摘 要

针对目前运用高温发泡法制备出的发泡陶瓷孔结构差，本文以炉渣和偏高岭土为主要原料制备闭孔高温发泡陶瓷，研究了液相量和晶相结构对高温发泡陶瓷孔结构的影响。

结果表明：调控助熔剂添加量可有效改变试样发泡阶段的液相形成量，当液相量在70%~80%时，制得发泡陶瓷圆形度较高、气孔分布均匀，平均孔径0.5~0.6mm。

研究晶相结构对孔结构的影响表明：以尖晶石为主要晶相可以得到孔结构最好的样品（平均孔径0.8、开口气孔率只有4.41%），以石英为主晶相得到的样品孔结构较好，但气孔率较低，仅80%，以莫来石和钙长石为主晶相的样品，内部闭气孔均在40%以下，孔结构很差。

关键词：高温发泡发、液相量、晶相结构、孔结构、发泡陶瓷

Abstract

In view of the poor pore structure of foamed ceramics prepared by high temperature foaming method, closed cell high temperature foamed ceramics were prepared from slag and metakaolin. The effects of liquid content and crystal structure on the cellular structure of high temperature foamed ceramics were studied.

The results show that the amount of liquid phase formation in the foaming stage can be effectively changed by adjusting the amount of flux. When the liquid content is 70% and 80%, the foamed ceramics have high roundness, uniform pore distribution and average pore diameter 0.5~0.6mm.

The effect of crystal phase structure on pore structure is studied. the results show that the sample with the best pore structure can be obtained by using spinel as the main crystal phase (the average pore size is 0.8 and the open porosity is only 4.41%). The sample with quartz as the main crystal phase has the best pore structure. But the porosity is low, Only 80%, mullite and calcium feldspar as the main crystal phase, the internal closed pores are less than 40%, the pore structure is very poor.

Key words: high temperature foaming, liquid phase content, crystal phase structure, pore structure, foamed ceramics

目 录

第1章 绪论 3

1.1研究背景及意义 3

1.2泡沫陶瓷现状 4

1.3泡沫陶瓷的制备工艺 5

1.3.1传统制备方法 5

1.3.2高温发泡法制备闭孔发泡陶瓷 5

1.3.3高温发泡法制备发泡陶瓷的影响因素 6

1.4 研究内容与技术方案 7

1.4.1 基本内容 7

1.4.2研究目标 7

1.4.3 技术方案 7

第2章 原材料及试验方法 9

2.1实验原料 9

2.1.1炉渣 9

2.1.2长石 9

2.1.3轻烧氧化镁 9

2.1.4纯碱 9

2.1.5铝矾土尾矿 10

2.1.6偏高岭土 10

2.1.7发泡剂-SiC 10

2.2实验器材 10

2.3实验原料配方及温度制度 10

2.3.1配方设计 10

2.3.2温度制度设定 12

2.4成型 12

2.5性能测试与表征方法 12

2.5.1体积密度的测定 12

2.5.2材料的XRD分析 13

2.5.3显微结构分析 13

2.6实验原理和工艺流程 13

2.6.1实验原理 13

2.6.2工艺流程 14

第三章 结果与分析 15

3.1晶相含量对孔结构的影响 15

3.1.1 炉渣为主要原料试验结果分析 15

3.2晶相种类对孔结构的影响 22

3.3本章小结 29

第四章 结论 30

参考文献 31

致 谢 33

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

我国经济的发展始终离不开基础设施的建设，我国墙体保温材料很多，可分为有机保温材料和无机保温材料两大类。它在中国的市场份额约占80%。这种材料的共同特点是隔热性能好，重量轻，隔音性能好，但也存在严重的缺点。例如，强度低、耐久性差、耐火性能差、施工工艺复杂，容易对环境和施工人员的健康造成危害。泡沫陶瓷作为一种无机墙体保温材料，以其优异的性能取代有机墙体保温材料，具有比有机墙体保温材料更广泛的用途。目前，泡沫陶瓷作为墙体保温材料受到了相关专家的关注，并对其制备工艺和保温性能进行了研究和开发。

炉渣作为工业废料，如果处理不好，会对土壤、水质产生不可逆转的破坏，终究会对人类的健康产生影响，并且还容易造成二次污染。因此，近年来对于炉渣的再利用一直是国家和政府大力宣传和推进的工程，本课题用炉渣作为主要原料，就是在积极相应这一号召，为工业尾料的再利用提出新的一种方法，也是为环保事业贡献自己的力量。

高温发泡陶瓷作为一种新型的保温隔热材料，在节能减排方面也具有重大的意义，特别是在建筑材料方面的运用，用作墙体材料时，可以减少室内与室外热量的交换，可以让室内保持冬暖夏凉，减少空调及暖气的运用，有利于相应国家节能的号召。

高温熔体发泡法是一种目前制备闭孔发泡陶瓷的有效方法，不同于其它制备方法，其在原料中添加高温产气的发泡剂，如：SiC、CaCO₃、石墨、CeO₂，坯体在烧结过程中形成液相并包裹发泡剂释放的气体，形成泡沫化熔体。在冷却降温阶段，熔体凝固并析晶，将多孔结构保留在材料内部，最终经冷却加工，制成定型发泡陶瓷产品。高温发泡法因工艺简单，烧结后获得材料的闭气孔率高、强度优异，成为建筑保温用发泡陶瓷材料规模化生产的最佳制备方法^[11]。

然而，气孔在高温熔体中的产生与生长受熔体状态的影响。发泡陶瓷坯体在烧成温度下形成一定量的熔体，同时尚存在大量未熔融的晶相，构成了固-液悬浮体。研究表明，悬浮液中的固相颗粒含量、尺寸、形貌均会影响悬浮液的粘度、表面张力等物理特性，在发泡温度下发泡陶瓷坯体的融化状态同样带来气孔形成的差异^[15]。