一種低密度高強(qiáng)度硼硅酸鹽微晶泡沫玻璃的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低密度高強(qiáng)度硼硅酸鹽微晶泡沫玻璃，先按基礎(chǔ)配料的質(zhì)量百分比含量SiO255％～65％、Na2CO315％～17％、K2CO315％～17％、Al2O33％～5％、H3BO38％～17％，在此基礎(chǔ)上，外加晶核劑1％～4％，外加發(fā)泡劑0.5％～1％進(jìn)行配料，所述的發(fā)泡劑為碳黑，所述的晶核劑為二氧化鈦、氟化鈣或者二氧化釩中的任意一種。經(jīng)濕磨3h，漿料干燥后再干磨3h，過150目標(biāo)準(zhǔn)篩，最后放入熔爐中于775℃燒制。本發(fā)明的硼硅酸鹽微晶泡沫玻璃具有密度低、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，并且工藝簡單，成本低廉，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】一種低密度高強(qiáng)度硼硅酸鹽微晶泡沬玻璃

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種無機(jī)非金屬材料，具體涉及一種低密度高強(qiáng)度的硼硅酸鹽微晶泡 沫玻璃及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 泡沫玻璃是一種人工制作的多孔材料，因其內(nèi)部充滿了無數(shù)微小均勻的連通或封 閉氣孔，所以是一種性能良好的保溫隔熱和吸音材料。但是由于目前市場上供應(yīng)的泡沫玻 璃普遍存在著機(jī)械強(qiáng)度低、抗熱沖擊性差的缺點(diǎn)，因而大部分用于化工、電力、冷藏等領(lǐng)域， 所以適合做保溫材料而不宜做墻體材料。在國內(nèi)，由于工藝技術(shù)等問題，泡沫玻璃在建筑業(yè) 的應(yīng)用幾乎是空白。
[0003] 微晶玻璃又稱玻璃陶瓷或結(jié)晶化玻璃，是由玻璃控制晶化制得的多晶固體。由于 該產(chǎn)品性能卓越、成本低廉、加工容易、附加值高，所以具有很高的實(shí)用價(jià)值和商業(yè)價(jià)值。但 是由于微晶玻璃容重大，大量用于非建筑業(yè)，而在建筑業(yè)主要用作裝飾材料。
[0004] 為了克服泡沫玻璃和微晶玻璃各自的不足，結(jié)合兩者性能的優(yōu)點(diǎn)，研制一種新型 的材料一微晶泡沫玻璃。微晶泡沫玻璃是一種在玻璃主體相中均勻分布著大量微小氣泡和 針狀晶體的輕質(zhì)、高強(qiáng)材料。由于微晶泡沫玻璃中存在大量的氣孔，所以材料容重大大降 低，而且氣孔大多數(shù)互不連通，所以材料具有輕質(zhì)、保溫隔熱的性能。機(jī)械強(qiáng)度比泡沫玻璃 大得多，它不僅具有保溫材料的性能，而且還具有承重材料的特點(diǎn)。微晶泡沫玻璃的生產(chǎn) 工藝比較簡單，而且所采用的基礎(chǔ)原料為工業(yè)廢渣，成本較低，生產(chǎn)過程中對環(huán)境的污染較 小，有利于環(huán)境保護(hù)。微晶泡沫玻璃綜合了微晶玻璃機(jī)械強(qiáng)度高、使用溫度范圍寬和泡沫玻 璃質(zhì)輕的特點(diǎn)，是一種新型的值得開發(fā)和研究的材料。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，在含有水分的情況下壓制成型，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。本專利沒 有采用廢玻璃和粉煤灰為主要原料的工藝方法，而是使用化學(xué)純原料混合后作為基礎(chǔ)料進(jìn) 行試驗(yàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的，是克服現(xiàn)有技術(shù)的制造成本高、制作工藝復(fù)雜的缺點(diǎn)，合理選擇晶 核劑，提供一種工藝簡單、機(jī)械強(qiáng)度高、氣孔均勻、體積密度小的微晶泡沫玻璃及其制備方 法。
