專利名稱：一種高強(qiáng)度發(fā)泡保溫陶瓷材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陶瓷材料及其制備方法，尤其涉及一種高強(qiáng)度保溫陶瓷材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
經(jīng)過長期國內(nèi)外市場分析調(diào)查，首先回顧了發(fā)泡保溫陶瓷材料行業(yè)的發(fā)展歷程，由早期蜂窩陶瓷、泡沫陶瓷、輕質(zhì)陶瓷以及水泥發(fā)泡陶瓷發(fā)展到無機(jī)發(fā)泡陶瓷，其發(fā)展趨勢以及市場需求都在以拋物線的形式曲線上升，發(fā)泡材料技術(shù)領(lǐng)域的優(yōu)化，質(zhì)量體系的革新，以及生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，改寫了早期的“高污染、高能耗、低效率”的生產(chǎn)模式?，F(xiàn)代化環(huán)保理念不斷被提出，“綠色建筑，人文建筑”是現(xiàn)代開發(fā)的宗旨，亦是未來發(fā)泡保溫陶瓷材料甚至建筑科學(xué)領(lǐng)域的導(dǎo)向，但目前世界上所有廠家生產(chǎn)的Al級保溫發(fā)泡陶瓷保溫板強(qiáng)度很低，且導(dǎo)熱系數(shù)也很高，導(dǎo)致了其保溫隔熱效果也較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)中保溫發(fā)泡陶瓷材料強(qiáng)度低、導(dǎo)熱系數(shù)高以及保溫隔熱效果差等上述缺陷，提供一種度高、韌性好以及保溫隔熱效果好的高強(qiáng)度發(fā)泡保溫陶瓷材料及其制備方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種高強(qiáng)度發(fā)泡保溫陶瓷材料，按照配方質(zhì)量百分比，包括以下組分河道淤泥25-45wt%，高嶺土 0-15wt%，頁巖石10_25wt%，滑石l-5wt%，長石5-30wt%，發(fā)泡劑l-3wt%，玻璃纖維粉5_10wt%，鋯鈦酸鉛納米微粉l_4wt%和三聚磷酸鈉O. 2-0. 5wt%，余量為水。在本發(fā)明所述的高強(qiáng)度發(fā)泡保溫陶瓷材料中，其原料中不僅包含了現(xiàn)有技術(shù)中制作發(fā)泡保溫陶瓷必須的原料，還包括了玻璃纖維粉和鋯鈦酸鉛納米微粉，玻璃纖維粉的主要化學(xué)成分為SiO2AL2O3. CaO. MgO,鋯鈦酸鉛納米微粉是采用Pb3O4, ZrO2和TiO2采用液相溶膠-凝膠法合成的；本發(fā)明所述技術(shù)方案采用玻璃纖維粉和鋯鈦酸鉛納米微粉的高溫合成，使兩者之間通過纖維與基體界面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，提高纖維與玻璃陶瓷的結(jié)合強(qiáng)度，減少結(jié)合部位性能的不相匹配性，從而依靠應(yīng)力誘發(fā)相變增韌、裂紋偏轉(zhuǎn)增韌和微裂紋增韌，ZrO2顆粒就發(fā)生四方到單斜的相轉(zhuǎn)變，并在機(jī)體中引起微裂紋，它吸收了裂紋擴(kuò)展的能量，削弱或阻止了裂紋的擴(kuò)展，在原料中引入P2O5以明顯增加ZrO2在硅酸鹽熔體中的溶解度，達(dá)到增強(qiáng)補(bǔ)韌的目的；AL203成分在高溫熔融時(shí)增加了莫來石晶體的高溫粘度，形成機(jī)體的骨架；其中CaO和MgO在高溫以CO2的形式揮發(fā)，同時(shí)也促進(jìn)了閉氣孔的生成，故本發(fā)明所述技術(shù)方案在提高陶瓷材料韌性的同時(shí)也不會(huì)影響發(fā)泡劑在機(jī)體中高溫反應(yīng)產(chǎn)生氣泡，故其保溫隔熱效果也很好，克服了傳統(tǒng)發(fā)泡保溫材料韌性低、保溫隔熱效果差等缺陷。