一種表面可裝飾的輕質(zhì)泡沫復(fù)合陶瓷

摘要：本文通過控制發(fā)泡劑、有機(jī)造孔劑的用量，制備一次燒成的可裝飾輕質(zhì)泡沫復(fù)合陶瓷。制備的輕質(zhì)泡沫復(fù)合陶瓷可以克服目前泡沫陶瓷存在的表面不耐污、不耐磨、表面難以裝飾等問題，并具有泡沫陶瓷質(zhì)量輕、隔熱保溫強(qiáng)，使用性能獨(dú)特等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：復(fù)合；陶瓷；輕質(zhì)；泡沫；隔熱

1 前言

目前，建筑市場(chǎng)上所用的內(nèi)外墻建筑材料多為釉面磚和拋光磚，其特點(diǎn)是強(qiáng)度高、密度大、表面裝飾華麗。但它也存在一定的不足，因此，人們希望有一種既具有良好的裝飾效果，又具有質(zhì)量輕、隔熱等優(yōu)良特性的陶瓷。利用泡沫陶瓷的低密度、低熱傳導(dǎo)性能可制成各種保溫材料、輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料等。然而泡沫陶瓷應(yīng)用在建筑陶瓷技術(shù)上，還存在許多問題，如：燒結(jié)變形、不耐污、不耐磨、表面難以上釉等。

本文研究一種燒成收縮可控、質(zhì)量輕、隔熱，并具有良好裝飾效果的可裝飾輕質(zhì)泡沫復(fù)合陶瓷。在普通陶瓷材料里添加發(fā)泡劑和有機(jī)造孔劑（本文所用的是鋸末和面粉）制備泡沫陶瓷材料，把所得泡沫陶瓷材料與普通陶瓷材料通過二次布料干壓成形，一次燒成制備輕質(zhì)泡沫復(fù)合陶瓷。有機(jī)造孔劑所致的坯體收縮抵消發(fā)泡劑所致的坯體膨脹，使得泡沫陶瓷的總體燒成收縮跟普通陶瓷收縮相近，有利于兩者的復(fù)合。此輕質(zhì)泡沫復(fù)合陶瓷具有質(zhì)量輕、隔熱、裝飾效果好等優(yōu)點(diǎn)。該工藝綠色環(huán)保、耗能低、產(chǎn)品運(yùn)輸成本低，符合國家節(jié)能減排的政策。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1 實(shí)驗(yàn)原料及儀器

本實(shí)驗(yàn)所采用的原料如表1所示，實(shí)驗(yàn)儀器如表2所示。

2.2 工藝流程

將各原料按比例配料混合，經(jīng)加水球磨、干燥、造粒，制備泡沫陶瓷材料；采用二次布料干壓成形工藝；經(jīng)外表裝飾、干燥后，在1200℃條件下煅燒，制得表面可裝飾的輕質(zhì)復(fù)合陶瓷。其工藝流程如圖1所示，二次布料示意圖見圖2。本實(shí)驗(yàn)中普通陶瓷材料與泡沫陶瓷材料的比例為1：3，其產(chǎn)品具有普通陶瓷材料與泡沫陶瓷材料的復(fù)合功能。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 碳化硅添加量對(duì)坯體的影響

在100g普通陶瓷材料中添加不同的碳化硅，分析其對(duì)產(chǎn)品的膨脹率、吸水率、密度等性能的影響，分別見圖3-圖5。同時(shí)，分析了當(dāng)碳化硅的量為0.1～0.3g時(shí)，泡沫陶瓷的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。見圖6-圖8。

由圖3可知，在同樣的燒制制度下，碳化硅添加量越大，坯體膨脹越大。主要由于在高溫下碳化硅氧化生成的CO₂、CO氣體所導(dǎo)致的。但當(dāng)碳化硅添加量達(dá)到一定的量后，坯體的膨脹率沒有明顯的增大。由圖4可以看出。隨著碳化硅添加量的增加，陶瓷的吸水率越大。結(jié)合圖6-圖8可知，隨著碳化硅添加量的增加，發(fā)泡產(chǎn)生的氣體凝聚，從而形成較大的連通氣孔，氣孔由閉合變成連通，因此陶瓷的吸水率隨著增大。由圖5可以看出，隨著碳化硅添加量的增加陶瓷的密度降低，結(jié)合掃描圖可以得出，隨著碳化硅添加量的增加，氣孔從小變大，由閉合變連通，氣孔率增大。

