一种高热稳定性和耐火性的发泡陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种高热稳定性和耐火性的发泡陶瓷及其制备方法，属于陶瓷材料领域。这种高热稳定性和耐火性的发泡陶瓷，具有封闭的气孔，发泡陶瓷的物相构成中包括堇青石、莫来石和玻璃相，上述玻璃相将上述堇青石物相和莫来石物相粘接固定，上述莫来石物相占发泡陶瓷总质量的5%～25%，上述堇青石物相占发泡陶瓷总质量的8%～25%。这种物相构成的发泡陶瓷材料的性能可达到：热稳定性：200℃，10次不裂；耐火极限：完整性＞2H，隔热性＞90min（耐火极限测试标准：GB/T9978.8‑2008第10条要求，测试方法见：GB/T9978.1‑2008）。

【技术实现步骤摘要】
一种高热稳定性和耐火性的发泡陶瓷及其制备方法
本专利技术涉及陶瓷材料领域，具体为一种高热稳定性和耐火性的发泡陶瓷及其制备方法。
技术介绍
发泡陶瓷是指内部具有封闭孔洞的陶瓷产品，其具有轻质、隔音、保温的特点，是一种良好的砌筑保温材料。生产这种材料的常规做法是在陶瓷坯体配方中添加发泡剂，发泡剂在高温烧结过程中产生气体，这些气体被高温烧结产生的液相包裹，冷却后在坯体内部形成具有蜂窝状封闭气孔。因此在发泡陶瓷物相构成中存在较多的非晶态的玻璃相，玻璃相在高温受热情况下或会软化熔融，而且在多孔的形貌特征下，当外部急剧加热升温时，热量难以迅速传导到发泡陶瓷内部，这就会造成表层闭口气孔受热急剧膨胀而剥落。因此目前发泡陶瓷的热稳定性和耐火性能是制约其应用发展的主要的问题，特别是对于厚度≥20mm的砌块或板材类发泡陶瓷产品，此类问题尤为严重。当遭遇火灾后，使用发泡陶瓷砌筑的墙体多需要重新修整，严重时甚需要整体进行替换。
技术实现思路
针对
技术介绍
中提出的问题，本专利技术提供一种高热稳定性和耐火性的发泡陶瓷及其制造方法。本专利技术通过原料和烧成制度的匹配获得具有特定物相组成的发泡陶瓷材料，这种特定物相构成的发泡陶瓷材料具有高热稳定性和耐火性。一种高热稳定性和耐火性的发泡陶瓷，其具有封闭的气孔，其物相构成中包括堇青石、莫来石和玻璃相，上述玻璃相将上述堇青石物相和莫来石物相粘接固定，上述莫来石物相占发泡陶瓷总质量的5%～25%，上述堇青石物相占发泡陶瓷总质量的8%～25%。堇青石和莫来石的热膨胀系数低，因此当发泡陶瓷的物相中含有大量的堇青石和莫来石时，材料的热稳定性和耐火性能也会对应提高。优选地，在上述高热稳定性和耐火性的发泡陶瓷中还含有磷灰石物相，所述磷灰石物相占发泡陶瓷总质量的0.5%～2%。优选地，在上述高热稳定性和耐火性的发泡陶瓷中还含有锆石物相，所述锆石物相占发泡陶瓷总质量的0.2%～0.8%。优选地，在上述高热稳定性和耐火性的发泡陶瓷中还含有辉石物相，所述辉石物相占发泡陶瓷总质量的2%～5%。优选地，在上述高热稳定性和耐火性的发泡陶瓷中还含有钙长石物相，所述钙长石物相占发泡陶瓷总质量的1%～3%。本专利技术还提供一种制备高热稳定性和耐火性发泡陶瓷的方法，其包括如下步骤：步骤1，配料，按如下质量配比称取原料，合计100份：堇青石-莫来石质耐火材料20～50份、抛光渣20～50份、塑性黏土5～30份、滑石0～10份、废玻璃5～15份、高温发泡剂0.2～2份，烧结助剂1～10份；上述高温发泡剂为碳化硅、三氧化二铁、碳粉中的至少一种；上述烧结助剂为磷酸盐、碳酸盐、锆英砂、氧化锰、锂辉石、Y2O3中的至少一种；上述堇青石-莫来石质耐火材料可由堇青石和莫来石按质量比为0.8～1.5：1的混合物替换；步骤2，球磨造粒，将步骤1称取的原料进行加水球磨制成浆料，陈腐均化后进行喷雾造粒获得粉料；步骤3，布料烧结，将步骤2获得的粉料布施在耐火窑具内，送入窑中烧结，烧结温度1100℃～1200℃；步骤4，去皮切割，将烧结后的发泡陶瓷从窑具内取出，抛磨去除表皮层，切割成所需尺寸产品。