泡沫陶瓷漿料的制備工藝研究

王　霞　王建新

摘要本文詳細(xì)討論了有機(jī)前驅(qū)體浸漬法制備泡沫陶瓷工藝中的漿料制備工藝,并對(duì)比了干混工藝、濕混工藝和球磨工藝三種漿料制備工藝的各自優(yōu)缺點(diǎn),提出球磨工藝對(duì)漿料微觀均勻性和成品性能改善效果最佳,是生產(chǎn)泡沫陶瓷漿料最適宜的工藝。

關(guān)鍵詞泡沫陶瓷,漿料,性能

1 前 言

泡沫陶瓷是一種具有三維空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的高氣孔率(80～90%)的多孔陶瓷體,由于其具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕、再生簡單及良好的過濾吸附性等優(yōu)點(diǎn),被廣泛地應(yīng)用于冶金、化工、輕工、食品、環(huán)保、節(jié)能等領(lǐng)域[1-3]。目前,泡沫陶瓷的主要制備方法有:有機(jī)前驅(qū)體浸漬法、發(fā)泡反應(yīng)法、有機(jī)填積法、溶膠-凝膠法和凝膠注模法等。而國內(nèi)泡沫陶瓷生產(chǎn)廠家多采用有機(jī)前驅(qū)體浸漬法,主要是該制備方法具有工藝簡單、操作方便、無需復(fù)雜設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)[4],但該方法的缺點(diǎn)是難以成形形狀復(fù)雜的泡沫陶瓷制品。

在有機(jī)前驅(qū)體浸漬法的工藝過程中,漿料的制備及漿料性能的調(diào)整是至關(guān)重要的一項(xiàng)工作,也是整個(gè)工藝中難度較高的工序。該過程除了要求具備陶瓷漿料的整體均勻性和微域均勻性外,還要求漿料具有盡可能高的固相含量和較好的觸變性。

2漿料的制備工藝過程

漿料制備作為泡沫陶瓷浸漬法生產(chǎn)工藝的第一道工序,一向被視為關(guān)鍵工序。漿料性能的好壞直接影響多孔泡沫掛漿的效果,也對(duì)保證制品最后的強(qiáng)度、通孔率、體積密度等性能起到重要的作用[5]。下面介紹三種常見的泡沫陶瓷漿料的制備工藝。

2.1 干混工藝

干混工藝是指將粉料按配方稱量好,根據(jù)先后順序依次倒入機(jī)械混料機(jī)中,混料均勻后出料,再按配比加入液相粘結(jié)劑,手工攪拌后調(diào)成漿料使用。

該工藝的優(yōu)點(diǎn)是操作簡便、設(shè)備成本低、能耗小、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低。缺點(diǎn)是混料均勻性差,要求所使用的粉料具有較細(xì)的顆粒度,并且漿料具有較高的液相含量;多孔泡沫掛漿效果不好;燒成收縮較大(大于2.0%)。

2.2 濕混工藝

濕混工藝是指將粉料和粘結(jié)劑按配方稱量,然后倒入機(jī)械自動(dòng)攪拌機(jī)內(nèi),在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將漿料攪拌至均勻,并且使?jié){料具有一定的流動(dòng)性。

該工藝的優(yōu)點(diǎn)是操作簡便、可較精確地控制漿料稠度、能耗小、工人勞動(dòng)強(qiáng)度較低。缺點(diǎn)是混料均勻性不太好,不能達(dá)到粉體間的微觀均勻性,并且要求所使用的粉料具有較細(xì)的顆粒分布。

2.3 球磨工藝

球磨工藝是指將所需原材料按配方稱量后全部加入球磨機(jī)內(nèi),球磨至規(guī)定時(shí)間,漿料出球磨機(jī)陳腐一天后使用。

該工藝的優(yōu)點(diǎn)是漿料均勻性好、具有高的固相含量、漿料觸變性好、粉料顆粒要求不是很高。缺點(diǎn)是設(shè)備成本較高、能耗相對(duì)較大、工人勞動(dòng)強(qiáng)度高。

3工藝試驗(yàn)和結(jié)果分析

分別采用干混、濕混、球磨三種漿料制備工藝進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比,且三種工藝均按同一配方進(jìn)行試驗(yàn),配方見表1(氧化鋁泡沫陶瓷生產(chǎn)的配方)。

其中,漿料中水的加入量按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的18～20%加入,可視多孔海綿網(wǎng)孔的大小而定。本次試驗(yàn)所采用的海綿網(wǎng)孔為10ppi(pore per inch,每英寸長度分布的孔數(shù)),按含水率18%加入粉料中。

