一种高强度发泡陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度发泡陶瓷及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)将发泡陶瓷原料和助剂制备成料浆，再经干燥制成粉料；所述助剂中，以碳化硅为发泡剂，以三氧化二铬和/或含三氧化二铬的物质为晶核剂，以无机短切纤维为增强剂；(2)将粉料置于模具中，烧成；(3)烧成后经冷却、拆模，得到高强度发泡陶瓷。本发明专利技术采用Cr2O3作为晶核剂，并在冷却至析晶温度点处保温，促进了基体内玻璃相的形成高强度的莫来石和石英晶体，既提升了基体的强度，又不影响高温下熔体内气孔的形成与生长，制得的发泡陶瓷具有良好的孔结构和优异的力学性能。学性能。学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度发泡陶瓷及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种高强度发泡陶瓷及其制备方法，属于陶瓷材料


技术介绍

[0002]发泡陶瓷是一种由连续固相骨架和封闭气孔组成的两相闭孔陶瓷材料，具有轻质高强、保温隔音、防水阻燃、耐腐蚀、抗老化等优异特性，是一种与建筑同寿命的高性能无机保温墙体材料。良好的保温性能和力学性能是发泡陶瓷用作墙体材料的重要支撑，通过降低材料的体积密度可有效提升发泡陶瓷的保温性能，但却严重降低了发泡陶瓷的强度。因此，发泡陶瓷的力学性能与保温性能相互制约。受制于建筑物结构强度的要求，目前仅能选择体积密度约400kg/m3的发泡陶瓷作为内隔墙墙体材料，因而材料的导热系数通常大于0.12W/(m
·
k)，制约了发泡陶瓷的保温性能。如何提升发泡陶瓷的强度，成为提升发泡陶瓷综合性能、拓宽应用范围的关键。
[0003]通常，发泡陶瓷是通过将铝硅质原料与高温发泡剂(如SiC)混合制成粉末，在高温下形成半熔融状态的悬浮熔体，同时，发泡剂分解产生的气体被熔体包裹，形成封闭气孔，在降温阶段凝固形成闭孔泡沫结构。因此，发泡陶瓷是由固相陶瓷基体和气相泡孔构成，孔结构和基体强度决定了发泡陶瓷的力学性能。提高发泡陶瓷强度的途径主要包括：(1)改善孔结构，减小平均孔径并提升孔径分布均匀性；(2)提升发泡陶瓷固相基体(孔壁)的强度。
[0004]专利技术专利CN110511038A《一种高抗压强度发泡陶瓷的制备方法》公开了一种通过分层布置不同粒度的粉料，调控发泡陶瓷的气孔结构，从而提升抗压强度的方法。然而，通过孔结构的优化对发泡陶瓷强度提升效果有限，提升固相基体的强度，是高强度发泡陶瓷开发的重要途径。
[0005]发泡陶瓷的固相基体是由大量脆性玻璃体包裹部分高强度晶体构成的，若能提高基体内的晶相含量，将显著提升发泡陶瓷的强度。然而，高温下形成充足的高温液相形成，是发泡陶瓷气孔形成的基本条件，这不可避免地导致发泡陶瓷基体具有大量的玻璃相。
[0006]此外，复合纤维是陶瓷基材料增强增韧的重要方法，但如何均匀、无损伤的将纤维分散在陶瓷粉料中，是纤维增韧发泡陶瓷的难题。专利技术专利CN07954695A《一种无机纤维增强增韧抛光渣基发泡陶瓷板及其方法》公开了一种利用无机纤维增强增韧发泡陶瓷的方法，但该方法仍沿用发泡陶瓷传统的湿法球磨方式混合原料，这导致纤维易在球磨过程中遭到破坏，限制了纤维的增韧效果。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于，提供一种高强度发泡陶瓷及其制备方法，以解决现有发泡陶瓷难以平衡的力学性能和保温性能，实现高强度、低导热的发泡陶瓷，以用于轻质墙体材料的制备。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供一种高强度发泡陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)将发泡陶瓷原料和助剂制备成料浆，再经干燥制成粉料；所述助剂中，以碳化
硅为发泡剂，以三氧化二铬和/或含三氧化二铬的物质为晶核剂；
[0010](2)将粉料置于模具中，烧成；
[0011](3)烧成后经冷却、拆模，得到高强度发泡陶瓷。
[0012]优选地，步骤(1)的助剂中，三氧化二铬(含三氧化二铬的物质按含量折算成三氧化二铬)占发泡陶瓷原料质量的0.5
‑
3％。
[0013]优选地，步骤(1)的助剂中，以无机短切纤维为增强剂；无机短切纤维占发泡陶瓷原料质量的0.5
‑
5％。
[0014]优选地，步骤(1)中，将发泡陶瓷原料与助剂经湿法搅拌制成料浆。
[0015]优选地，步骤(1)中，三氧化二铬一般选用分析纯试剂；含三氧化二铬的物质为铬矿渣；所述铬矿渣为铬铁矿冶炼过程中排放出的废渣。