在以上方法中，堇青石-莫来石质耐火材料可以使用堇青石-莫来石质的废耐火窑具，也可以直接使用堇青石和莫来石按质量比为0.8～1.5：1的构成的混合物替换。当然，前者在制造成本上更具优势，直接使用堇青石和莫来石会使生产成本偏高。在以上方法中，优选地，原料中还包括0.01～5份的硅酸铝纤维。原料中含有硅酸铝纤维可以使发泡陶瓷的韧性更好，可以提升制品的抗压强度。另外，硅酸铝纤维也是发泡陶瓷生成中的消耗品，在步骤3中，为了避免发泡陶瓷在高温烧结时对窑具的破坏，通常会先在窑具内铺设一层硅酸铝纤维，烧结后这些报废的硅铝纤维可以直接作为原料回用，提升制品性能的同时又节约生成成本，减少废固物的排放。优选地，上述烧结助剂中的碳酸盐为碳酸钠、碳酸钙、碳酸铵中的至少两种组合。优选地，上述烧结助剂为磷酸盐、碳酸盐、锆英砂、氧化锰、锂辉石和Y2O3的混合物。优选地，上述发泡剂为碳化硅和三氧化二铁的混合物。烧结助剂中的锆英砂与Y2O3共同作用，使莫来石晶粒的长大受到抑制，同时，使应力产生裂纹的扩展发生偏转，提高发泡陶瓷的强度，继而使发泡陶瓷具有较低的高温塑性变形及良好的抗热震性。锂辉石引入Li元素，可降低材料的热膨胀系数，另外Li为碱金属，具有很强的助融作用，可降低原料的烧成温度；上述锂辉石可以是锂辉石原矿，也可以使锂辉石提纯Li后的尾矿，用以提供少量的Li碱金属作为强熔剂，均可改善发泡陶瓷的膨胀系数进而改善热稳定性和耐火性能。MnO2作为供氧剂，在高温发泡阶段为发泡剂提供氧，促进发泡进程进行。锆英砂提供ZrO2，其在高温相变过程中会使闭气孔产生微裂纹，这些微裂纹在产品受到外部温度急剧升高时，气孔体积膨胀，可以弥补体积差，从而防止气孔因体积膨胀而爆裂，进而改善耐火性能，提高耐火极限。适量使用碳酸盐对烧结具有积极作用，特别时使用具有分解温度梯度的碳酸盐，碳酸盐分解时为粉料提供供氧通路，当使用碳酸铵、碳酸钙、碳酸钠的组合时，首先低温条件下碳酸铵会分解、中温条件下碳酸钙会分解而高温条件下碳酸钠会有少量分解，这样的组合搭配可以在中低温条件下为粉料颗粒提供一定间隙，使粉料内部具有充足的氧元素，对烧结和碳化硅类发泡剂发泡具有积极作用。所述磷酸盐可以是磷灰石或者磷尾矿，其在发泡陶瓷烧成后可产生磷灰石、辉石等物相，提高发泡陶瓷气孔壁的硬度，从而提高发泡陶瓷的强度，发泡陶瓷的物相组成在含有较多晶相的情况下，抗压强度随之增大。另外，磷灰石、辉石物相还可以提高发泡陶瓷的导热性能高，改善耐火性能。本专利技术提供的发泡陶瓷，其物相构成中含有大量的堇青石和莫来石物相，使发泡陶瓷制品具有高热稳定性和耐火性。堇青石和莫来石需要在较高温度合成，而目前发泡陶瓷合适的烧结温度为1100℃～1200℃，在此温度下，无法大量合成堇青石和莫来石。添加堇青石和莫来石原料是一种方法，但堇青石和莫来石均属于高耐火度原料，当大量添加时会使原料的烧成温度大幅提升，而大量使用废玻璃类助融剂的方式会使发泡陶瓷中玻璃相过高，在高温条件下会熔融脱落，影响制品耐火性。针对问题，我们在制备方法中，使用烧结助剂，通过添加烧结助剂，一方面降低烧结温度，另一方面还可以提升制品性能，尤其是在使用复合烧结助剂情况下，这种优势更为明显。发泡陶瓷的性能可达到：热稳定性200℃10次不裂，耐火极限：完整性＞2H，隔热性＞90min（耐火极限测试标准：GB/T9978.8-2008第10条要求，测试方法见：GB/T9978.1-2008）。附图说明附图1为本专利技术实施例1获得的发泡陶瓷的扫描电镜照片（SEM），放大倍率为100倍。附图2为本专利技术实施例1获得的发泡陶瓷的扫面电镜照片（SEM），放大倍率为500倍。附图3为本专利技术实施例1获得的发泡陶瓷的扫面电镜照片（SEM），放大倍率为2000倍。具体实施方式...

