浆料的制备工艺对提高泡沫陶瓷挂浆效果的研究

[摘 要]泡沫陶瓷的制备工艺严重影响其烧结后的成品率，实验表明泡沫陶瓷制备过程中浆料中外加剂的选择及球磨时间都对挂浆效果有较大影响。

[关键词]泡沫陶瓷；外加剂；球磨；挂浆

中图分类号：TQ174.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）14-0055-01

一、引言

泡沫陶瓷的孔隙率高，具有三维立体网络骨架结构和贯通气孔，由于其特殊的结构和极佳的热稳定性，对液态金属中非金属夹杂过滤可高达72%～97%，使铸件合格率大幅度升高，有效的提高铸件的机械性能及使用寿命[1]。我国在80年代才开始泡沫陶瓷的研究工作，与发达国家相比，产品的性能普遍较国外产品低，存在生产效率低，质量不稳定等问题[2]。泡沫陶瓷制备工艺中的影响因素较多，该实验主要分析浆料的制备工艺对挂浆量的影响。

二、实验结果与分析

制备泡沫陶瓷所用的浆料除了具有一般陶瓷浆料的性能外，还需要具有尽可能高的固含量（水含量一般为10～40%，浆料比重为1.1～2.2g/cm3）、较好的触变性和悬浮性，实验系统的研究了外加剂和球磨工艺对浆料性能的影响。

2.1外加剂对浆料性能的影响

（1）粘结剂。在制备泡沫陶瓷的浆料中添加粘结剂，不仅有助于提高坯体干燥后的强度，而且能防止坯体在干燥和排烧过程中出现裂纹和塌陷，从而保证最终烧结体具有足够的强度。常用结剂有钾、钠硅酸盐，聚乙烯醇（PVA）、CMC等。本实验选用CMC（羧甲基纤维素）作为浆料的粘结剂，是因为CMC不但低温强度较好，而且能够提高浆料的流变性，更有利于进行挂浆。

（2）流变剂。采用有机泡沫浸渍工艺的浆料需要有较好的流动性和触变性，即要求浆料具有静止时出于凝固状态，但在外力的作用下又恢复到流动的特性，从而利于剪切作用下多于浆料的排出和静止状态下浆料更好地粘附在有机泡沫上。常用的流变剂有天然粘土，如膨润土，高岭土和羟乙基纤维素等。有机膨润土通常不以原级粒子存在，一般是多个粒子的聚集体，通过润湿、分散和活化可产生原级粒子，形成高效的触变效应，其加入量在0.2%～1%之间。

（3）分散剂。分散剂是指能使固体颗粒表面迅速润湿，又使固体质点间的能垒上升到足够高的一种表面活性剂。在浆料中加入分散剂，可降低固液间的界面张力。经研究发现，DA-01分散剂具有极好的分散效果，明显优于传统的柠檬酸铵分散剂，而且坯体在干燥过程中不容易出现裂纹。

（4）悬浮剂。由于陶瓷原料密度较大，采用水作为溶剂时，极易产生沉淀。传统生产泡沫陶瓷的厂家，在生产过程中需要不断地搅拌浆料防止其沉淀，不但影响生产效率，而且挂浆量也受到很大影响，导致烧结后的成品孔筋较细，强度低，抗冲刷能力下降。实验引入黄原胶作为悬浮剂，添加量为3～4%，极大地改善了浆料的悬浮性，在制备过程中不需要再重复搅拌浆料，而且挂浆量在原有的基础上提高了10%以上，泡沫陶瓷成品的强度提高了0.5MPa以上。

经反复实验研究，得到浆料的成分与含量见表1。

2.2球磨时间对浆料性能的影响；

将原料按表1配制好后放入行星式球磨机内球磨，球磨时间对浆料的粘度有较大的影响，浆料的粘度则直接影响有机泡沫的挂浆量，因此球磨后的浆料须混合均匀、粘度适中、性能稳定。图1为浆料粘度随球磨时间的变化曲线。

从图1中可以看出球磨时间0.5～1.5h时浆料的粘度变化很小，球磨2h粘度迅速上升，而球磨3h后粘度又开始下降，最终下降到比较稳定的粘度值65mPa・s左右。在有机泡沫浸渍的过程中，浆料粘度太大，则泡沫不能完全浸泡在浆料中，坯体极易出现堵孔（见图2）；粘度太小，致使挂浆量低，浆料甚至不能完全覆盖邮寄泡沫的表面，制得的的泡沫陶瓷强度无法保证（见图3）。因此只有当浆料的粘度达到稳定状态时，即固相和液相充分混合后，才能保证浆料的性能达到浸渍的要求，因此浆料球磨时间以4h为宜，球磨频率：38～45HZ，料球比：1：1～1：1.5。

三、结语

实验分析了外加剂及球磨时间对泡沫陶瓷浆料的影响，进而确定了外加剂最佳的引入量和最佳的球磨时间，极大地改善了浆料的悬浮性和粘度，使挂浆量在原有的基础上提高了10%以上，成品的强度提高了0.5MPa以上，为泡沫陶瓷产品的制备提供了新的技术思路。

参考文献

1 靳洪允.泡沫陶瓷材料的研究进展[J].现代技术陶瓷，2005（3）：33～35

2 冯胜山，陈巨乔.泡沫陶瓷过滤器的研究现状和发展趋势[J].耐火材料，2002，36（4）：235～239