[0016]优选地，步骤(1)中，发泡剂占发泡陶瓷原料质量的0.1
‑
0.6％；和/或，所述无机短切纤维为莫来石纤维、氧化铝纤维、玄武岩纤维、碳纤维中的一种或几种混合；所述无机短切纤维的长度为50
‑
500μm，直径为0.2
‑
10μm。
[0017]优选地，步骤(1)中，按质量百分数，所述发泡陶瓷原料中的化学成分为：SiO2:55
‑
70％、Al2O3:20
‑
35％、CaO:0
‑
5％、MgO:0
‑
10％、Na2O+K2O:4
‑
12％、Fe2O3:0
‑
8％。
[0018]优选地，步骤(2)中，烧成的温度为1160
‑
1240℃。
[0019]优选地，步骤(3)的冷却过程中，先以5
‑
15℃/min的速率由烧成温度冷却至析晶温度，并在析晶温度保温1
‑
5h；再以1
‑
8℃/min的速率由析晶温度冷却至室温。
[0020]优选地，所述析晶温度为850
‑
950℃。
[0021]优选地，在析晶温度时保温3
‑
4h。
[0022]作为同一个专利技术构思，本专利技术还提供一种高强度发泡陶瓷，由上述的制备方法获得，所述高强度发泡陶瓷的体积密度为260
‑
450kg/m3、体积吸水率为0.4
‑
0.9％、抗压强度4
‑
10MPa、导热系数0.07
‑
0.11W/(m
·
K)。其中，体积密度优选为260
‑
350kg/m3。
[0023]本专利技术的技术原理是：在发泡陶瓷气孔形成后，熔体冷却时，因内部Cr
3+
较高的离子电场而形成络合物，形成初期晶核，诱导固相孔壁内的玻璃相转变为晶相。由于晶体相比于玻璃体具有高强的断裂韧性，可显著提升发泡陶瓷的力学性能。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0025](1)本专利技术采用Cr2O3和/或铬矿渣(有效成分为Cr2O3)作为晶核剂，并在冷却至析晶温度点处保温，促进了基体内玻璃相的形成高强度的莫来石和石英晶体，既提升了基体的强度，又不影响高温下熔体内气孔的形成与生长，制得的发泡陶瓷具有良好的孔结构和优异的力学性能。
[0026](2)本专利技术采用具有高熔点且耐侵蚀的短纤维作为增强剂，既发挥了纤维的复合增强作用，又不影响气孔在熔体内的均匀形成与生长，实现了高强度发泡陶瓷的制备。
[0027](3)本专利技术提出使用泥浆高速搅拌法将纤维分散在原料中，既实现了纤维的均匀分散，又不造成纤维在分散过程中的损伤，制得的发泡陶瓷具有轻质高强的特性。
附图说明
[0028]图1为实施例1经析晶强化的发泡陶瓷孔壁微观形貌；
[0029]图2为图1中虚线焦点处的放大示意图；
[0030]图3为实施例1短切纤维复合的发泡陶瓷孔壁微观形貌。
具体实施方式
[0031]以下结合附图及具体实施例对本专利技术做进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度发泡陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将发泡陶瓷原料和助剂制备成料浆，再经干燥制成粉料；所述助剂中，以碳化硅为发泡剂，以三氧化二铬和/或含三氧化二铬的物质为晶核剂；(2)将粉料置于模具中，烧成；(3)烧成后经冷却、拆模，得到高强度发泡陶瓷。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)的助剂中，三氧化二铬占发泡陶瓷原料质量的0.5
‑
3％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)的助剂中，以无机短切纤维为增强剂；无机短切纤维占发泡陶瓷原料质量的0.5
‑
5％。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，将发泡陶瓷原料与助剂经湿法搅拌制成料浆。5.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述含三氧化二铬的物质为铬矿渣；所述铬矿渣为铬铁矿冶炼过程中排放出的废渣。6.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，发泡剂占发泡陶瓷原料质量的0.1
‑
0.6％；和/或，所述无机短切纤维为莫来石纤维、氧化铝纤维、玄武岩纤维、碳纤维中的一种或几种混合；所述无机短切纤维的长度为50
‑
500μm，直径为0.2
‑
10μm。7.根据权利要求1
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：周明凯，陈潇，王怀德，林方亮，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：