本发明专利技术涉及一种全闭孔泡沫陶瓷及其低温烧制方法，属于陶瓷材料技术领域，所述全闭孔泡沫陶瓷采用以下原料制备：石英砂、硼砂、钠长石、钾长石、钛白粉、氢氧化钡、碳粉和Fe3O4，所述全闭孔泡沫陶瓷采用上述原料经球磨、模压以及烧结后制得。本发明专利技术的烧制方法具有工艺简单、烧结温度低、力学性能好和闭孔率高的显著优点。优点。优点。
【技术实现步骤摘要】
一种全闭孔泡沫陶瓷及其低温烧制方法
[0001]本专利技术涉及一种全闭孔泡沫陶瓷及其低温烧制方法，属于陶瓷材料
技术介绍
[0002]泡沫陶瓷是一种具有高孔隙率的陶瓷材料，分为开孔型和闭孔型2种。开孔泡沫陶瓷的特点是孔隙彼此连通且对外开放，开孔泡沫陶瓷的制备工艺成熟，制品性能稳定。相较于开孔泡沫陶瓷，闭孔泡沫陶瓷的特点是孔隙彼此独立且对外封闭，该结构使闭孔泡沫陶瓷具有优异的防水、防潮、保温、隔热性能，从而使闭孔泡沫陶瓷在一些前沿领域展现出广阔的应用需求，例如：用作恶劣环境的建筑保温材料；用作漂浮物构建人工岛礁；用作火灾防护和灭火材料；用作电磁透波材料；用作超深井钻杆的内层保温材料；用作雷达隐身和红外隐身材料等。
[0003]虽然闭孔泡沫陶瓷应用前景广阔，但其制备工艺复杂，截止目前，在国内外，制备闭孔率高、力学性能好、微观结构均匀的闭孔泡沫陶瓷仍然是一个难题。由于采用现有的制备工艺得到的闭孔泡沫陶瓷综合性能欠佳，限制了闭孔泡沫陶瓷的应用，继而导致很多亟需借助闭孔泡沫陶瓷实现突破的领域只能另寻他途。
[0004]现有的制备工艺中，高温发泡是制备闭孔泡沫陶瓷的最佳方法，绝大多数闭孔泡沫陶瓷都是采用高温发泡法制备的。利用高温烧结法制备泡沫陶瓷常用的发泡剂主要有碳化硅、氮化硅、硫酸钙、碳酸钙、碳酸钠等，但采用这些发泡剂制备泡沫陶瓷均有缺点。以碳化硅和氮化硅作为发泡剂时，泡沫陶瓷的综合性能较好，但烧结温度太高，普遍在1000～1250℃，导致泡沫陶瓷制品的生产成本太高；以硫酸钙作为发泡剂的弊端更多，一方面烧结温度在1200℃以上使得制备成本太高，另一方面发泡过程产生二氧化硫会造成严重的环境污染；以碳酸钙和碳酸钠作为发泡剂时，泡沫陶瓷的烧结温度普遍在800～1000℃，虽然烧结温度降低了，但是泡沫陶瓷制品的强度普遍不高。
[0005]因此，本领域技术人员急需寻求一种全闭孔泡沫陶瓷及其制备方法，降低全闭孔泡沫陶瓷的制备成本的同时又保证其强度。
技术实现思路
[0006]本专利技术针对现有的全闭孔泡沫陶瓷高温烧结成本高、低温烧结强度低的缺陷，提供一种全闭孔泡沫陶瓷及其低温烧制方法。
[0007]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0008]一种全闭孔泡沫陶瓷，采用以下原料制备：
[0009]石英砂、硼砂、钠长石、钾长石、钛白粉、氢氧化钡、碳粉和Fe3O4，
[0010]所述全闭孔泡沫陶瓷采用上述原料经球磨、模压以及烧结后制得。
[0011]采用高温发泡法制备闭孔泡沫陶瓷必须具备两个条件：
[0012](1)坯体在高温形成具有合适粘度的熔融态连续整体；
[0013](2)坯体中的发泡剂以适当的速率产生发泡气体。
[0014]在具备了上述两个条件之后，高温发泡气体就会被熔融且连续的陶瓷基体封闭，熔融基体就像吹气球一样逐渐被“吹大”，当温度降至室温后便得到了闭孔泡沫陶瓷。
[0015]Fe3O4在常温稳定。根据图1的热重曲线，当温度升至250～300℃时，Fe3O4在空气中会发生氧化反应生成Fe2O3，而在氩气中会发生分解反应生成FeO和氧气。如果能利用Fe3O4在高温发生分解生成气体这个反应，就有希望以Fe3O4作为发泡剂，通过配制具有合适熔融特性的陶瓷坯体并选择合适的烧结温度，制备出全闭孔泡沫陶瓷。
[0016]本专利技术的原料中，石英砂和硼砂是主体，钠长石、钾长石、钛白粉、氢氧化钡是添加剂，作为粘度调节剂，碳粉是还原剂，Fe3O4是发泡剂。另外，硼砂既是主要原料之一，又是助熔剂，其作用是使坯体具有较低的熔融温度。钠长石、钾长石、钛白粉、氢氧化钡的作用是使基体在熔融时具有合适的粘度。加入碳粉，一方面是为了在坯体熔融之前与坯体中的Fe3O4争夺氧，以避免Fe3O4发生氧化反应，另一方面是在坯体熔融之后利用少量残存碳促进Fe3O4的分解反应，从而缩短泡沫陶瓷的制备时间。
[0017]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以作出如下的改进：
