一种泡沫陶瓷的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种泡沫陶瓷及其制备方法，利用前驱体浸渍浆料制备泡沫陶瓷，所述前驱体为海绵，利用前驱体浸渍浆料制备泡沫陶瓷，所述前驱体为海绵，浆料主要由如下重量百分比的原料制成：陶瓷泥料70-74%、余量为水。以软质聚氨酯海绵通过处理过后浸渍浆料，再经过排浆、干燥、1200~1260℃烧结，保温一小时，最终得到成品。本发明产品孔径均匀可控，容重为0.4~0.8g/cm3，整体气孔率为50~90%，强度可达4MPa，性能稳定，是一种理想的泡沫陶瓷吸声材料。
【专利说明】一种泡沬陶瓷的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于陶瓷领域，尤其涉及一种泡沫陶瓷的制备方法。
【背景技术】
[0002] 泡沫陶瓷是一种造型上像泡沫状的多孔陶瓷。它具有三维连通孔道，同时其形 状、孔尺寸、渗透性、表面积及化学性能均可进行适度调整变化。制品就像是"被钢化了的泡 沫塑料"或"被瓷化的海绵体"。泡沫陶瓷因具有特殊的性能，如高比表面积、高渗透性、 低容重、低热导率等而日益引起各方面的重视。这些优异的性能使其在催化剂载体、熔融金 属过滤、高温气体过滤、耐火材料、生物材料等领域得到广泛应用。泡沫陶瓷材质由最初的 普通粘土质发展到耐高温、耐腐蚀、耐热冲击性材质(如碳化硅、氧化铝、堇青石、钛酸铝、莫 来石、锂辉石等)。在这些材料中氧化铝或高铝质陶瓷材料因具有原料来源广泛、价格低廉、 优良的耐酸碱腐蚀性、机械强度高等优点。使其在有色金属高温熔体过滤、高温气体过滤、 催化及耐火材料等应用领域有较明显的优势。
[0003] 多孔陶瓷的制备工艺很多，如添加造孔剂工艺、发泡工艺、有机泡沫浸渍工艺、 溶胶-凝胶工艺、固态颗粒烧结工艺等。其中发泡工艺、有机泡沫浸渍工艺是制备高 气孔率（70% ~ 90%)多孔陶瓷的有效方法，用这两种方法制备的泡沫陶瓷孔径通常在 50 μ πΓ500 μ m之间。发泡反应法的缺点是对原料要求高，工艺条件不易控制。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种性能稳定的泡沫陶瓷及其 制造方法。
[0005] 为达到上述目的，本发明是通过以下的技术方案来实现的： 一种泡沫陶瓷，利用前驱体浸渍浆料制备泡沫陶瓷，所述前驱体为海绵，浆料主要由如 下重量百分比的原料制成：陶瓷泥料70-74%、余量为水。
[0006] 作为本发明的进一步改进，所述泡沫陶瓷还包括分散剂和高温粘结剂，所述分散 剂的重量为陶瓷泥料重量的〇. 4-0. 6%、高温粘结剂的重量为陶瓷泥料重量的0. 4-2%。
[0007] 进一步地，所述分散剂为六偏磷酸钠或三聚磷酸钠；所述高温粘结剂为水玻璃或 磷酸二氢铝。
[0008] 作为本发明的更进一步改进，还包括低温粘结剂，低温粘结剂的重量为陶瓷泥料 重量的1~3%。其中低温粘结剂为甲基纤维素。
[0009] 上述泡沫陶瓷的制备方法，该方法包括如下步骤： 1) 前驱体的选择、预处理：选用海绵为前驱体，按需要的尺寸切割后在碱液中浸泡2~3 小时，取出洗净晾干； 2) 浆料的制备：将陶瓷泥料按上述比例与水混合，然后再加入重量为陶瓷泥料重量的 0. Γ0. 6%的分散剂及重量为陶瓷泥料重量的0. 4~2%的高温粘结剂，研磨2~3小时，过筛制 得浆料； 3) 制坯：将步骤1)处理后的海绵浸渍在浆料中，反复揉搓充分吸浆，用对辊排出多余 浆料，得到泡沫陶瓷坯体； 4) 烘干：将步骤3)制得的泡沫陶瓷坯体在20-30°C下凉4-5小时，坯体在溶剂挥发的 温度条件下烘干或红外干燥，控制干燥速度按每小时l〇°C升温至80°C后保温，坯体的干燥 收缩量应少于10%; 5) 烧制：将步骤4)干燥后的陶瓷坯体在烧成炉中加热至120(Γ1260?烧结，保温1小 时，自然降温至常温后得到泡沫陶瓷。
