[发明专利]一种具有坚硬致密外壳的闭孔泡沫陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有坚硬致密外壳的闭孔泡沫陶瓷制备方法，将石英砂、碳酸钙、碳化硅、滑石粉、钠长石或钾长石按重量比例混合，经球磨混合均匀后，加水搅拌并填充至模具中，最后1150~1250℃下高温烧结，冷却后得到具有坚硬致密外壳的闭孔泡沫陶瓷。采用本发明的技术制备的闭孔泡沫陶瓷内部为泡沫结构，表面具有一层厚度为1~2mm的坚硬致密外壳，该结构一方面使闭孔泡沫陶瓷具有全封闭的气孔，使其同时具有优异的保温、隔热、防水效果，另一方面使闭孔泡沫陶瓷具有较高的抗压强度和表面硬度，保证闭孔泡沫陶瓷制品在运输和使用过程中的可靠性。另外，本发明的制备技术无需模压，且烧结温度相对较低，可大幅降低闭孔泡沫陶瓷制品的制造成本。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种具有坚硬致密外壳的闭孔泡沫陶瓷及其制备方法。

背景技术

泡沫陶瓷分为开孔型和闭孔型。开孔泡沫陶瓷内部具有三维连通的孔道，表面孔对外部空气敞开。截至目前，开孔泡沫陶瓷的制备工艺已成熟，制品性能稳定且应用广泛。闭孔泡沫陶瓷内部的孔彼此独立不连通或连通性很差，表面孔对外部空气封闭。由于具有闭孔特点，闭孔泡沫陶瓷不但保温隔热效果优于开孔泡沫陶瓷，而且具有很好的防水性能，是建筑节能领域中用作外墙体和地下工程的保温、防水、防腐理想的一体化材料。为了实现上述应用，闭孔泡沫陶瓷须同时具有较高的闭气孔率、抗压强度和表面硬度，以保证其制品的保温、隔热、防水效果以及在运输和使用过程中的可靠性。

文献1“高温发泡陶瓷的烧成工艺与性能. 新型建筑材料，11（1997），No. 19-21”公开了一种闭孔泡沫陶瓷的制备方法。以湖北钟祥的一种主要成分为二氧化硅的瓷砂主料，以氧化钙、氧化镁和氧化钠含量较高的碎玻璃为性能改良剂，以三氧化二铁为发泡剂，碳粉为还原剂，经搅拌混合、加水练泥、塑性成形后在1100℃~1250℃烧结，制备出密度为0.77~1.14 g/cm³，导热系数为0.067~0.126 W/(m·K)，抗压强度为3.7~4.8 MPa，吸水率为0.47~0.52%的闭孔泡沫陶瓷。该闭孔泡沫陶瓷的优点在于制备温度不高，制造成本较低，但抗压强度不高，根据密度值可知该闭孔泡沫陶瓷的闭气孔率不高，且吸水率数值说明有开气孔存在。

文献2“石英质高温闭孔泡沫陶瓷的制备. 稀有金属材料与工程，8（2007），No.570–574”公开了一种闭孔泡沫陶瓷的制备方法。以石英为主料，包括钾长石、硫酸钙、聚乙烯醇，将各原料混合均匀后冷压成型后在1600℃烧结，制备出总气孔率为63%，闭孔率为58%，抗压强度为4.6MPa，体积密度为0.72 g/cm³，导热系数仅为0.137 W/(m·K)的闭孔泡沫陶瓷。该闭孔泡沫陶瓷的闭气孔率不高，而且有5%的开气孔，抗压强度不高，过高的烧结温度使其制造成本较高。

专利1“一种闭合气孔泡沫陶瓷的制备方法”（申请号：201010150445.X）也公开了一种闭孔泡沫陶瓷的制备方法。以高铝质耐火砖为主料，以硬质粘土、长石、硫酸钙、碳化硅为辅料，将原料按比例配制好，经球磨、压滤、干燥、陈腐后采用30~50MPa模压成型，然后在1350~1400℃空气中烧结，制得闭气孔率75%以上的泡沫陶瓷。该闭孔泡沫陶瓷具有优异的保温隔热性能，但烧结温度较高使其制造成本较高，抗压强度仅为1.0~1.5MPa，可靠性不高，在运输和使用过程中易发生损坏。

综上所述，现有技术制备的闭孔泡沫陶瓷综合性能欠佳，存在的问题主要包括：（1）烧结温度较高，制造成本较高；（2）闭气孔率不高，保温效果不佳；（3）存在开气孔，防水效果欠佳；（4）抗压强度不高，在运输和使用过程中易发生损坏。另外，现有文献虽未公开闭孔泡沫陶瓷的表面硬度，但由于现有技术制备的闭孔泡沫陶瓷内部和表面均为泡沫结构，其表面硬度较低，进一步增加了闭孔泡沫陶瓷在运输和使用过程中发生损坏的几率。

发明内容

基于对现有技术的研究分析，1）为了提高闭孔泡沫陶瓷制品的保温、隔热和防水效果，闭孔泡沫陶瓷应具有更高的闭气孔率和更低的开气孔率；2）为了保证闭孔泡沫陶瓷制品在运输和使用过程中的可靠性，闭孔泡沫陶瓷应具有较高的抗压强度和表面硬度。