[0006] 本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0007] -種低密度高強(qiáng)度硼硅酸鹽微晶泡沫玻璃，其原料組成及其質(zhì)量百分比含量為 Si0255 % ?65 %、H3B038 % ?19 %、Na2C0315 % ?17 %、K2C033 % ?5 %、Al2033 % ?5 %，在 此基礎(chǔ)上，外加發(fā)泡劑0. 5%?1%，外加晶核劑1%?4% ;
[0008] 所述的發(fā)泡劑為碳黑；
[0009] 所述的晶核劑為二氧化鈦、氟化鈣或者五氧化二釩的任意一種；
[0010] 該低密度高強(qiáng)度硼硅酸鹽微晶泡沫玻璃的制備方法，步驟如下：
[0011] (1)按原料組成及其質(zhì)量百分比含量：Si0255 %?65 %、H3B038 %?17 %、 Na2C0315%?17%、K2C033 %?5%、Al2033 %?5%進(jìn)行配料，在此基礎(chǔ)上，外加發(fā)泡劑 0. 5%?1%，晶核劑1%?4% ;將上述原料放入球磨罐中，按照原料：氧化鋁球：去離子水 的質(zhì)量比為1:2:1. 5球磨3h，然后將料漿倒入托盤中干燥；
[0012] ⑵將步驟⑴干燥后的混合料進(jìn)行干磨，干磨時(shí)間為3h，球、料的質(zhì)量比為2:1 ;
[0013] (3)將步驟⑵干磨后的粉料過150目標(biāo)準(zhǔn)篩；
[0014] (4)將步驟⑶過篩后的粉料放入石墨坩堝中，于775°C燒制；
[0015] (5)將步驟（4)燒制好的制品切割成規(guī)定形狀，制成低密度高強(qiáng)度硼硅酸鹽微晶 泡沫玻璃。
[0016] 所述發(fā)泡劑的粒度為100目。
[0017] 所述步驟⑷的溫度制度為：400°C以下升溫速率為3°C/min，于400°C保溫 30min ;400°C到 725°C升溫速率為 4°C /min ;725°C到 775°C升溫速率為 2°C /min，于 775°C 保溫30min。
[0018] 所述步驟（5)切割成規(guī)則的正方體形，其標(biāo)準(zhǔn)形狀為
[0019] 該微晶泡沫玻璃的氣孔率為70 %?90 %，抗壓強(qiáng)度為3?5MPa，密度為0. 3? 0· 5g/cm3。
[0020] 本發(fā)明的有益效果：提供了一種成本低廉、工藝簡單、氣孔均勻、體積密度小、高 強(qiáng)度的硼硅酸鹽微晶泡沫玻璃，該微晶泡沫玻璃的氣孔率為70%?90%，抗壓強(qiáng)度為3? 5MPa，密度為 0· 3 ?0· 5g/cm3。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的硼硅酸鹽微晶泡沫玻璃在X射線衍射儀檢測的衍射照 片。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 本發(fā)明所用原料均采用市售的化工原料，具體實(shí)施例如下。
[0023] 實(shí)施例1
[0024] 用電子天平稱取二氧化硅12g，硼酸2. 6g，碳酸鈉3. 4g，碳酸鉀lg，氧化鋁lg，發(fā) 泡劑碳黑〇. 12g,晶核劑二氧化鈦0. 4g，一起加入到球磨罐中，用氧化鋁小球和去離子水為 介質(zhì)，按照原料：氧化鋁球：去離子水的質(zhì)量比為1:2:1. 5,濕磨3h，將料漿放入恒溫干燥箱 中烘干，再球磨3h，得到顆粒極細(xì)的粉料。將粉料過150目的標(biāo)準(zhǔn)篩后，填充于石墨坩堝 中，切勿裝料過滿，在振動臺上震動成型。成型后，將帶有配合料的石墨坩堝送入電阻爐內(nèi)， 于775°C燒制；溫度制度為：400°C以下升溫速率為3°C /min ;于400°C保溫30min ;400°C到 725°C升溫速率為4°C /min ;725°C到775°C升溫速率為2°C /min ;于775°C保溫30min。
[0025] 實(shí)施例1的相關(guān)性能測試結(jié)果如下：
[0026] 體積密度為0· 480g/cm3,氣孔率為77. 14%，抗壓強(qiáng)度為4. 40Mpa。