作為對本發(fā)明所述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，鋯鈦酸鉛納米微粉是采用液相溶膠-凝膠法合成的，其顆粒細(xì)度控制在10-30nm。因?yàn)殇嗏佀徙U納米微粉是采用液相溶膠-凝膠法合成的，所以采用此方法合成的鋯鈦酸鉛納米微粉會(huì)很容易混合均勻，并且很容易進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，僅需要較低的合成溫度；另外，合成的鋯鈦酸鉛納米微粉顆粒細(xì)度控制在10-30nm，保證鋯鈦酸鉛納米微粉與其他原料進(jìn)行更均勻、充分的混合，也會(huì)在一定程度上加強(qiáng)陶瓷的強(qiáng)度，故由此可保證采用本發(fā)明所述技術(shù)方法獲得的陶瓷材料具有強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。作為對本發(fā)明所述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，發(fā)泡劑是碳化 硅微粉、芒硝粉、石膏微粉中的一種或幾種。本發(fā)明所述的高強(qiáng)度發(fā)泡保溫陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟(I)原料配比河道游泥25_45wt%,高嶺土 0_15wt%,頁巖土 10_25wt%,滑石l-5wt%，長石5-30wt%，玻璃纖維粉5-10wt%，三聚磷酸鈉O. 2-0. 5wt% ；(2)泥漿球磨步驟(I)中的原料經(jīng)稱重系統(tǒng)精確添加后，按原料磨球?yàn)?:2的比例向原料中加入磨球，再向混合物料中加入占原料總重量30-35wt%的水進(jìn)行預(yù)先球磨后得到混合泥漿，然后向混合泥漿中添加發(fā)泡劑l_3wt% ;球磨時(shí)間為28-32h ；(3)干燥制粉將經(jīng)過步驟(2)球磨后的泥漿先排除水分，排除水分的泥漿經(jīng)過帶式干燥成為泥餅，再將泥餅?zāi)肽コ蔀榉垠w；(4)混合攪拌在經(jīng)過步驟(3)得到的粉體中添加鋯鈦酸鉛納米微粉l_4wt%后進(jìn)行攪拌；(5)高溫?zé)Y(jié)將通過步驟(4)處理過的粉料通過密封式氣壓輸送至平板窯車進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度為1100-1250° C，升溫速度控制在5-15° C/min，高火保溫120-180分鐘，然后冷卻出窯；(6)后期加工經(jīng)過步驟(5)中燒成冷卻后，再進(jìn)行切割、包裝及后期加工。在本發(fā)明所述技術(shù)方案中，按原料磨球?yàn)?:2的比例向原料中加入磨球，因?yàn)槟デ虮旧淼母哂捕?、高耐磨以及高韌性等特性，這樣就能保證原料在磨球與磨球的撞擊間能充分進(jìn)行研磨，使得原料粉體更細(xì)，更均勻。在對原料進(jìn)行初期的研磨后，再向混合物料中加入占原料總重量30-35wt%的水進(jìn)行預(yù)先球磨得到混合泥漿，然后向混合泥漿中添加發(fā)泡劑，因?yàn)榘l(fā)泡劑本身粒徑在O. 