发泡陶瓷讲座

多孔陶瓷材的发泡机理及工艺流程姓名：刘璇学号：201011394指导老师：吕伟主要内容•背景•多孔陶瓷的定义•应用•原料分析•多孔陶瓷的孔隙形成机理•工艺流程及工艺参数•发展前景建筑陶瓷工业是是粉尘等污染源的主要产生地之一。建筑陶瓷工业主要有三大污染物：废水、废气和固体废弃物。其中固体废弃物主要是建筑陶瓷墙地砖进行抛光处理后产生的大量抛光废料。研究开发建筑陶瓷工业抛光废料的再回收利用，既可以节省陶瓷原材料的利用，又能解决环境污染问题，有利于陶瓷行业的可持续发展。背景目前陶瓷抛光废料的利用率比较小，未能充分显示资源化综合利用的优势。如何提高陶瓷抛光废料的用量是亟待解决的课题。多孔陶瓷的定义多孔陶瓷又被称为微孔陶瓷、泡沫陶瓷，是一种新型陶瓷材料，是由骨料、粘结剂和增孔剂等组分经过高温烧成的具有三维立体网络骨架结构的陶瓷体。应用多孔陶瓷具有发达的比表面积及独特的物理表面特性，对液体和气体介质有选择的透过性能量吸收和阻压特性。加上陶瓷材料本身独有的耐高温、耐腐蚀等优异特性，使多孔陶瓷在气体液体过滤、净化分离、化工催化载体、高级保温材料、生物植入材料等许多方面得到广泛应用。日本工业调查汇编，陈俊彦译．最新精细陶瓷技术[M]．中围建筑工业出版社，1988，181-192原料分析几种陶瓷废料的主要成分差别不大，其中陶瓷抛光砖粉的氯和镁含量较高，这是由于生产陶瓷抛光砖抛光时使用了氯氧镁水泥为结合料的磨具。陶瓷废料的组成与火山灰活性研究陶瓷抛光废料由于含有机物和无机盐，因此可作为成孔剂。而其成孔剂的种类和含量的差别导致了利用陶瓷抛光废料所制造的多孔陶瓷砖中气孔的不均匀性。研究表明,限制抛光废料用量提高的主要因素是抛光废料中有机物和高温黏度较小氧化物(MgO、Na2O、CaO等)的含量较高。加入高温难熔氧化物(Al2O3、SiO2)，不仅可减小多孔陶瓷轻质砖的高温变形程度，改善气孔结构，而且促进堇青石和刚玉相的生成而改善多孔的断裂模数等性能，从而达到提高陶瓷抛光废料用量的目的。陶瓷抛光废料对多孔陶瓷轻质砖性能及结构影响的研究多孔陶瓷的孔隙形成机理多孔陶瓷就微孔结构形式可分为：闭气孔结构和开气孔结构。闭气孔结构是指陶瓷材料内部微孔分布在连续的陶瓷基体中，孔与孔之间相互分离；而开口气孔结构又包括陶瓷材料内部孔与孔之间相互连通和一边开口，另一边闭口形成不连通气孔两种。多孔陶瓷的孔隙结构通常是由颗粒堆积形成的空腔，坯体中含有大量可燃物或者可分解物形成的空隙，坯体形成过程中机械发泡形成的空隙以及由于坯体成形过程中引入的有机前驱体燃烧形成的孔隙等。发泡材料泡孔形成过程:泡孔的形成过程分为：气泡核的形成、气泡核的膨胀生长、气泡的稳定固化三个阶段。植物纤维类发泡材料的成型机理及生物发泡方法探讨,大连工业大学,黄俊彦发泡材料气泡成型过程示意图a阶段为气泡核形成阶段：在该阶段中，体系内部加入胶黏剂、成核剂、发泡剂等助剂后，聚合物熔体与发泡剂分子均匀混合，发泡剂通过在熔体中的自由分散或成核剂的催化作用下，形成气泡核。理想状态下，每一个发泡剂分子都可以形成一个气泡核，在理想的均匀分布情况下，形成的发泡体较均匀，材料性能较为理想。b阶段为气泡核的膨胀生长阶段：在该阶段中，气泡核形成以后，通过发泡剂的化学反应产生气体，在聚合物体系内部开始发泡。