专利名称：一种高强度发泡保温陶瓷材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种陶瓷材料及其制备方法，尤其涉及一种高强度保温陶瓷材料及其制备方法。
背景技术：
经过长期国内外市场分析调查，首先回顾了发泡保温陶瓷材料行业的发展历程，由早期蜂窝陶瓷、泡沫陶瓷、轻质陶瓷以及水泥发泡陶瓷发展到无机发泡陶瓷，其发展趋势以及市场需求都在以抛物线的形式曲线上升，发泡材料技术领域的优化，质量体系的革新，以及生产工艺的改进，改写了早期的“高污染、高能耗、低效率”的生产模式。现代化环保理念不断被提出，“绿色建筑，人文建筑”是现代开发的宗旨，亦是未来发泡保温陶瓷材料甚至建筑科学领域的导向，但目前世界上所有厂家生产的Al级保温发泡陶瓷保温板强度很低，且导热系数也很高，导致了其保温隔热效果也较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中保温发泡陶瓷材料强度低、导热系数高以及保温隔热效果差等上述缺陷，提供一种度高、韧性好以及保温隔热效果好的高强度发泡保温陶瓷材料及其制备方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种高强度发泡保温陶瓷材料，按照配方质量百分比，包括以下组分河道淤泥25-45wt%，高岭土 0-15wt%，页岩石10_25wt%，滑石l-5wt%，长石5-30wt%，发泡剂l-3wt%，玻璃纤维粉5_10wt%，锆钛酸铅纳米微粉l_4wt%和三聚磷酸钠O. 2-0. 5wt%，余量为水。在本发明所述的高强度发泡保温陶瓷材料中，其原料中不仅包含了现有技术中制作发泡保温陶瓷必须的原料，还包括了玻璃纤维粉和锆钛酸铅纳米微粉，玻璃纤维粉的主要化学成分为SiO2AL2O3. CaO. MgO,锆钛酸铅纳米微粉是采用Pb3O4, ZrO2和TiO2采用液相溶胶-凝胶法合成的；本发明所述技术方案采用玻璃纤维粉和锆钛酸铅纳米微粉的高温合成，使两者之间通过纤维与基体界面发生化学反应，提高纤维与玻璃陶瓷的结合强度，减少结合部位性能的不相匹配性，从而依靠应力诱发相变增韧、裂纹偏转增韧和微裂纹增韧，ZrO2颗粒就发生四方到单斜的相转变，并在机体中引起微裂纹，它吸收了裂纹扩展的能量，削弱或阻止了裂纹的扩展，在原料中引入P2O5以明显增加ZrO2在硅酸盐熔体中的溶解度，达到增强补韧的目的；AL203成分在高温熔融时增加了莫来石晶体的高温粘度，形成机体的骨架；其中CaO和MgO在高温以CO2的形式挥发，同时也促进了闭气孔的生成，故本发明所述技术方案在提高陶瓷材料韧性的同时也不会影响发泡剂在机体中高温反应产生气泡，故其保温隔热效果也很好，克服了传统发泡保温材料韧性低、保温隔热效果差等缺陷。作为对本发明所述技术方案的一种改进，锆钛酸铅纳米微粉是采用液相溶胶-凝胶法合成的，其颗粒细度控制在10-30nm。因为锆钛酸铅纳米微粉是采用液相溶胶-凝胶法合成的，所以采用此方法合成的锆钛酸铅纳米微粉会很容易混合均匀，并且很容易进行化学反应，仅需要较低的合成温度；另外，合成的锆钛酸铅纳米微粉颗粒细度控制在10-30nm，保证锆钛酸铅纳米微粉与其他原料进行更均匀、充分的混合，也会在一定程度上加强陶瓷的强度，故由此可保证采用本发明所述技术方法获得的陶瓷材料具有强度高的优点。作为对本发明所述技术方案的一种改进，发泡剂是碳化 硅微粉、芒硝粉、石膏微粉中的一种或几种。本发明所述的高强度发泡保温陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤(I)原料配比河道游泥25_45wt%,高岭土 0_15wt%,页岩土 10_25wt%,滑石l-5wt%，长石5-30wt%，玻璃纤维粉5-10wt%，三聚磷酸钠O. 2-0. 