[0027] 圖1是本實(shí)施例的衍射照片，其中橫坐標(biāo)為衍射角2 Θ八° )，縱坐標(biāo)為衍射強(qiáng)度。 由圖1可以看出有SiO2晶體的出現(xiàn)。
[0028] 實(shí)施例2
[0029] 用電子天平稱取二氧化硅13g，硼酸2g，碳酸鈉3. 2g，碳酸鉀0. 9g，氧化鋁0. 9g，發(fā) 泡劑碳黑〇. 2g，成核劑二氧化鈦0. 6g。其它工藝方法與實(shí)施例1相同。
[0030] 實(shí)施例2的相關(guān)性能測試結(jié)果如下：
[0031] 體積密度為0· 454g/cm3,氣孔率為78. 38%，抗壓強(qiáng)度為3. 18Mpa。
[0032] 實(shí)施例3?實(shí)施例6
[0033] 除了基礎(chǔ)配料中各組分的配比及晶核劑配比的改變之外，其余工藝方法與施例1 相同；經(jīng)同樣的性能評價(jià)，各項(xiàng)性能指標(biāo)均為優(yōu)良。
[0034] 本發(fā)明各實(shí)施例的原料組成及其質(zhì)量百分比含量詳見下表1。
[0035]表 1

【權(quán)利要求】
1. 一種低密度高強(qiáng)度硼硅酸鹽微晶泡沫玻璃，其原料組成及其質(zhì)量百分比含量為 Si0255 % ?65 %、H3B038 % ?19 %、Na2C0315 % ?17 %、K2C033 % ?5 %、Al2033 % ?5 %，在 此基礎(chǔ)上，外加發(fā)泡劑0. 5%?1%，外加晶核劑1%?4% ; 所述的發(fā)泡劑為碳黑； 所述的晶核劑為二氧化鈦、氟化鈣或者五氧化二釩的任意一種； 該低密度高強(qiáng)度硼硅酸鹽微晶泡沫玻璃的制備方法，步驟如下： ⑴按原料組成及其質(zhì)量百分比含量：Si0255%?65%、H3B038%?17%、Na 2C0315%? 17%、K2C033 %?5%、Al2033 %?5%進(jìn)行配料，在此基礎(chǔ)上，外加發(fā)泡劑0. 5%?1%， 晶核劑1 %?4% ;將上述原料放入球磨罐中，按照原料：氧化鋁球：去離子水的質(zhì)量比為 1:2:1. 5球磨3h，然后將料漿倒入托盤中干燥； (2) 將步驟（1)干燥后的混合料進(jìn)行干磨，干磨時(shí)間為3h，球、料的質(zhì)量比為2:1 ; (3) 將步驟（2)干磨后的粉料過150目標(biāo)準(zhǔn)篩； (4) 將步驟（3)過篩后的粉料放入石墨坩堝中，于775°C燒制； (5) 將步驟⑷燒制好的制品切割成規(guī)定形狀，制成低密度高強(qiáng)度硼硅酸鹽微晶泡沫 玻璃。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的一種低密度高強(qiáng)度硼硅酸鹽微晶泡沫玻璃，其特征在于，所述發(fā) 泡劑的粒度為100目。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的一種低密度高強(qiáng)度硼硅酸鹽微晶泡沫玻璃，其特征在于，所述步 驟（4)的溫度制度為：400°C以下升溫速率為3°C /min，于400°C保溫30min ;400°C到725°C 升溫速率為4°C /min ;725°C到775°C升溫速率為2°C /min，于775°C保溫30min。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的一種低密度高強(qiáng)度硼硅酸鹽微晶泡沫玻璃，其特征在于，所述步 驟（5)切割成的規(guī)定形狀，是的規(guī)則的正方體形。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的一種低密度高強(qiáng)度硼硅酸鹽微晶泡沫玻璃，，其特征在于，該微晶 泡沫玻璃的氣孔率為70 %?90 %，抗壓強(qiáng)度為3?5MPa，密度為0. 3?0. 5g/cm3。
【文檔編號】C03C11/00GK104402232SQ201410669727
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】朱玉梅, 翟晨曦 申請人:天津大學(xué)