一种表面可装饰的轻质泡沫复合陶瓷

2019-06-03 版权声明 举报文章

摘要:本文通过控制发泡剂、有机造孔剂的用量,制备一次烧成的可装饰轻质泡沫复合陶瓷。制备的轻质泡沫复合陶瓷可以克服目前泡沫陶瓷存在的表面不耐污、不耐磨、表面难以装饰等问题,并具有泡沫陶瓷质量轻、隔热保温强,使用性能独特等优点。

关键词:复合;陶瓷;轻质;泡沫;隔热

1 前言

目前,建筑市场上所用的内外墙建筑材料多为釉面砖和抛光砖,其特点是强度高、密度大、表面装饰华丽。但它也存在一定的不足,因此,人们希望有一种既具有良好的装饰效果,又具有质量轻、隔热等优良特性的陶瓷。利用泡沫陶瓷的低密度、低热传导性能可制成各种保温材料、轻质结构材料等。然而泡沫陶瓷应用在建筑陶瓷技术上,还存在许多问题,如:烧结变形、不耐污、不耐磨、表面难以上釉等。

本文研究一种烧成收缩可控、质量轻、隔热,并具有良好装饰效果的可装饰轻质泡沫复合陶瓷。在普通陶瓷材料里添加发泡剂和有机造孔剂(本文所用的是锯末和面粉)制备泡沫陶瓷材料,把所得泡沫陶瓷材料与普通陶瓷材料通过二次布料干压成形,一次烧成制备轻质泡沫复合陶瓷。有机造孔剂所致的坯体收缩抵消发泡剂所致的坯体膨胀,使得泡沫陶瓷的总体烧成收缩跟普通陶瓷收缩相近,有利于两者的复合。此轻质泡沫复合陶瓷具有质量轻、隔热、装饰效果好等优点。该工艺绿色环保、耗能低、产品运输成本低,符合国家节能减排的政策。

2 实验内容

2.1 实验原料及仪器

本实验所采用的原料如表1所示,实验仪器如表2所示。

2.2 工艺流程

将各原料按比例配料混合,经加水球磨、干燥、造粒,制备泡沫陶瓷材料;采用二次布料干压成形工艺;经外表装饰、干燥后,在1200℃条件下煅烧,制得表面可装饰的轻质复合陶瓷。其工艺流程如图1所示,二次布料示意图见图2。本实验中普通陶瓷材料与泡沫陶瓷材料的比例为1:3,其产品具有普通陶瓷材料与泡沫陶瓷材料的复合功能。

3 结果分析与讨论

3.1 碳化硅添加量对坯体的影响

在100g普通陶瓷材料中添加不同的碳化硅,分析其对产品的膨胀率、吸水率、密度等性能的影响,分别见图3-图5。同时,分析了当碳化硅的量为0.1~0.3g时,泡沫陶瓷的内部结构。见图6-图8。

由图3可知,在同样的烧制制度下,碳化硅添加量越大,坯体膨胀越大。主要由于在高温下碳化硅氧化生成的CO2、CO气体所导致的。但当碳化硅添加量达到一定的量后,坯体的膨胀率没有明显的增大。由图4可以看出。随着碳化硅添加量的增加,陶瓷的吸水率越大。结合图6-图8可知,随着碳化硅添加量的增加,发泡产生的气体凝聚,从而形成较大的连通气孔,气孔由闭合变成连通,因此陶瓷的吸水率随着增大。由图5可以看出,随着碳化硅添加量的增加陶瓷的密度降低,结合扫描图可以得出,随着碳化硅添加量的增加,气孔从小变大,由闭合变连通,气孔率增大。

3.2 锯末和面粉添加量对陶瓷坯体的收缩影响

不少相关文献报道,利用有机造孔剂(如:锯末、面粉、碳粉等)制备泡沫材料。其原理为:通过在陶瓷原料中添加锯末或面粉,由于在烧成过程中锯末或面粉被排除,导致在陶瓷坯体内留下空隙,在高温下陶瓷坯体内出现液相时,空隙被液相所填充。从而增加了陶瓷坯体的烧成收缩。锯末和面粉添加量对陶瓷坯体的收缩影响如图9所示。

由图9可以看出,在同样的烧成制度下,坯体中添加锯末、面粉后,都会导致其收缩,而且随锯末或面粉量的增加,坯体收缩越大。通过数据对比,在添加量相同的情况下,面粉比锯末的收缩要大,但是从经济方面考虑,锯末会比面粉更廉价。因此,本文选用锯末作为有机造孔剂。

3.3 碳化硅与锯末的复合实验

碳化硅与锯末复合实验的原料及性能见表3。

由表3可知,由锯末烧失所致的坯体收缩抵消碳化硅发泡所致的坯体膨胀,通过调节两者的用量,可以控制坯体的总体收缩。与1号对比,实验组不同的碳化硅和锯末的添加量都实现了泡沫陶瓷收缩率与普通陶瓷收缩率相近,有利于实现泡沫陶瓷材料与普通陶瓷材料的复合。通过控制碳化硅与锯末的添加量,泡沫陶瓷既能控制膨胀,又能使陶瓷具有泡沫陶瓷的特点,其密度和导热系数都比普通陶瓷要低。因此,通过此方法可以制备出跟普通陶瓷材料收缩率相近,同时又具有孔径不同、密度小、导热系数小、吸水率低等优点,其中4号效果最佳。

3.4 普通陶瓷材料与泡沫陶瓷材料复合实验

以4号为泡沫陶瓷材料,并与普通陶瓷材料经二次布料干压成形,煅烧温度为1200℃,得到复合陶瓷(见图10)。泡沫陶瓷材料、普通陶瓷材料以及复合材料的性能如表4所示。

从图10可以看出,普通陶瓷材料与泡沫陶瓷材料的复合衔接良好(普通陶瓷材料厚度为0.4cm,泡沫陶瓷材料厚度为1.1cm),略微变形,实现了泡沫陶瓷与普通陶瓷的复合。

由表4可以看出,此泡沫陶瓷的收缩率与普通陶瓷材料相近,密度相对较小,导热系数相对较低。复合陶瓷跟普通陶瓷相比,吸水率较高,密度和导热系数都较低,约为普通陶瓷的一半。

4 结论

(1)通过调节发泡剂与有机造孔剂的用量,可以有效控制泡沫陶瓷材料的吸水率、密度,以及烧成收缩率。

(2)研究表明,泡沫陶瓷的收缩率与普通陶瓷的收缩率相近,可以实现多孔与普通陶瓷的复合,一次烧成制备出表面可装饰轻质泡沫复合陶瓷。

(3)该复合陶瓷具有吸水率低、密度小、烧成收缩可控,以及可以实现其表面装饰功能等优点。该工艺绿色环保、耗能低、产品运输成本低,符合国家节能减排的政策。

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