3.2 鋸末和面粉添加量對(duì)陶瓷坯體的收縮影響

不少相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，利用有機(jī)造孔劑（如：鋸末、面粉、碳粉等）制備泡沫材料。其原理為：通過在陶瓷原料中添加鋸末或面粉，由于在燒成過程中鋸末或面粉被排除，導(dǎo)致在陶瓷坯體內(nèi)留下空隙，在高溫下陶瓷坯體內(nèi)出現(xiàn)液相時(shí)，空隙被液相所填充。從而增加了陶瓷坯體的燒成收縮。鋸末和面粉添加量對(duì)陶瓷坯體的收縮影響如圖9所示。

由圖9可以看出，在同樣的燒成制度下，坯體中添加鋸末、面粉后，都會(huì)導(dǎo)致其收縮，而且隨鋸末或面粉量的增加，坯體收縮越大。通過數(shù)據(jù)對(duì)比，在添加量相同的情況下，面粉比鋸末的收縮要大，但是從經(jīng)濟(jì)方面考慮，鋸末會(huì)比面粉更廉價(jià)。因此，本文選用鋸末作為有機(jī)造孔劑。

3.3 碳化硅與鋸末的復(fù)合實(shí)驗(yàn)

碳化硅與鋸末復(fù)合實(shí)驗(yàn)的原料及性能見表3。

由表3可知，由鋸末燒失所致的坯體收縮抵消碳化硅發(fā)泡所致的坯體膨脹，通過調(diào)節(jié)兩者的用量，可以控制坯體的總體收縮。與1號(hào)對(duì)比，實(shí)驗(yàn)組不同的碳化硅和鋸末的添加量都實(shí)現(xiàn)了泡沫陶瓷收縮率與普通陶瓷收縮率相近，有利于實(shí)現(xiàn)泡沫陶瓷材料與普通陶瓷材料的復(fù)合。通過控制碳化硅與鋸末的添加量，泡沫陶瓷既能控制膨脹，又能使陶瓷具有泡沫陶瓷的特點(diǎn)，其密度和導(dǎo)熱系數(shù)都比普通陶瓷要低。因此，通過此方法可以制備出跟普通陶瓷材料收縮率相近，同時(shí)又具有孔徑不同、密度小、導(dǎo)熱系數(shù)小、吸水率低等優(yōu)點(diǎn)，其中4號(hào)效果最佳。

3.4 普通陶瓷材料與泡沫陶瓷材料復(fù)合實(shí)驗(yàn)

以4號(hào)為泡沫陶瓷材料，并與普通陶瓷材料經(jīng)二次布料干壓成形，煅燒溫度為1200℃，得到復(fù)合陶瓷（見圖10）。泡沫陶瓷材料、普通陶瓷材料以及復(fù)合材料的性能如表4所示。

從圖10可以看出，普通陶瓷材料與泡沫陶瓷材料的復(fù)合銜接良好（普通陶瓷材料厚度為0.4cm，泡沫陶瓷材料厚度為1.1cm），略微變形，實(shí)現(xiàn)了泡沫陶瓷與普通陶瓷的復(fù)合。

由表4可以看出，此泡沫陶瓷的收縮率與普通陶瓷材料相近，密度相對(duì)較小，導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較低。復(fù)合陶瓷跟普通陶瓷相比，吸水率較高，密度和導(dǎo)熱系數(shù)都較低，約為普通陶瓷的一半。

4 結(jié)論

（1）通過調(diào)節(jié)發(fā)泡劑與有機(jī)造孔劑的用量，可以有效控制泡沫陶瓷材料的吸水率、密度，以及燒成收縮率。

（2）研究表明，泡沫陶瓷的收縮率與普通陶瓷的收縮率相近，可以實(shí)現(xiàn)多孔與普通陶瓷的復(fù)合，一次燒成制備出表面可裝飾輕質(zhì)泡沫復(fù)合陶瓷。

（3）該復(fù)合陶瓷具有吸水率低、密度小、燒成收縮可控，以及可以實(shí)現(xiàn)其表面裝飾功能等優(yōu)點(diǎn)。該工藝綠色環(huán)保、耗能低、產(chǎn)品運(yùn)輸成本低，符合國家節(jié)能減排的政策。