05 lmm之間，如果預(yù)先球磨時(shí)就加入發(fā)泡劑，則會(huì)使得發(fā)泡劑粒徑太小，而導(dǎo)致達(dá)不到理想的發(fā)泡效果；添加發(fā)泡劑后球磨28-32h，如果球磨時(shí)間小于28h，則球磨得到的泥漿達(dá)不到所要求的均勻細(xì)度，如果球磨時(shí)間超過32h，則費(fèi)時(shí)費(fèi)力，造成對資源的浪費(fèi)，增加了生產(chǎn)成本；另外在本發(fā)明所述技術(shù)方案中，向混合泥漿中添加發(fā)泡劑的量優(yōu)選為l_3wt%，這樣就能保證氣孔率高且氣孔分布均勻，抗壓強(qiáng)度高，吸水率低，且還保證了良好的保溫隔熱效果；如若發(fā)泡劑含量低于lwt%，則燒結(jié)獲得的陶瓷材料氣孔率會(huì)大大降低，氣孔生長不全，且大小不一；如若發(fā)泡劑含量高于3wt%，則燒結(jié)獲得的陶瓷材料氣孔孔徑會(huì)變大，氣孔還會(huì)有炸開的跡象，這樣會(huì)直接導(dǎo)致其抗壓強(qiáng)度降低，吸水率也增大。除此之外，在對原料進(jìn)行初步研磨后，再向混合物料中加入占原料總重量30-35wt%的水進(jìn)行預(yù)先球磨，故在本發(fā)明所述技術(shù)方案中，是采用將球磨榨泥的方式和烘干打微粉相結(jié)合的方法生產(chǎn)陶瓷材料，這樣的方法結(jié)合了陶瓷工藝中的干法和濕法兩種工藝，避免了干法生產(chǎn)工藝中粉塵對環(huán)境的污染，使得生產(chǎn)環(huán)境更干凈。在高溫?zé)Y(jié)步驟中，如若燒結(jié)的溫度低于1100° C，或保溫時(shí)間少于120分鐘，則莫來石晶相轉(zhuǎn)變尚未完成，閉氣孔分布不夠均勻，鋯鈦酸鉛納米微粉中的Pb3O4成分還未能全部揮發(fā)，產(chǎn)品燒結(jié)度不夠，會(huì)降低氣孔的強(qiáng)度及韌性；如若燒結(jié)的溫度高于1250° C，或保溫時(shí)間超過180分鐘，一方面莫來石晶粒變大，液相增多，可能會(huì)使產(chǎn)品軟化變形，氣孔率反而直線降低，嚴(yán)重影響陶瓷材料的質(zhì)量，另一方面也會(huì)在一定程度上造成資源浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)成本提高。故在1100-1250° C溫度范圍內(nèi)，保溫120-180分鐘，這樣就能在一定程度上保證所獲陶瓷材料具有強(qiáng)度高、韌性好以及保溫效果好等優(yōu)點(diǎn)。另外，在本發(fā)明所述技術(shù)方案中，升溫速度控制在5-15° C/min，如果升溫速度低于5° C/min，則會(huì)直接導(dǎo)致升溫時(shí)間變長，會(huì)造成資源浪費(fèi)；如若升溫速度超過15° C/min，這樣也會(huì)造成資源的浪費(fèi)，不經(jīng)濟(jì)，且因?yàn)樯郎厮俣瓤?，則所需升溫的時(shí)間就會(huì)變短，這樣會(huì)對產(chǎn)品的強(qiáng)度有所損壞，這些都是所不希望的。在獲得半成品后，要等燒結(jié)后的半成品冷卻后再切割，這樣會(huì)使得陶瓷坯體內(nèi)部熱應(yīng)力全部釋放，可以避免在切割過程中因?yàn)闊釕?yīng)力沒全部釋放而影響陶瓷材料的質(zhì)量。作為對上述高強(qiáng)度發(fā)泡保溫陶瓷材料的制備方法的一種改進(jìn)，在步驟(2)中，先把步驟(I)中所述的原料加水進(jìn)行預(yù)先球磨，當(dāng)泥漿篩余量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)時(shí)，在出漿前60分鐘再添加發(fā)泡劑。如果在預(yù)先球磨之前就加入發(fā)泡劑，則會(huì)使得發(fā)泡劑被磨得太細(xì)，嚴(yán)重 影響發(fā)泡效果。作為對上述高強(qiáng)度發(fā)泡保溫陶瓷材料的制備方法的一種改進(jìn)，在步驟(2)中，球磨得到混合泥漿的標(biāo)準(zhǔn)是泥漿篩余量為120目篩篩余總質(zhì)量的3%以下。如果泥漿篩余量不在這個(gè)范圍之內(nèi)，則達(dá)不到理想的強(qiáng)度和發(fā)泡效果。