泡沫陶瓷浆料的制备工艺研究

摘要本文详细讨论了有机前驱体浸渍法制备泡沫陶瓷工艺中的浆料制备工艺,并对比了干混工艺、湿混工艺和球磨工艺三种浆料制备工艺的各自优缺点,提出球磨工艺对浆料微观均匀性和成品性能改善效果最佳,是生产泡沫陶瓷浆料最适宜的工艺。

关键词泡沫陶瓷,浆料,性能

1 前 言

泡沫陶瓷是一种具有三维空间网架结构的高气孔率(80～90%)的多孔陶瓷体,由于其具有质量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀、再生简单及良好的过滤吸附性等优点,被广泛地应用于冶金、化工、轻工、食品、环保、节能等领域[1-3]。目前,泡沫陶瓷的主要制备方法有:有机前驱体浸渍法、发泡反应法、有机填积法、溶胶-凝胶法和凝胶注模法等。而国内泡沫陶瓷生产厂家多采用有机前驱体浸渍法,主要是该制备方法具有工艺简单、操作方便、无需复杂设备等优点[4],但该方法的缺点是难以成形形状复杂的泡沫陶瓷制品。

在有机前驱体浸渍法的工艺过程中,浆料的制备及浆料性能的调整是至关重要的一项工作,也是整个工艺中难度较高的工序。该过程除了要求具备陶瓷浆料的整体均匀性和微域均匀性外,还要求浆料具有尽可能高的固相含量和较好的触变性。

2浆料的制备工艺过程

浆料制备作为泡沫陶瓷浸渍法生产工艺的第一道工序,一向被视为关键工序。浆料性能的好坏直接影响多孔泡沫挂浆的效果,也对保证制品最后的强度、通孔率、体积密度等性能起到重要的作用[5]。下面介绍三种常见的泡沫陶瓷浆料的制备工艺。

2.1 干混工艺

干混工艺是指将粉料按配方称量好,根据先后顺序依次倒入机械混料机中,混料均匀后出料,再按配比加入液相粘结剂,手工搅拌后调成浆料使用。

该工艺的优点是操作简便、设备成本低、能耗小、工人劳动强度低。缺点是混料均匀性差,要求所使用的粉料具有较细的颗粒度,并且浆料具有较高的液相含量;多孔泡沫挂浆效果不好;烧成收缩较大(大于2.0%)。

2.2 湿混工艺

湿混工艺是指将粉料和粘结剂按配方称量,然后倒入机械自动搅拌机内,在规定时间内将浆料搅拌至均匀,并且使浆料具有一定的流动性。

该工艺的优点是操作简便、可较精确地控制浆料稠度、能耗小、工人劳动强度较低。缺点是混料均匀性不太好,不能达到粉体间的微观均匀性,并且要求所使用的粉料具有较细的颗粒分布。

2.3 球磨工艺

球磨工艺是指将所需原材料按配方称量后全部加入球磨机内,球磨至规定时间,浆料出球磨机陈腐一天后使用。

该工艺的优点是浆料均匀性好、具有高的固相含量、浆料触变性好、粉料颗粒要求不是很高。缺点是设备成本较高、能耗相对较大、工人劳动强度高。

3工艺试验和结果分析

分别采用干混、湿混、球磨三种浆料制备工艺进行试验对比,且三种工艺均按同一配方进行试验,配方见表1(氧化铝泡沫陶瓷生产的配方)。

其中,浆料中水的加入量按质量百分数的18～20%加入,可视多孔海绵网孔的大小而定。本次试验所采用的海绵网孔为10ppi(pore per inch,每英寸长度分布的孔数),按含水率18%加入粉料中。

3.1 干混的试验结果

按干混工艺制备浆料,磷酸氢铝按表1的配方比例换算为液体粘结剂,于粉料干混好后再加入,最后通过搅拌制得浆料。结果显示,浆料流动性较差,容易成坨。海绵挂浆效果见图1。从图1可以看出,海绵节点处浆料分布较多,而网线上浆料分布较少,甚至可以看见某些海绵网线出来,表面有轻微堵孔现象,并且上浆重量偏重。