[0018]进一步，所述原料中：
[0019]石英砂、钠长石、钾长石组成混合料I，所述的混合料I中，石英砂、钠长石、钾长石的重量比为90：4～6：6～4；
[0020]所述的混合料I与硼砂组成混合料II，所述的混合料II中，混合料I与硼砂的重量比为3：2～7。
[0021]钛白粉与氢氧化钡组成混合料III，所述的混合料III中，钛白粉与氢氧化钡的重量比为1：2～4。
[0022]碳粉与Fe3O4组成混合料IV，所述的混合料IV中，碳粉与Fe3O4的重量比为1：1～2。
[0023]所述的混合料II、混合料III、混合料IV组成混合料V，所述的混合料V中，混合料II、混合料III、混合料IV的重量比为90：4～6：6～4。
[0024]进一步，其烧结温度为600～700℃。
[0025]进一步，所述混合料II与烧结温度具有如下的对应关系：
[0026]当600℃≤烧结温度＜650℃时，混合料II中的混合料I与硼砂的重量比为3：4.5～7；
[0027]当烧结温度为650℃时，混合料II中的混合料I与硼砂的重量比为3：3～4.5；
[0028]当650℃＜烧结温度≤700℃时，混合料II中的混合料I与硼砂的重量比为3：2～3。
[0029]在本专利技术的实际操作中，在600～700℃的烧结温度范围内，混合料II中的混合料I与硼砂的重量比可在3：7～2范围内随意选择。但是，烧结温度与混合料II中的混合料I与硼砂的重量比仍然存在着较优的对应关系：在600～700℃温度范围内，当烧结温度较低时，混合料II中的硼砂含量高一点更有利于提升泡沫陶瓷的均匀性和综合性能；当烧结温度较高时，适当降低混合料II中的硼砂含量更有利于提升泡沫陶瓷的均匀性和综合性能。
[0030]本专利技术还提供一种如上所述的全闭孔泡沫陶瓷低温烧结方法，包括如下步骤：
[0031](1)混合粉料制备：将各原料依次混合，并磨制成混合粉料；
[0032](2)混合粉料模压：将步骤(1)获得的混合粉料模压成坯体；
[0033](3)坯体烧结：将步骤(2)获得的坯体以5～20℃/min的速率升温，在600～700℃保温40～80min，然后随炉冷却至室温，得全闭孔泡沫陶瓷。
[0034]进一步，所述步骤(1)中：将混合料V倒入氧化锆球磨罐中，加入氧化锆球，使用行星式球磨机进行磨制，得到粒径小于5微米的粉料。
[0035]进一步，所述步骤(1)中：每100g混合料V中加入20～25颗直径为10～15mm的氧化锆球，
[0036]进一步，所述步骤(2)中：模压压力为4～6MPa，保压时间为10～20s。
[0037]本专利技术的有益效果在于：
[0038](1)本专利技术的烧制方法具有工艺简单和烧结温度低的显著优点，因此制造成本远低于现有的制备工艺。
[0039](2)本专利技术制备的全闭孔泡沫陶瓷内部各孔彼此独立本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种全闭孔泡沫陶瓷，其特征在于，采用以下原料制备：石英砂、硼砂、钠长石、钾长石、钛白粉、氢氧化钡、碳粉和Fe3O4。2.根据权利要求1所述的全闭孔泡沫陶瓷，其特征在于，所述原料中：石英砂、钠长石、钾长石组成混合料I，所述的混合料I中，石英砂、钠长石、钾长石的重量比为90：4～6：6～4；所述的混合料I与硼砂组成混合料II，所述的混合料II中，混合料I与硼砂的重量比为3：2～7；钛白粉与氢氧化钡组成混合料III，所述的混合料III中，钛白粉与氢氧化钡的重量比为1：2～4；碳粉与Fe3O4组成混合料IV，所述的混合料IV中，碳粉与Fe3O4的重量比为1：1～2；所述的混合料II、混合料III、混合料IV组成混合料V，所述的混合料V中，混合料II、混合料III、混合料IV的重量比为90：4～6：4～6。3.根据权利要求2所述的全闭孔泡沫陶瓷，其特征在于，其烧结温度为600～700℃。4.根据权利要求3所述的全闭孔泡沫陶瓷，其特征在于，所述混合料II与烧结温度具有如下的对应关系：当600℃≤烧结温度＜650℃时，混合料II中的混合料I与硼砂的重量比为3：4.5～7；当烧结温...
【专利技术属性】
技术研发人员：李向明，郁万军，吕翠翠，
申请(专利权)人：烟台大学，
类型：发明
国别省市：
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