5wt% ；(2)泥浆球磨步骤(I)中的原料经称重系统精确添加后，按原料磨球为1:2的比例向原料中加入磨球，再向混合物料中加入占原料总重量30-35wt%的水进行预先球磨后得到混合泥浆，然后向混合泥浆中添加发泡剂l_3wt% ;球磨时间为28-32h ；(3)干燥制粉将经过步骤(2)球磨后的泥浆先排除水分，排除水分的泥浆经过带式干燥成为泥饼，再将泥饼碾磨成为粉体；(4)混合搅拌在经过步骤(3)得到的粉体中添加锆钛酸铅纳米微粉l_4wt%后进行搅拌；(5)高温烧结将通过步骤(4)处理过的粉料通过密封式气压输送至平板窑车进行高温烧结，烧结温度为1100-1250° C，升温速度控制在5-15° C/min，高火保温120-180分钟，然后冷却出窑；(6)后期加工经过步骤(5)中烧成冷却后，再进行切割、包装及后期加工。在本发明所述技术方案中，按原料磨球为1:2的比例向原料中加入磨球，因为磨球本身的高硬度、高耐磨以及高韧性等特性，这样就能保证原料在磨球与磨球的撞击间能充分进行研磨，使得原料粉体更细，更均匀。在对原料进行初期的研磨后，再向混合物料中加入占原料总重量30-35wt%的水进行预先球磨得到混合泥浆，然后向混合泥浆中添加发泡剂，因为发泡剂本身粒径在O. 05 lmm之间，如果预先球磨时就加入发泡剂，则会使得发泡剂粒径太小，而导致达不到理想的发泡效果；添加发泡剂后球磨28-32h，如果球磨时间小于28h，则球磨得到的泥浆达不到所要求的均匀细度，如果球磨时间超过32h，则费时费力，造成对资源的浪费，增加了生产成本；另外在本发明所述技术方案中，向混合泥浆中添加发泡剂的量优选为l_3wt%，这样就能保证气孔率高且气孔分布均匀，抗压强度高，吸水率低，且还保证了良好的保温隔热效果；如若发泡剂含量低于lwt%，则烧结获得的陶瓷材料气孔率会大大降低，气孔生长不全，且大小不一；如若发泡剂含量高于3wt%，则烧结获得的陶瓷材料气孔孔径会变大，气孔还会有炸开的迹象，这样会直接导致其抗压强度降低，吸水率也增大。除此之外，在对原料进行初步研磨后，再向混合物料中加入占原料总重量30-35wt%的水进行预先球磨，故在本发明所述技术方案中，是采用将球磨榨泥的方式和烘干打微粉相结合的方法生产陶瓷材料，这样的方法结合了陶瓷工艺中的干法和湿法两种工艺，避免了干法生产工艺中粉尘对环境的污染，使得生产环境更干净。在高温烧结步骤中，如若烧结的温度低于1100° C，或保温时间少于120分钟，则莫来石晶相转变尚未完成，闭气孔分布不够均匀，锆钛酸铅纳米微粉中的Pb3O4成分还未能全部挥发，产品烧结度不够，会降低气孔的强度及韧性；如若烧结的温度高于1250° C，或保温时间超过180分钟，一方面莫来石晶粒变大，液相增多，可能会使产品软化变形，气孔率反而直线降低，严重影响陶瓷材料的质量，另一方面也会在一定程度上造成资源浪费，经济成本提高。故在1100-1250° C温度范围内，保温120-180分钟，这样就能在一定程度上保证所获陶瓷材料具有强度高、韧性好以及保温效果好等优点。另外，在本发明所述技术方案中，升温速度控制在5-15° C/min，如果升温速度低于5° C/min，则会直接导致升温时间变长，会造成资源浪费；如若升温速度超过15° C/min，这样也会造成资源的浪费，不经济，且因为升温速度快，则所需升温的时间就会变短，这样会对产品的强度有所损坏，这些都是所不希望的。在获得半成品后，要等烧结后的半成品冷却后再切割，这样会使得陶瓷坯体内部热应力全部释放，可以避免在切割过程中因为热应力没全部释放而影响陶瓷材料的质量。作为对上述高强度发泡保温陶瓷材料的制备方法的一种改进，在步骤(2)中，先把步骤(I)中所述的原料加水进行预先球磨，当泥浆筛余量达到标准范围内时，在出浆前60分钟再添加发泡剂。如果在预先球磨之前就加入发泡剂，则会使得发泡剂被磨得太细，严重 影响发泡效果。作为对上述高强度发泡保温陶瓷材料的制备方法的一种改进，在步骤(2)中，球磨得到混合泥浆的标准是泥浆筛余量为120目筛筛余总质量的3%以下。如果泥浆筛余量不在这个范围之内，则达不到理想的强度和发泡效果。作为对上述高强度发泡保温陶瓷材料的制备方法的一种改进，在步骤(3)中，排除水分采用机械式榨泥机，泥饼干燥采用红外线烘房，泥饼碾磨成粉体采用高压雷蒙机。