[发明专利]一种高强度低密度空心玻璃微珠的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及无机填料，特别涉及一种空心玻璃微珠，它广泛应用于石油、 化工、造船、航天航空、无线电技术等领域，尤其是应用在宇航低密度烧蚀材 料中。

背景技术：

空心玻璃微珠是中空的，内含惰性气体的微小球形材料，它是一种性能独 特而稳定的中空微粒，由于其密度小、导热性能低、介电常数小、耐化学腐蚀 等特点而广泛应用于石油化工、乳化炸药、隔热防火材料、隐形消声材料、高 级绝缘材料、化工产品添加剂、低密度烧蚀材料等军事、民用及其他高科技领 域，尤其在航空航天材料中已成为非常有用的材料，可用于制备密度低、强度 高、模量高、比重低、耐热防烧蚀和高电绝缘性的材料，且具有很好的加工性 能，一般不需要特殊的加工设备。微球与液体有机材料混合只用普通的搅拌方 法即可获得均质材料，这种轻质材料比用化学发泡制造的海绵或泡沫塑料的工 艺简便得多，质量也易于控制。

目前市场上主要有两种产品，一种是煤粉在燃烧过程中产生的空心微珠， 外表呈灰色，化学组成以二氧化硅和氧化铝为主，成分波动大，抗压强度低。 另一种是人们通过工业化生产出的空心玻璃微珠，主要以硼硅酸盐和铝硅酸盐 为主，外观呈白色，可以根据市场需求设计出各种性能的空心玻璃微珠。因为 其硬度高、质量轻、防火、绝缘，抗压强度高、导热系数低、分散性、流动性、 稳定性俱佳的优越特性，作为材料添加改性而得到很大的发展。

美国US3365315、US4391646、US5217928和俄罗斯R2059574等专利介绍了空 心玻璃微珠制备的化学组成以及方法，其空心微珠的密度在0.1～0.7g/cm³之 间，密度不同抗压强度也不同，不同密度型号所对应的抗压强度分别在2～ 120Mpa之间，但是在低密度烧蚀材料上使用的密度≤0.3g/cm³，抗压强度≥12MPa 的空心玻璃微珠未见报道，我国目前虽已生产有空心玻璃微球，但品种较少， 规格也不全，对一些特殊性能的微球，如电子级的.高强级的、海洋级的以及 不同球径的空心玻璃微球，尚需进一步研制，尤其是载人工程低密度烧蚀材料 上使用的空心玻璃微珠更是空白，这大大限制了我国航空航天事业的发展。实 践证明，以空心玻璃微球制成的轻质材料已取得较好的效果，在航空和宇航工 业飞速发展的今天，更应重视和加速空心玻璃微球研究。

发明内容：

本发明的目的之一就是针对现有的空心玻璃微珠存在的密度较高、强度较 低的缺陷，提供的一种高强度低密度空心玻璃微珠，该产品不但可以用在载人 返回舱烧蚀材料上，而且还可用在石油高温深井、低密度水泥、乳化炸药等许 多民用产品行业上。

本发明的另一目的在于提供一种高强度低密度空心玻璃微珠的制备方法， 此方法得到空心玻璃微珠能满足航空航天材料的需要。

为了实现上述目的，本发明提供的一种高强度低密度的空心玻璃微珠，其 组成包括下述重量配比的原料：

SiO₂ 70％～80％，Na₂O 8％～12％，CaO 5％～9％，B₂O₃ 2％～6％，SO₃ 0.2％～ 0.5％，R₂O(除Na₂O外)0～5％，RO(除CaO外)0～5％，R₂O₃(除B₂O₃外)0～ 3％，

SiO₂是本发明微珠的主要成分，通常占重量比的60％～90％，对于本发明 质量百分比在70％～80％最佳。如果SiO₂减少到质量百分比的60％～70％，微珠的 强度会降低，密度会增加。但如果SiO₂增加到质量百分比的80％～90％，对于最 佳玻璃微珠形成来说，玻璃熔化温度提高，玻璃粘度提高，大大减少玻璃微珠 的产量。

Na₂O能降低玻璃的熔化温度，大大降低玻璃液黏度，同时增加高温流动性， 是良好的助熔剂。但是含量过高会降低玻璃的机械强度化学稳定性以及热稳定 性，所以氧化钠的含量控制在质量百分比的8％～12％之间。

CaO质量百分比为5％～9％之间，它的作用是提高玻璃的机械强度，硬度和 化学稳定性。