[0010] 所述步骤1)中碱液为温度50°c时的浓度为1. 5-3mol/L的NaOH溶液，以去除孔间 膜及增加骨架粗糙度。
[0011] 步骤1)中海绵的孔径为40-60ppi材料为聚氨酯，软质海绵。
[0012] 步骤1)中，将洗净晾干后海绵在羧甲基纤维素钠溶液中浸泡1~2小时，挤干取出 后晾干，其中羧甲基纤维素钠溶液的质量浓度为1~3%，以增强海绵的亲水性，有利于上浆。
[0013] 步骤2)中研磨的方式为球磨，使用200目筛网过筛。
[0014] 步骤3)中对辊排出多余浆料，辊间距为海绵厚度的0. 24、. 3倍。
[0015] 步骤5)中在烧成炉中先以5~8°C /min的速度升温至180°C，再以1~2°C /min的 速度升温升至600°C，保证海绵烧蚀过程中坯体不发生坍塌，最后以5°C /min的速度升温至 1200?1260°C。
[0016] 有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于： 本发明产品孔径均匀可调，容重为0. 4~0. 8g/cm3,整体气孔率为5(Γ90%，强度可达4~6 MPa，性能稳定，是一种理想的泡沫陶瓷吸声材料。本产品可用于高速公路、高速铁路、轻轨、 高架桥、铁路、地铁等交通市政设施的隔音屏障，城市地下通道降噪吊顶，商业城、办公大楼 和体育馆的建筑声学装修，中央空调机房和柴油发电机房噪声治理和大型工业试验室等各 种环保降噪和建筑声学装修工程，也可用于工矿企业高噪声机房、卡拉0K房等及建筑物的 天花板、墙板作为吸声隔热材料等。
【具体实施方式】
[0017] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合实施例，对本发明进 行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，但并不用于限定本发 明。
[0018] 本发明中陶瓷泥料购买自景德镇市玉源陶瓷有限公司。
[0019] 实施例1 : 一种泡沫陶瓷，它是利用前驱体浸渍浆料制成的，前驱体为海绵，浆料 主要由如下重量百分比的原料制成：陶瓷泥料、六偏磷酸钠、水玻璃、水，其中，陶瓷泥料 70%，六偏磷酸钠的重量为陶瓷泥料重量的0. 6%、水玻璃的重量为陶瓷泥料重量的0. 4%，余 量为水。
[0020] 上述泡沫陶瓷制备方法为：将孔径为40ppi的海绵按需要的尺寸切割后在温度 50°C时的浓度为3mol/L的NaOH溶液中浸泡2小时，取出洗净晾干后在质量浓度为2%的羧 甲基纤维素钠溶液中浸泡1小时，挤干取出后晾干。将陶瓷泥料按70 %与水混合，再加入 六偏磷酸钠、水玻璃，球磨3小时，过200目筛制得浆料。将经过羧甲基纤维素钠溶液浸泡 晾干后的海绵浸渍在浆料中，反复揉搓充分吸浆，用对辊间距为海绵厚度〇. 25倍的大小排 出多余浆料，得到泡沫陶瓷坯体。坯体2(T30°C下凉5小时后，坯体在溶剂挥发的温度条件 下烘干或红外干燥，控制干燥速度按每小时l〇°C升温至80°C后保温得到干坯，坯体的干燥 收缩量应少于10% ;干坯按照8°C /min的升温速度升至180°C，然后按1~2°C /min的升温速 度再升至600°C，再以5°C /min升至120(Tl260°C，保温1小时，最终获得孔隙率为76%，容 重为0. 5g/cm3的泡沫陶瓷材料，材料强度为2. 5 MPa，30mm厚产品的平均吸声率为0. 7 (有 空腔)。
[0021] 实施例2 :-种泡沫陶瓷，它是利用前驱体浸渍浆料制成的，前驱体为海绵，浆料 主要由如下重量百分比的原料制成：陶瓷泥料、三聚磷酸钠、水玻璃、甲基纤维素、水，其中， 陶瓷泥料73%、三聚磷酸钠的重量为陶瓷泥料重量的0. 4%、水玻璃的重量为陶瓷泥料重量 的1. 3%，甲基纤维素的重量为陶瓷泥料重量的1. 5% ;余量为水。