本发明所述技术方案中的机械箱式榨泥机、红外线烘房以及高压雷蒙机都为公知技术，采用本领域中的机械箱式榨泥机、红外线烘房和高压雷蒙机都可实现本技术方案。作为对上述高强度发泡保温陶瓷材料的制备方法的一种改进，在步骤(3)中，干燥后的泥饼水分控制在4wt%以下，碾磨得到粉体的标准为粉体细度筛余量控制在200目筛筛余总质量的5%以下，粒径为O. 2-0. 4mm。如果干燥后的泥饼水分控制在4wt%以上，或碾磨得到粉体的细度筛余量控制在200目筛筛余总质量的5%以上，一方面会影响产品的质量和发泡效果，即会影响陶瓷材料的强度和保温隔热效果；另一方面，也会增加生产成本。作为对上述高强度发泡保温陶瓷材料的制备方法的一种改进，在步骤(4)中，在经过步骤(3)得到的粉体中添加锆钛酸铅纳米微粉后，采用双层混合搅拌机进行双层混合搅拌，搅拌时间控制在10-20分钟范围内。在本发明所述技术方案中，采用双层混合搅拌机对粉体进行双层混合搅拌，即先在上层搅拌10分钟左右，然后再在下层进行搅拌10分钟左右，这样会使得粉体混合更均匀，另外，所述双层混合搅拌机为公知技术，采用本技术领域中常规的双层混合搅拌机即可实现本技术方案。在本发明所述技术方案中，称重系统、磨球以及平板窑车均为公知技术，采用本领域中常规的称重系统、磨球以及平板窑车即能实现本技术方案。因此，本发明的有益效果是提供了一种高强度发泡保温陶瓷材料及其制备方法，该高强度发泡保温陶瓷材料具有强度高、韧性强以及隔热效果好等优点，本发明还采用干法和湿法相结合的方法来制备陶瓷材料，该方法在一定程度上避免了单独采用干法制备过程中粉尘对环境的污染，提高了生产环境的质量。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图
及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明优选实施例如下一种高强度发泡保温陶瓷材料， 采用河道淤泥、高岭土、页岩土、滑石、长石％、发泡齐 、玻璃纤维粉、锆钛酸铅纳米微粉、三聚磷酸钠以及水等加工而成。上述高强度发泡保温陶瓷材料的制备方法包括如下工艺步骤(I)原料配比河道游泥25_45wt%,高岭土 0_15wt%,页岩土 10_25wt%,滑石l-5wt%，长石5-30wt%，玻璃纤维粉5-10wt%，三聚磷酸钠O. 2-0. 5wt% ；(2)泥浆球磨步骤(I)中的原料经称重系统精确添加后，按原料磨球为1:2的比例向原料中加入磨球，再向混合物料中加入占原料总重量30-35wt%的水进行预先球磨后得到混合泥浆，在出浆前60分钟在混合料中添加发泡剂l_3wt% ;球磨时间为28-32h，泥浆细度控制在泥浆筛余量为120目筛筛余总质量的3%以下；(3)榨泥制粉将经过步骤(2)球磨后的均一细度的泥浆先通过机械箱式榨泥机排除水分，再经红外线烘房干燥成泥饼，泥饼水分控制在4%以下，最后经高压雷蒙机滚轴碾磨，碾磨得到粉体的标准为粉体细度筛余量控制在200目筛筛余总质量的5%以下,粒径为 O. 2-0. 4mm ；(4)混合搅拌在经过步骤(3)得到的粉体中添加锆钛酸铅纳米微粉l_4wt%，采用双层混合搅拌，搅拌时间控制在10-20分钟范围内；(5)高温烧结将通过步骤(4)处理过的粉料通过密封式气压输送至平板窑车进行高温烧结，烧结温度为1100-1250° C，升温速度控制在5-15° C/min，高火保温120-180分钟，然后冷却出窑；(6)后期加工经过步骤(5)中烧成冷却后，再进行切割、包装及后期加工。为了进一步说明本发明所述高强度保温陶瓷的有益效果，在本发明中进行了正交试验，正交试验表如下表I本高强度发泡保温陶瓷材料制备方法配方工艺正交试验表
权利要求
1.一种高强度发泡保温陶瓷材料，其特征在于，按照配方质量百分比，包括以下组分河道游泥25_45wt%,高岭土 0_15wt%,页岩石10_25wt%,滑石l_5wt%,长石5_30wt%,发泡剂l-3wt%,玻璃纤维粉5-10wt%，锆钛酸铅纳米微粉l_4wt%和三聚磷酸钠O. 2-0. 5wt%,余量为水。