3.1 干混的試驗(yàn)結(jié)果

按干混工藝制備漿料,磷酸氫鋁按表1的配方比例換算為液體粘結(jié)劑,于粉料干混好后再加入,最后通過攪拌制得漿料。結(jié)果顯示,漿料流動(dòng)性較差,容易成坨。海綿掛漿效果見圖1。從圖1可以看出,海綿節(jié)點(diǎn)處漿料分布較多,而網(wǎng)線上漿料分布較少,甚至可以看見某些海綿網(wǎng)線裸露出來,表面有輕微堵孔現(xiàn)象,并且上漿重量偏重。

根據(jù)以上現(xiàn)象分析,可能干混過程是一個(gè)顆粒之間相互交換錯(cuò)位的過程,由于顆粒粒徑小,固相之間的混合很容易造成團(tuán)聚從而使得混合不夠均勻。即使攪拌非常充分,也只能達(dá)到粉體間的宏觀均勻性。液相添加劑的后期加入,僅是固相和液相的簡單混合,團(tuán)聚的顆粒在粘結(jié)劑的包裹下更難分離,導(dǎo)致漿料的流動(dòng)性較差,掛漿效果不夠理想。

3.2 濕混的試驗(yàn)結(jié)果

按濕混工藝制備漿料,漿料有一定流動(dòng)性,但觸變性不好。海綿掛漿效果見圖2。從圖2可以看出,海綿掛漿后網(wǎng)線較細(xì),漿料很容易從網(wǎng)孔中滲出,滾壓不充分就會(huì)導(dǎo)致漿料堵孔。

因?yàn)閿嚢璋殡S著液相與固相同時(shí)作用,且所用的設(shè)備為專業(yè)漿料攪拌機(jī),按30kg漿料計(jì)算,攪拌時(shí)間約為25min,其所制得的漿料有較好的整體均勻性,流動(dòng)性也較好。但由于粉料之間只有一個(gè)推動(dòng)力作用,微細(xì)顆粒之間的團(tuán)聚無外力作用使之分開,導(dǎo)致微域均勻性差,且漿料觸變性不高。

3.3 球磨試驗(yàn)的結(jié)果

按球磨工藝制備漿料,漿料具有較好的觸變性。海綿掛漿效果見圖3。從圖3可以明顯看出,漿料均勻分布在海綿體內(nèi),表面平滑,網(wǎng)線也較粗。

球磨工藝結(jié)合了混料和球磨的雙重功能,漿料在磨球的作用下不斷混合。磨球之間的不斷撞擊,使得各種細(xì)粉原料之間的混合作用成為可能。同時(shí),磨球還使原料中可能存在的粗顆粒細(xì)化,使?jié){料粒度分布均勻,提高漿料觸變性,從而改善海綿的掛漿效果,燒成后產(chǎn)品(50mm×50mm×20mm-10ppi)的物理化學(xué)性能都較干混和濕混工藝的好,詳細(xì)見表2。球磨后測(cè)得漿料的含水率為16.8%,固相含量得到相應(yīng)的提高。

4結(jié) 論

通過對(duì)比干混、濕混及球磨三種工藝的優(yōu)缺點(diǎn),對(duì)于前驅(qū)體浸漬法制備的泡沫陶瓷工藝而言,球磨工藝制備的漿料可以明顯改善海綿掛漿效果、提高制品性能,更適宜生產(chǎn)應(yīng)用。

高的固相含量和粘著性可以保證漿料最大限度地附著在海綿網(wǎng)線上,從而保證產(chǎn)品具有高的抗折(抗壓)強(qiáng)度。好的漿料觸變性,可以使?jié){料均勻分布在海綿體內(nèi),并且不會(huì)出現(xiàn)堵孔現(xiàn)象,而采用球磨工藝就可以較好地達(dá)到這種效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 寧青菊,姚治才.多孔陶瓷材料[J].硅酸鹽學(xué)報(bào),1998, 4(1):41-45.

[2] 靳洪允. 泡沫陶瓷材料的研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代技術(shù)陶瓷,2005,15(8):33-36.

[3] 王連星.泡沫陶瓷的研究進(jìn)展[J].耐火材料,1997,31(1):55-58.

[4] 王樹海,李安明,樂紅志等. 先進(jìn)陶瓷的現(xiàn)代制備技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007:344-366.

[5] 曾令可,王慧,羅明華等. 多孔功能陶瓷制備與應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)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