作為對上述高強(qiáng)度發(fā)泡保溫陶瓷材料的制備方法的一種改進(jìn)，在步驟(3)中，排除水分采用機(jī)械式榨泥機(jī)，泥餅干燥采用紅外線烘房，泥餅?zāi)肽コ煞垠w采用高壓雷蒙機(jī)。本發(fā)明所述技術(shù)方案中的機(jī)械箱式榨泥機(jī)、紅外線烘房以及高壓雷蒙機(jī)都為公知技術(shù)，采用本領(lǐng)域中的機(jī)械箱式榨泥機(jī)、紅外線烘房和高壓雷蒙機(jī)都可實(shí)現(xiàn)本技術(shù)方案。作為對上述高強(qiáng)度發(fā)泡保溫陶瓷材料的制備方法的一種改進(jìn)，在步驟(3)中，干燥后的泥餅水分控制在4wt%以下，碾磨得到粉體的標(biāo)準(zhǔn)為粉體細(xì)度篩余量控制在200目篩篩余總質(zhì)量的5%以下，粒徑為O. 2-0. 4mm。如果干燥后的泥餅水分控制在4wt%以上，或碾磨得到粉體的細(xì)度篩余量控制在200目篩篩余總質(zhì)量的5%以上，一方面會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量和發(fā)泡效果，即會(huì)影響陶瓷材料的強(qiáng)度和保溫隔熱效果；另一方面，也會(huì)增加生產(chǎn)成本。作為對上述高強(qiáng)度發(fā)泡保溫陶瓷材料的制備方法的一種改進(jìn)，在步驟(4)中，在經(jīng)過步驟(3)得到的粉體中添加鋯鈦酸鉛納米微粉后，采用雙層混合攪拌機(jī)進(jìn)行雙層混合攪拌，攪拌時(shí)間控制在10-20分鐘范圍內(nèi)。在本發(fā)明所述技術(shù)方案中，采用雙層混合攪拌機(jī)對粉體進(jìn)行雙層混合攪拌，即先在上層攪拌10分鐘左右，然后再在下層進(jìn)行攪拌10分鐘左右，這樣會(huì)使得粉體混合更均勻，另外，所述雙層混合攪拌機(jī)為公知技術(shù)，采用本技術(shù)領(lǐng)域中常規(guī)的雙層混合攪拌機(jī)即可實(shí)現(xiàn)本技術(shù)方案。在本發(fā)明所述技術(shù)方案中，稱重系統(tǒng)、磨球以及平板窯車均為公知技術(shù)，采用本領(lǐng)域中常規(guī)的稱重系統(tǒng)、磨球以及平板窯車即能實(shí)現(xiàn)本技術(shù)方案。因此，本發(fā)明的有益效果是提供了一種高強(qiáng)度發(fā)泡保溫陶瓷材料及其制備方法，該高強(qiáng)度發(fā)泡保溫陶瓷材料具有強(qiáng)度高、韌性強(qiáng)以及隔熱效果好等優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明還采用干法和濕法相結(jié)合的方法來制備陶瓷材料，該方法在一定程度上避免了單獨(dú)采用干法制備過程中粉塵對環(huán)境的污染，提高了生產(chǎn)環(huán)境的質(zhì)量。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖
及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例如下一種高強(qiáng)度發(fā)泡保溫陶瓷材料， 采用河道淤泥、高嶺土、頁巖土、滑石、長石％、發(fā)泡齊 、玻璃纖維粉、鋯鈦酸鉛納米微粉、三聚磷酸鈉以及水等加工而成。上述高強(qiáng)度發(fā)泡保溫陶瓷材料的制備方法包括如下工藝步驟(I)原料配比河道游泥25_45wt%,高嶺土 0_15wt%,頁巖土 10_25wt%,滑石l-5wt%，長石5-30wt%，玻璃纖維粉5-10wt%，三聚磷酸鈉O. 2-0. 