[发明专利]一种高强度发泡陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及陶瓷材料领域，尤其是一种高强度发泡陶瓷及其制备方法。本发明提供的高强度发泡陶瓷，具有封闭的气孔，其物相中晶相物相的质量百分数为15%～25%，余量为非晶相物质，晶相物质包括莫来石、堇青石、石英和α‑氧化铝，其中莫来石晶相的质量占发泡陶瓷总质量的1.5%～5%，其中堇青石晶相的质量占发泡陶瓷总质量的1.5%～5%。本发明对发泡陶瓷的物相组分进行控制，使用玻璃作为熔剂并通过原料引入晶相的莫来石和堇青石，使发泡陶瓷的制品在较低的体积密度下具有较高的抗压强度，并且烧成温度较现有常规技术下降50‑100℃，烧成能耗低。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料领域，尤其是一种高强度发泡陶瓷及其制备方法。

背景技术

发泡陶瓷是指内部具有封闭孔洞的陶瓷产品，其具有轻质、隔音、保温的特点，是一种良好的砌筑保温材料。生产这种材料的常规做法是在坯体配方中添加发泡剂，发泡剂在高温烧结过程中产生气体，这些气体被高温烧结产生的液相包裹，冷却后在坯体内部形成具有蜂窝状封闭气孔的发泡陶瓷产品。

目前，工业化生产的发泡陶瓷多采用碳化硅或含有碳化硅的材料作为发泡剂，其烧成温度约为1100-1200℃，优选在1150-1180℃，温度过低，则因为产生的熔融液相过少，且粘度大，难以在内部形成气孔；温度过高，则熔融液相的粘度低，气体膨胀体积大，出现贯穿的大气孔，影响产品强度和耐水性变差。

发泡陶瓷的体积密度和抗压强度是性能的重要指标，我们希望获得具有封闭气孔的低体积密度发泡陶瓷，但体积密度低也就意味着气孔的孔壁薄，对应的抗压强度也很难达到理想的高度。

发明内容

针对背景技术中提出的问题，我们通过对构成孔壁的坯体材料进行改良，提高其强度，进而提高发泡陶瓷制品的强度。

传统的发泡陶瓷生产工艺，在高温烧结过程，伴随着剧烈的发泡，很难在烧结过程形成晶相，物相构成以非晶态物质为主。本发明通过对发泡陶瓷的物相结构进行调整，使其具有不低于一定含量的结晶物相。这些结晶物相均匀的分布在以非晶态为主的固溶体中，使发泡陶瓷在体积密度≤500kg/m³情况下，抗压强度≥6.0Mpa。

一种高强度发泡陶瓷，具有封闭的气孔，其物相中晶相物相的质量百分数为15%～25%，余量为非晶相物质，所述晶相物质包括莫来石、堇青石、石英和α-氧化铝，其中莫来石晶相的质量占发泡陶瓷总质量的1.5%～5%，堇青石晶相的质量占发泡陶瓷总质量的1.5%～5%。

对于具有较大密度的发泡陶瓷制品，气孔的孔壁较厚，因此抗压强度多能满足需求，而对于体积密度≤500kg/m³的发泡陶瓷制品而言，孔壁较薄，而且逐渐增多的贯通气孔也对发泡陶瓷的强度有不利影响。莫来石，指的是一系列由铝硅酸盐组成的矿物统称，具有较高的强度，其是铝硅酸盐在高温下生成的矿物，其化学式为Al₆Si₂O₁₃,但因为发泡陶瓷的烧成温度范围窄，对于常用的发泡剂碳化硅而言，适宜的烧成温度约为1150℃-1180℃。低于此温度，坯体中熔融液相的粘度大，气泡的膨胀体积小，制品的体积密度无法达到预期；高于此温度，坯体中的熔融液相的粘度小，气泡的膨胀体积大，气孔的孔壁变薄甚至被冲破贯通，强度会大幅降低。此外，需要通过高温烧结方式获得较高含量的莫来石物相，需要较高的烧成温度和较长的保温时间，这对于发泡陶瓷而言是不合适的，因此现有工艺生产的发泡陶瓷物相组成基本为非晶相物质形成的固溶体。

堇青石的化学式为Mg₂Al₄Si₅O₁₈,其具有较好的耐热震性，并且对强度提升也有一定帮助。与莫来石相似，堇青石陶瓷获取也需要合适的配方组分和匹配的烧成工艺，这对于传统工艺生产的发泡陶瓷是不适合的。

优选地，在上述高强度发泡陶瓷中，ａ-氧化铝晶相的质量占发泡陶瓷总质量的0.5%～2%。