利用硅酸鋁原料和工業廢料生產陶瓷隔熱保溫材料

＊陳 璐

（朔州陶瓷職業技術學院 山西 038300）

1.試樣制備與性能測試

天然高嶺土和高熔點黏土是植被陶瓷絕熱材料的主要原料。泥煤、木質素和腐爛的泥是主要添加到其中的成分。

配料需要澆濕到16%到20.5%，但是在這之前要將陶瓷黏土先進行干燥處理、粉粹和過篩然后再與可燃添加劑按照比例進行混合。

所制備的粘土通過塑性成型的方法形成。形成的樣品的形狀如下：板樣品（65mm×25mm×12mm）；和盤狀試樣（Φ12mm，高度3～4mm）；標本桿（Φ5～6mm，長度60mm）。將樣品放在（100±5）℃的干燥箱中放置24h，然后在1000～1150℃之間的實驗室電烤箱中以150～200℃/min的升溫速率燃燒樣品，并保持在最高溫度下1h。

2.實驗研究

在測試中，使用天然高嶺土和高熔點粘土作為原料，并將可燃材料（泥煤，木素質和腐殖質）作為成孔劑添加到成分中。制備泥料的配料組成列于表1。

表1 試驗泥料的配料組成（單位：%）

空氣干燥樣品1、4、7和10的線性收縮率分別為6%、8%、7.5%、5%和7.5%，燃料樣品的收縮率較高，這取決于吸水量。不使用可燃材料的樣品的空氣干燥收縮率為1%，而使用泥煤或腐泥的樣品的空氣干燥收縮率為1.5%，添加了殘留物的樣品收縮率約為2%。樣品燃燒收縮的大小取決于所添加燃料的體積含量。由于木質素具有重量輕、體積大的特點，因此其在燒結過程中的燃燒損失速率遠大于泥煤和腐泥。無燃料樣品的收縮率比其他樣品低，這與樣品燒結過程中化學結合水的損失和有機雜質的分解有關。

隨著添加的不同燃料量的增加，樣品中水的吸水率也隨之增加，木質素樣品中的吸水率大大高于泥煤和腐泥樣品中的吸水率。同時，發現帶有木質素的樣品的孔隙率最大。原因是添加的材料完全燒毀，灼減損失為87%。含有腐霉菌素的樣品減少到55%；泥煤樣品的添加率達到66.6%。

在燒結時溫度會不斷的升高，這會對配料表里面的組成成分造成一定的影響，他們的吸水率和氣孔率會隨之降低，同時也代表了燒結速率的提升，如果樣品中含有添加劑那么就不會產生相應的反應。然而這種現象主要是由大孔隙的顆粒面積被減少造成的。堆積密度較低的是木質素樣品，這種樣品會產生此類現象。燒結中有所增強要比腐爛泥的樣品出現的高密度要高，這既是泥煤和木質素樣品的優點，材料轉移過程會發生在燒結過程中榮體擴散和粘性流動方面。但是不能形成可以將孔填充好的大量的液體，這也會對其材料的隔熱性產生一定的影響。

圖1顯示了在不同溫度下燒結的樣品的線性熱膨脹系數與燃料類型和燒結溫度之間的關系。

腐爛泥的樣品在線性熱膨脹系數上表現的極為優異，尤其是在擁有這不同可燃物的樣品中其參數增長十分快速，而且其還可以伴隨著燒結溫度的變化而變化，可以不斷的通過溫度來對其進行控制，讓其保持上升的趨勢。這些都是從圖1中所了解到的。

圖1 試樣的線性熱膨脹系數與可燃物加入的種類和燒結溫度的關系

而圖2是為我們介紹了不同溫度下不同燃料會產生的反應，主要體現在其燒結時的熱導率。從圖2里不難看出，樣品的熱導率會隨著燃料的增加而降低，這是因為孔隙率在樣品上不斷的上升所導致的。高燒結度和大量玻璃相可以讓樣品的燒結溫度在升高的同時增加熱導率。亞麻添加在樣品中可以讓孔隙率變高，這是在可燃物數量一樣的情況下，但是他的熱導率會隨著燃料的增多效率值變低。

圖2 試樣的熱導率與可燃物加入的種類和燒結溫度的關系

圖3表明在不同溫度下燒結的樣品的抗壓強度與燃料類型和燒結溫度之間的關系。從圖3可以看出，當添加不同的燃料時，樣品的抗壓強度顯著降低。樣品中添加木質素有著明顯的結果。隨著燒結溫度的升高，木質素樣品的抗壓強度略有提高，這可能與材料顆粒的接觸面積較小以及樣品的高孔隙率有關。

圖3 試樣的耐壓強度與可燃物加入的種類和燒結溫度的關系

至于泥煤和腐泥樣品，它們的抗壓強度隨著燒結溫度的升高而相對增加，這是由于它們的高灰分含量引起的。換句話說，在樣品燒結過程中，灰分填滿了充氣孔，樣品結構變得更致密。同時，隨著燒結溫度的升高，大量的玻璃相崩解并充滿了微裂紋，從而提高了樣品強度。

圖4為不用燃料和不同數量可燃物制備的陶瓷泥的熱重-差熱分析曲線。從圖4可以看出，不含可燃材料的原始黏土的熱重-差熱分析曲線表明發生了兩個吸熱反應：第一次發生在50～200℃之間，并且在除水過程中結合在一起，重量損失為2.4%；第二次是在480-720℃之間，在此期間粘土材料被脫水，重量損失為4%。還發現在240-400℃之間發生放熱反應，在此期間燃燒有機雜質，重量損失為0.6%。當向泥漿中添加燃料時，第一次吸熱反應增加。原因是添加的燃料具有更高的吸水率。添加到腐泥中的泥料的吸熱反應時間延長到一定的溫度區間，因為這種燃料的粒徑大于其他燃料的粒徑。實驗觀察發現，添加到泥煤中的泥漿的重量損失為3.6%。木質素使泥漿的重量損失為4%；添加到腐泥中的泥料為2%的重量損失。

圖4 陶瓷泥料的熱重-差熱分析曲線

在320-340℃之間發生明顯的放熱反應。燃料中的有機成分會在高溫下被強烈的氧化分解。但是含泥煤的土重量會變少大約損失8.8%，木質素會損失14%，有20%的腐爛泥中會損失6%；腐爛泥重量6.5%。

在第二次吸熱反應過程中，未發現明顯變化，但吸熱反應的峰值出現在580-560℃的質時分解了大量的廢熱，這很強烈地促進粘土的脫水過程。實際上，最明顯的是所添加泥漿與腐泥的吸熱反應，腐泥含有大量碳酸鹽，灰分中的CaO高達77.6%。

X射線相組成分析用于發現所制備樣品的相組成與燒結溫度和所添加燃料的類型之間的關系。對于不可燃樣品，該成分包含莫來石、石英和鈦鐵礦（FeTiO3）。帶有泥炭和亞麻籽的樣品包含尖晶石（MgO·Al2O3）和鈣長石（CaO·Al2O3·2SiO2）。含有腐泥的樣品的相組成有：尖晶石，鈣長石，假硅鐵礦（α·CaO·SiO2），鋁酸鈣（CaO·Al2O3）和α-石英。

3.結語

使用當地的天然原料并添加各種可燃材料，制備了具有高熔點的陶瓷隔熱材料。在物理和機械性能方面，高熔點的陶瓷絕熱材料并不比其他國家的同類材料差。推薦將該高性能材料用于工業爐中，并可以達到最佳效果。