5wt% ；(2)泥漿球磨步驟(I)中的原料經(jīng)稱重系統(tǒng)精確添加后，按原料磨球?yàn)?:2的比例向原料中加入磨球，再向混合物料中加入占原料總重量30-35wt%的水進(jìn)行預(yù)先球磨后得到混合泥漿，在出漿前60分鐘在混合料中添加發(fā)泡劑l_3wt% ;球磨時(shí)間為28-32h，泥漿細(xì)度控制在泥漿篩余量為120目篩篩余總質(zhì)量的3%以下；(3)榨泥制粉將經(jīng)過步驟(2)球磨后的均一細(xì)度的泥漿先通過機(jī)械箱式榨泥機(jī)排除水分，再經(jīng)紅外線烘房干燥成泥餅，泥餅水分控制在4%以下，最后經(jīng)高壓雷蒙機(jī)滾軸碾磨，碾磨得到粉體的標(biāo)準(zhǔn)為粉體細(xì)度篩余量控制在200目篩篩余總質(zhì)量的5%以下,粒徑為 O. 2-0. 4mm ；(4)混合攪拌在經(jīng)過步驟(3)得到的粉體中添加鋯鈦酸鉛納米微粉l_4wt%，采用雙層混合攪拌，攪拌時(shí)間控制在10-20分鐘范圍內(nèi)；(5)高溫?zé)Y(jié)將通過步驟(4)處理過的粉料通過密封式氣壓輸送至平板窯車進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度為1100-1250° C，升溫速度控制在5-15° C/min，高火保溫120-180分鐘，然后冷卻出窯；(6)后期加工經(jīng)過步驟(5)中燒成冷卻后，再進(jìn)行切割、包裝及后期加工。為了進(jìn)一步說明本發(fā)明所述高強(qiáng)度保溫陶瓷的有益效果，在本發(fā)明中進(jìn)行了正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)表如下表I本高強(qiáng)度發(fā)泡保溫陶瓷材料制備方法配方工藝正交試驗(yàn)表
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度發(fā)泡保溫陶瓷材料，其特征在于，按照配方質(zhì)量百分比，包括以下組分河道游泥25_45wt%,高嶺土 0_15wt%,頁巖石10_25wt%,滑石l_5wt%,長石5_30wt%,發(fā)泡劑l-3wt%,玻璃纖維粉5-10wt%，鋯鈦酸鉛納米微粉l_4wt%和三聚磷酸鈉O. 2-0. 5wt%,余量為水。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高強(qiáng)度發(fā)泡保溫陶瓷材料，其特征在于，所述鋯鈦酸鉛納米微粉是采用液相溶膠-凝膠法合成的，其顆粒細(xì)度控制在10-30nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高強(qiáng)度發(fā)泡保溫陶瓷材料，其特征在于，所述發(fā)泡劑是碳化娃微粉、芒硝粉、石膏微粉中的一種或幾種。
4.權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的高強(qiáng)度發(fā)泡保溫陶瓷材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)原料配比河道淤泥25-45wt%，高嶺土0-15wt%，頁巖土 10_25wt%，滑石l_5wt%，長石5-30wt%，玻璃纖維粉5-10wt%，三聚磷酸鈉O. 2-0. 5wt% ； (2)泥漿球磨步驟(I)中的原料經(jīng)稱重系統(tǒng)精確添加后，按原料磨球?yàn)?:2的比例向原料中加入磨球，再向混合物料中加入占原料總重量30-35wt%的水進(jìn)行預(yù)先球磨后得到混合泥漿，然后向混合泥漿中添加發(fā)泡劑l_3wt% ;球磨時(shí)間為28-32h ； (3)干燥制粉將經(jīng)過步驟(2)球磨后的泥漿先排除水分，排除水分的泥漿經(jīng)過干燥成為泥餅，再將泥餅?zāi)肽コ蔀榉垠w； (4)混合攪拌在經(jīng)過步驟(3)得到的粉體中添加鋯鈦酸鉛納米微粉1_4被％后進(jìn)行攪拌; (5)高溫?zé)Y(jié)將通過步驟(4)處理過的粉料輸送至平板窯車進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度為1100-1250° C，升溫速度控制在5-15° C/min，高火保溫120-180分鐘，然后冷卻出窯； (6)后期加工經(jīng)過步驟(5)中燒成冷卻后，再進(jìn)行切割、包裝及后期加工。