[0022] 上述泡沫陶瓷制备方法为：将孔径为60ppi的海绵按需要的尺寸切割后在温度为 50°C，浓度为3mol/L的NaOH溶液中浸泡2小时，取出洗净晾干。将陶瓷泥料按比例与水混 合，然后加入甲基纤维素、三聚磷酸钠及水玻璃，球磨3小时，过200目筛制得浆料。将海 绵浸渍在浆料中，反复揉搓充分吸浆，用对辊间距为海绵厚度0. 3倍的大小排出多余浆料， 得到泡沫陶瓷坯体。坯体20-30°C下凉5小时后，坯体在溶剂挥发的温度条件下烘干或红 外干燥，控制干燥速度按每小时l〇°C升温至80°C后保温得到干坯，坯体的干燥收缩量应少 于10% ;干坯按照8°C /min的升温速度升至180°C，然后按1~2°C /min的升温速度再升至 600°C，再以5°C /min升至120(Tl260°C，保温1小时，最终获得孔隙率为70%，容重为0. 8g/ cm3的泡沫陶瓷材料，材料强度为4 MPa。，30mm厚产品的平均吸声率为0.64 (有空腔)。
[0023] 实施例：3 :-种泡沫陶瓷，它是利用前驱体浸渍浆料制成的，前驱体为海绵，浆料 主要由如下重量百分比的原料制成：陶瓷泥料、三聚磷酸钠、磷酸二氢铝、甲基纤维素、水， 其中，陶瓷泥料73%、三聚磷酸钠的重量为陶瓷泥料重量的0. 4%、磷酸二氢铝的重量为陶瓷 泥料重量的〇. 5%，甲基纤维素的重量为陶瓷泥料重量的1. 5% ;余量为水。
[0024] 上述泡沫陶瓷制备方法为：将孔径为50ppi的海绵按需要的尺寸切割后在温度为 50°C，浓度为3mol/L的NaOH溶液中浸泡3小时，取出洗净晾干。将陶瓷泥料按比例与水 混合，加入甲基纤维素、三聚磷酸钠及磷酸二氢铝，球磨2小时，过200目筛制得浆料。将 海绵浸渍在浆料中，反复揉搓充分吸浆，用对辊间距为海绵厚度0.28倍的大小排出多余浆 料，得到泡沫陶瓷坯体。坯体20-30°C下凉5小时后，坯体在溶剂挥发的温度条件下烘干或 红外干燥，控制干燥速度按每小时l〇°C升温至80°C后保温得到干坯，坯体的干燥收缩量应 少于10% ;干坯按照8°C /min的升温速度升至180°C，然后按1~2°C /min的升温速度再升至 600°C，再以5°C /min升至120(Tl260°C，保温1小时，最终获得孔隙率为73%，容重为0. 6 g/cm3的泡沫陶瓷材料，材料强度为3. 5 MPa，30mm厚产品的平均吸声率为0. 72 (有空腔)。
[0025] 实施例4 :与实施例1基本相同，所不同的是，陶瓷泥料74%，六偏磷酸钠的重量为 陶瓷泥料重量的0. 6%、水玻璃的重量为陶瓷泥料重量的2%，余量为水。
[0026] 所采用的碱液为温度为50°C时的浓度1. 5mol/L的NaOH溶液；羧甲基纤维素钠溶 液的质量浓度为1%。
[0027] 将经碱液浸泡后的海绵取出洗净晾干后在质量浓度为1%的羧甲基纤维素钠溶液 中浸泡2小时，挤干取出后晾干。
[0028] 实施例5 :与实施例1基本相同，所不同的是，所采用的碱液为温度为50°C时的浓 度2mol/L的NaOH溶液；羧甲基纤维素钠溶液的质量浓度为3%。
[0029] 实施例6 :与实施例2基本相同，所不同的是，甲基纤维素的重量为陶瓷泥料重量 的1%。
[0030] 实施例7 :与实施例2基本相同，所不同的是，甲基纤维素的重量为陶瓷泥料重量 的 3. 0%。
[0031] 上述工艺中，可通过改变海绵孔径、浆料的固相含量、高温粘结剂的加入量、对辊 间距、烧结温度、烧结时间，实现对泡沫陶瓷材料强度、孔隙率、吸声性能的控制。
【权利要求】
