氧化鋯加入到球磨罐中球磨混合30～120分鐘得配合料；2)然后將配合料加入到模具中，并將模具移入發(fā)泡爐中按照以下工藝過(guò)程燒成自室溫以5～15℃/min的升溫速度升溫至800℃后，保溫30～120min；然后以升溫速度為1～10℃/min升溫到850～1000℃，保溫30～120min；然后以冷卻速度為5～10℃/min降溫至600～750℃，保溫30～120min后隨爐冷卻至50℃以下得泡沫玻璃。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒增強(qiáng)泡沫玻璃的制備方法，其特征在于所述的氮化硅 粒度為300目，并經(jīng)過(guò)在40(TC下保溫3小時(shí)的預(yù)處理。
3. —種如權(quán)利要求1所述的顆粒增強(qiáng)泡沫玻璃的制備方法制成的顆粒增強(qiáng)泡沫玻璃， 其特征在于密度為0. 2 1. 2g/cm3，孔徑0. 3 5. Omm，且氣孔分布均勻，比強(qiáng)度可達(dá)5 20. OMPa/ (g. cm—3)。
全文摘要
一種顆粒增強(qiáng)泡沫玻璃的制備方法，首先將廢玻璃粉、氮化硅、碳粉、硝酸鈉、二氧化鈦和二氧化鋯加入到球磨罐中球磨得配合料；然后將配合料加入到模具中，并將模具移入發(fā)泡爐中燒成。按照本發(fā)明的制備方法得到的泡沫玻璃的密度為0.2～1.2g/cm3，孔徑0.3～5.0mm，且氣孔分布均勻，比強(qiáng)度可達(dá)5～20.0MPa/(g.cm-3)。本發(fā)明所制備的泡沫玻璃比強(qiáng)度大，機(jī)械強(qiáng)度高，使用范圍較普通泡沫玻璃廣泛，使用壽命長(zhǎng)。該泡沫玻璃可以與水泥、鋼或其他高強(qiáng)度建筑物材料結(jié)合，而且具有剛性結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)面臨沖擊波時(shí)，能夠吸收爆炸能量的主要部分。
文檔編號(hào)C03C11/00GK101792266SQ20101010831
公開(kāi)日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日
發(fā)明者余明光, 古先文, 吳古劍, 郭宏偉, 郭曉琛, 龔煜軒 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)