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高強(qiáng)度發(fā)泡保溫陶瓷材料的制備方法，其特征在于，在步驟(2 )中，先把步驟(I)中所述的原料加水進(jìn)行預(yù)先球磨，當(dāng)泥漿篩余量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)時(shí)，在出漿前60分鐘再添加發(fā)泡劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的高強(qiáng)度發(fā)泡保溫陶瓷材料的制備方法，其特征在于，在步驟(2)中，球磨得到混合泥漿的標(biāo)準(zhǔn)是泥漿篩余量為120目篩篩余總質(zhì)量的3%以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高強(qiáng)度發(fā)泡保溫陶瓷材料的制備方法，其特征在于，在步驟(3)中，排除水分采用機(jī)械式榨泥機(jī)，泥餅干燥采用紅外線烘房，泥餅?zāi)肽コ煞垠w采用高壓雷蒙機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高強(qiáng)度發(fā)泡保溫陶瓷材料的制備方法，其特征在于，在步驟(3)中，干燥后的泥餅水分控制在4wt%以下，碾磨得到粉體的標(biāo)準(zhǔn)為粉體細(xì)度篩余量控制在200目篩篩余總質(zhì)量的5%以下，粒徑為O. 2-0. 4mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高強(qiáng)度發(fā)泡保溫陶瓷材料的制備方法，其特征在于，在步驟(4)中，在經(jīng)過步驟(3)得到的粉體中添加鎬鈦酸鉛納米微粉后，采用雙層混合攪拌機(jī)進(jìn)行雙層混合攪拌，攪拌時(shí)間控制在10-20分鐘范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)度發(fā)泡保溫陶瓷材料及其制備方法，按照配方質(zhì)量百分比，高強(qiáng)度發(fā)泡保溫陶瓷材料是采用以下組分制備而成的河道淤泥25-45wt%，高嶺土0-15wt%，頁巖石10-25wt%，滑石1-5wt%，長石5-30wt%，發(fā)泡劑1-3wt%，玻璃纖維粉5-10wt%，鋯鈦酸鉛納米微粉1-4wt%和三聚磷酸鈉0.2-0.5wt%，余量為水。本發(fā)明的有益效果是提供了一種高強(qiáng)度發(fā)泡保溫陶瓷材料及其制備方法，該高強(qiáng)度發(fā)泡保溫陶瓷材料具有強(qiáng)度高、韌性強(qiáng)以及隔熱效果好等優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明采用干法和濕法相結(jié)合的方法來制備陶瓷材料，該方法在一定程度上避免了單獨(dú)采用干法制備過程中粉塵對環(huán)境的污染，提高了生產(chǎn)環(huán)境的質(zhì)量。
文檔編號C04B33/13GK102898178SQ20121037153
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者閔向東, 石洪陣 申請人:江蘇金久科技新材料有限公司