1. 一种泡沫陶瓷，其特征在于，利用前驱体浸渍浆料制备泡沫陶瓷，所述前驱体为海 绵，浆料主要由如下重量百分比的原料制成：陶瓷泥料70-74%、余量为水。
2. 根据权利要求1所述的泡沫陶瓷，其特征在于，还包括分散剂和高温粘结剂，所述分 散剂的重量为陶瓷泥料重量的〇. 4-0. 6%、高温粘结剂的重量为陶瓷泥料重量的0. 4-2%。
3. 根据权利要求1所述的泡沫陶瓷，其特征在于，所述分散剂为六偏磷酸钠或三聚磷 酸钠；所述高温粘结剂为水玻璃或磷酸二氢铝。
4. 根据权利要求1所述的泡沫陶瓷，其特征在于，还包括低温粘结剂，低温粘结剂的 重量为陶瓷泥料重量的广3%。
5. 权利要求1所述泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤： 1) 前驱体的选择、预处理：选用海绵为前驱体，按需要的尺寸切割后在温度50°C时浓 度为1. 5-3mol/L的碱液中浸泡2~3小时，取出洗净晾干； 2) 浆料的制备：将陶瓷泥料按上述比例与水混合，然后再加入重量为陶瓷泥料重量的 0. Γ0. 6%的分散剂及重量为陶瓷泥料重量的0. 4~2%的高温粘结剂，研磨2~3小时，过筛制 得菜料； 3) 制坯：将步骤1)处理后的海绵浸渍在浆料中，反复揉搓充分吸浆，用对辊排出多余 浆料，得到泡沫陶瓷坯体； 4) 烘干：将步骤3)制得的泡沫陶瓷坯体在2(T30°C下凉4-5小时，坯体在溶剂挥发的 温度条件下烘干或红外干燥，控制干燥速度按每小时l〇°C升温至80°C后保温，坯体的干燥 收缩量应少于10% ; 5) 烧制：将步骤4)干燥后的陶瓷坯体在烧成炉中加热至120(Γ1260?烧结，保温1小 时，自然降温至常温后得到泡沫陶瓷。
6. 根据权利要求5所述的泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中海绵的孔 径为40-60ppi，材料为聚氨酯，软质海绵。
7. 根据权利要求5所述的泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中将洗净晾 干后海绵在羧甲基纤维素钠溶液中浸泡Γ2小时，挤干取出后晾干，其中羧甲基纤维素钠 溶液的质量浓度为1~3%。
8. 根据权利要求5所述的泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中再加入低 温粘结剂研磨。
9. 根据权利要求5所述的泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中对辊排出 多余浆料，辊间距为海绵厚度的〇. 24、. 3倍。
10. 根据权利要求5所述的泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中在烧成 炉中先以5~8°C /min的速度升温至180°C，再以1~2°C /min的速度升温升至600°C，最后以 5°C /min 的速度升温至 120(Tl260°C。
【文档编号】C04B38/06GK104193396SQ201410414069
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月21日 优先权日:2014年8月21日
【发明者】杨志峰, 马成良, 陈春华, 王士维, 刘少华, 罗杰, 顾诚 申请人:江苏南瓷绝缘子股份有限公司
文档序号 :
【 1909428 】
技术研发人员：杨志峰,马成良,陈春华,王士维,刘少华,罗杰,顾诚
技术所有人：江苏南瓷绝缘子股份有限公司
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
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