【技术保护点】
1.一种高热稳定性和耐火性的发泡陶瓷，其具有封闭的气孔，所述发泡陶瓷的物相构成中包括堇青石、莫来石和玻璃相，所述玻璃相将所述堇青石物相和莫来石物相粘接固定，其特征在于，所述莫来石物相占发泡陶瓷总质量的5%～25%，所述堇青石物相占发泡陶瓷总质量的8%～25%。/n

【技术特征摘要】
1.一种高热稳定性和耐火性的发泡陶瓷，其具有封闭的气孔，所述发泡陶瓷的物相构成中包括堇青石、莫来石和玻璃相，所述玻璃相将所述堇青石物相和莫来石物相粘接固定，其特征在于，所述莫来石物相占发泡陶瓷总质量的5%～25%，所述堇青石物相占发泡陶瓷总质量的8%～25%。


2.如权利要求1所述的一种高热稳定性和耐火性的发泡陶瓷，其特征在于，所述发泡陶瓷中还含有磷灰石物相，所述磷灰石物相占发泡陶瓷总质量的0.5%～2%。


3.如权利要求1所述的一种高热稳定性和耐火性的发泡陶瓷，其特征在于，所述发泡陶瓷中还含有锆石物相，所述锆石物相占发泡陶瓷总质量的0.2%～0.8%。


4.如权利要求1所述的一种高热稳定性和耐火性的发泡陶瓷，其特征在于，所述发泡陶瓷中还含有辉石物相，所述辉石物相占发泡陶瓷总质量的2%～5%。


5.如权利要求1所述的一种高热稳定性和耐火性的发泡陶瓷，其特征在于，所述发泡陶瓷中还含有钙长石物相，所述钙长石物相占发泡陶瓷总质量的1%～3%。


6.一种制备高热稳定性和耐火性发泡陶瓷的方法，其包括如下步骤：
步骤1，配料，按如下质量配比称取原料，合计100份：堇青石-莫来石质耐火材料20～50份、抛光渣20～50份、塑性黏土5～30份、滑石0～10份、废玻璃5～15份、...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国涛，江峰，邓波，杨景琪，
申请(专利权)人：广东金意陶陶瓷集团有限公司，佛山金意绿能新材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44