根据以上现象分析,可能干混过程是一个颗粒之间相互交换错位的过程,由于颗粒粒径小,固相之间的混合很容易造成团聚从而使得混合不够均匀。即使搅拌非常充分,也只能达到粉体间的宏观均匀性。液相添加剂的后期加入,仅是固相和液相的简单混合,团聚的颗粒在粘结剂的包裹下更难分离,导致浆料的流动性较差,挂浆效果不够理想。

3.2 湿混的试验结果

按湿混工艺制备浆料,浆料有一定流动性,但触变性不好。海绵挂浆效果见图2。从图2可以看出,海绵挂浆后网线较细,浆料很容易从网孔中渗出,滚压不充分就会导致浆料堵孔。

因为搅拌伴随着液相与固相同时作用,且所用的设备为专业浆料搅拌机,按30kg浆料计算,搅拌时间约为25min,其所制得的浆料有较好的整体均匀性,流动性也较好。但由于粉料之间只有一个推动力作用,微细颗粒之间的团聚无外力作用使之分开,导致微域均匀性差,且浆料触变性不高。

3.3 球磨试验的结果

按球磨工艺制备浆料,浆料具有较好的触变性。海绵挂浆效果见图3。从图3可以明显看出,浆料均匀分布在海绵体内,表面平滑,网线也较粗。

球磨工艺结合了混料和球磨的双重功能,浆料在磨球的作用下不断混合。磨球之间的不断撞击,使得各种细粉原料之间的混合作用成为可能。同时,磨球还使原料中可能存在的粗颗粒细化,使浆料粒度分布均匀,提高浆料触变性,从而改善海绵的挂浆效果,烧成后产品(50mm×50mm×20mm-10ppi)的物理化学性能都较干混和湿混工艺的好,详细见表2。球磨后测得浆料的含水率为16.8%,固相含量得到相应的提高。

4结 论

通过对比干混、湿混及球磨三种工艺的优缺点,对于前驱体浸渍法制备的泡沫陶瓷工艺而言,球磨工艺制备的浆料可以明显改善海绵挂浆效果、提高制品性能,更适宜生产应用。

高的固相含量和粘着性可以保证浆料最大限度地附着在海绵网线上,从而保证产品具有高的抗折(抗压)强度。好的浆料触变性,可以使浆料均匀分布在海绵体内,并且不会出现堵孔现象,而采用球磨工艺就可以较好地达到这种效果。

参考文献

[1] 宁青菊,姚治才.多孔陶瓷材料[J].硅酸盐学报,1998, 4(1):41-45.

[2] 靳洪允. 泡沫陶瓷材料的研究进展[J].现代技术陶瓷,2005,15(8):33-36.

[3] 王连星.泡沫陶瓷的研究进展[J].耐火材料,1997,31(1):55-58.

[4] 王树海,李安明,乐红志等. 先进陶瓷的现代制备技术[M].北京:化学工业出版社,2007:344-366.

[5] 曾令可,王慧,罗明华等. 多孔功能陶瓷制备与应用[M].北京:化学工业出版社,2006:22-24.

Study of Slurry Preparation Process for Foam Ceramics

Wang XiaWang Jianxin

(Hangzhou Zhongya Special Refractory Co.,Ltd.FuyangZhejiang 311411)

Abstract: The process of slurry preparation at production technology of foam ceramics with impregnation technique was discussed in details and dry-mixed,wet-mixed and milling process about the advantages and disadvantages of slurry preparation process was contrasted respectively.And the milling technology with the best effects of improvement on slurry micro-homogeneity and product performance,is the most appropriate technology of foam ceramics'slurry production.

Keywords: foam ceramics, slurry, performance