一般的聚合物发泡剂通过温度不断升高来释放气体。随着温度逐渐升高，加入在聚合物体系内部的胶黏剂中的水分逐渐减少，使聚合物体系的黏性逐渐增加直至固化。c阶段为气泡的稳定固化阶段：在该阶段中，聚合物体系逐渐固化，作为气泡核的发泡剂逐渐反应完成，逐渐达到最大的发泡量和气泡大小，最终形成理想化的发泡材料。工艺流程及工艺参数工艺流程:原料的粉碎——原料过筛——配料、称量——加水球磨(水料比：水：料=1：2，外加0.5％的三聚磷酸钠作分散剂和0.1％羧甲基纤维素作增塑剂)——脱水、过筛造粒——半干压成型(300MPa)——干燥——烧结——成品陶瓷抛光废料对多孔陶瓷轻质砖性能及结构影响的研究研究表明:•400℃以下自由水的挥发•400～700℃结合水和有机物的分解•700℃以上主要是无机盐的分解分析知，抛光废料中形成气孔的物质主要是有机物，分解温度为400～700℃，因此，在此温度段适合延长烧成时间。一方面可促进有机物的分解完全，消除黑心；另一方面也可防止因SiO2晶型转变、体积膨胀而出现裂纹。为了减少气体的逸出，在700℃以上宜加快升温速度。陶瓷抛光废料对多孔陶瓷砖气孔形成过程影响的研究下图为:对陶瓷抛光废料及其经900℃煅烧后的红外吸收光谱分析结果陶瓷抛光废料的红外吸收光谱图明显比经900℃煅烧过后的的红外吸收光谱图多了不少小的吸收峰。表明陶瓷抛光废料中确实含有较多且成分复杂的有机物。而经900℃煅烧过后的陶瓷抛光废料中有机物的种类和含量已大大减少。这说明有机物在900℃时基本燃尽。而陶瓷中的氧化物是在1000℃左右才开始熔融且样品是在l200℃烧成的，因此有机物是在坯体出现熔融液相前就已经分解成气体。陶瓷抛光废料对多孔陶瓷砖气孔形成过程影响的研究分析表明，陶瓷抛光废料中有机物和碳酸盐的分解是在1000℃前同水分挥发、石英晶型转变等物理化学变化同步进行的，产生气体的主要反应如下：CmHnO+02C02+H20+CO(放气温度区间：500～650℃)；MgC03MgO+CO2(放气温度区间：600～650℃)；MgCO3+Si02MgSi03+C02(放气温度区间：450～700℃)；CaC03CaO+C02(放气温度区间：800～900℃)；CaC03+Si02CaSi03+C02(放气温度区间：600～920℃）。烧成由线陶瓷抛光废料对多孔陶瓷轻质砖性能及结构影响的研究陶瓷抛光废料对多孔陶瓷砖成孔过程的影响可分为三个阶段：(1)气体的产生阶段：在900℃以下。陶瓷抛光废料中所含的成孔剂挥发或分解形成气孔；(2)液相的形成阶段：到l000℃左右时已有低温共熔体形成液相而封闭气体，使气孔变小；(3)气泡的逐渐长大：l000℃以上。随着温度的升高，被封闭气体逐渐膨胀，液相粘度变小，使气孔逐渐变大。几种传统泡沫陶瓷制备工艺比较发展前景高温发泡陶瓷的工艺技术原理虽较复杂，但生产工艺流程易于控制，使用的原材料均是低廉的陶瓷原料或工业废弃物。不需较多的资金投入，即可在原日用建筑陶瓷生产线上进行工业化高温发泡陶瓷的生产。高温发泡陶瓷材料是一种性能优良的无机非金属材料，随着对该材料需求的增加，将愈来愈体现出它的优异性能和市场价值。谢谢!