2.根据权利要求I所述的高强度发泡保温陶瓷材料，其特征在于，所述锆钛酸铅纳米微粉是采用液相溶胶-凝胶法合成的，其颗粒细度控制在10-30nm。
3.根据权利要求I所述的高强度发泡保温陶瓷材料，其特征在于，所述发泡剂是碳化娃微粉、芒硝粉、石膏微粉中的一种或几种。
4.权利要求1-3中任一权利要求所述的高强度发泡保温陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)原料配比河道淤泥25-45wt%，高岭土0-15wt%，页岩土 10_25wt%，滑石l_5wt%，长石5-30wt%，玻璃纤维粉5-10wt%，三聚磷酸钠O. 2-0. 5wt% ； (2)泥浆球磨步骤(I)中的原料经称重系统精确添加后，按原料磨球为1:2的比例向原料中加入磨球，再向混合物料中加入占原料总重量30-35wt%的水进行预先球磨后得到混合泥浆，然后向混合泥浆中添加发泡剂l_3wt% ;球磨时间为28-32h ； (3)干燥制粉将经过步骤(2)球磨后的泥浆先排除水分，排除水分的泥浆经过干燥成为泥饼，再将泥饼碾磨成为粉体； (4)混合搅拌在经过步骤(3)得到的粉体中添加锆钛酸铅纳米微粉1_4被％后进行搅拌; (5)高温烧结将通过步骤(4)处理过的粉料输送至平板窑车进行高温烧结，烧结温度为1100-1250° C，升温速度控制在5-15° C/min，高火保温120-180分钟，然后冷却出窑； (6)后期加工经过步骤(5)中烧成冷却后，再进行切割、包装及后期加工。
5.根据权利要求4所述的高强度发泡保温陶瓷材料的制备方法，其特征在于，在步骤(2 )中，先把步骤(I)中所述的原料加水进行预先球磨，当泥浆筛余量达到标准范围内时，在出浆前60分钟再添加发泡剂。
6.根据权利要求4或5所述的高强度发泡保温陶瓷材料的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，球磨得到混合泥浆的标准是泥浆筛余量为120目筛筛余总质量的3%以下。
7.根据权利要求4所述的高强度发泡保温陶瓷材料的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，排除水分采用机械式榨泥机，泥饼干燥采用红外线烘房，泥饼碾磨成粉体采用高压雷蒙机。
8.根据权利要求4所述的高强度发泡保温陶瓷材料的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，干燥后的泥饼水分控制在4wt%以下，碾磨得到粉体的标准为粉体细度筛余量控制在200目筛筛余总质量的5%以下，粒径为O. 2-0. 4mm。
9.根据权利要求4所述的高强度发泡保温陶瓷材料的制备方法，其特征在于，在步骤(4)中，在经过步骤(3)得到的粉体中添加镐钛酸铅纳米微粉后，采用双层混合搅拌机进行双层混合搅拌，搅拌时间控制在10-20分钟范围内。
全文摘要
本发明公开了一种高强度发泡保温陶瓷材料及其制备方法，按照配方质量百分比，高强度发泡保温陶瓷材料是采用以下组分制备而成的河道淤泥25-45wt%，高岭土0-15wt%，页岩石10-25wt%，滑石1-5wt%，长石5-30wt%，发泡剂1-3wt%，玻璃纤维粉5-10wt%，锆钛酸铅纳米微粉1-4wt%和三聚磷酸钠0.2-0.5wt%，余量为水。本发明的有益效果是提供了一种高强度发泡保温陶瓷材料及其制备方法，该高强度发泡保温陶瓷材料具有强度高、韧性强以及隔热效果好等优点，本发明采用干法和湿法相结合的方法来制备陶瓷材料，该方法在一定程度上避免了单独采用干法制备过程中粉尘对环境的污染，提高了生产环境的质量。
文档编号C04B33/13GK102898178SQ20121037153
公开日2013年1月30日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者闵向东, 石洪阵 申请人:江苏金久科技新材料有限公司