1、多孔陶瓷材的发泡机理多孔陶瓷材的发泡机理及工艺流程及工艺流程姓名：刘璇姓名：刘璇 学号：学号：201011394201011394指导老师：吕伟指导老师：吕伟主要内容背景背景多孔陶瓷的定义多孔陶瓷的定义应用应用原料分析原料分析多孔陶瓷的孔隙形成机理多孔陶瓷的孔隙形成机理工艺流程及工艺参数工艺流程及工艺参数发展前景发展前景 建筑陶瓷工业是是粉尘等污染源的主要产生地之一。建筑陶瓷工业是是粉尘等污染源的主要产生地之一。建筑陶瓷工业主要有三大污染物：废水、废气和固体废弃建筑陶瓷工业主要有三大污染物：废水、废气和固体废弃物。其中固体废弃物主要是建筑陶瓷墙地砖进行抛光处理物。其中固体废弃物主要是建筑陶瓷墙
2、地砖进行抛光处理后产生的大量抛光废料。后产生的大量抛光废料。研究开发建筑陶瓷工业抛光废料的再回收利用，既可研究开发建筑陶瓷工业抛光废料的再回收利用，既可以节省陶瓷原材料的利用，又能解决环境污染问题，有利以节省陶瓷原材料的利用，又能解决环境污染问题，有利于陶瓷行业的可持续发展。于陶瓷行业的可持续发展。背景背景 目前陶瓷抛光废料的利用率比较小，未能充目前陶瓷抛光废料的利用率比较小，未能充分显示资源化综合利用的优势。如何提高陶瓷抛分显示资源化综合利用的优势。如何提高陶瓷抛光废料的用量是亟待解决的课题。光废料的用量是亟待解决的课题。多孔陶瓷的定义多孔陶瓷的定义 多孔陶瓷多孔陶瓷又被称为微孔陶瓷、泡沫陶
3、瓷，是一又被称为微孔陶瓷、泡沫陶瓷，是一种新型陶瓷材料，是由骨料、粘结剂和增孔剂等组种新型陶瓷材料，是由骨料、粘结剂和增孔剂等组分经过高温烧成的具有三维立体网络骨架结构的陶分经过高温烧成的具有三维立体网络骨架结构的陶瓷体。瓷体。应用应用 多孔陶瓷具有发达的比表面积及独特的物理表多孔陶瓷具有发达的比表面积及独特的物理表面特性，对液体和气体介质有选择的透过性能量吸面特性，对液体和气体介质有选择的透过性能量吸收和阻压特性。收和阻压特性。加上陶瓷材料本身独有的耐高温、耐腐蚀等优加上陶瓷材料本身独有的耐高温、耐腐蚀等优异特性，使多孔陶瓷在气体液体过滤、净化分离、异特性，使多孔陶瓷在气体液体过滤、净化分离
4、化工催化载体、高级保温材料、生物植入材料等许化工催化载体、高级保温材料、生物植入材料等许多方面得到广泛应用。多方面得到广泛应用。日本工业调查汇编，陈俊彦译最新精细陶瓷技术M中围建筑工业出版社，1988，181-192原料分析原料分析 几种陶瓷废料的主要成分差别不大，其中陶瓷抛几种陶瓷废料的主要成分差别不大，其中陶瓷抛光砖粉的氯和镁含量较高，这是由于生产陶瓷抛光砖光砖粉的氯和镁含量较高，这是由于生产陶瓷抛光砖抛光时使用了氯氧镁水泥为结合料的磨具抛光时使用了氯氧镁水泥为结合料的磨具。陶瓷废料的组成与火山灰活性研究陶瓷废料的组成与火山灰活性研究 陶瓷抛光废料由于含陶瓷抛光废料由于含有机物有机物和和
5、无机盐无机盐，因此可，因此可作为成孔剂。而其成孔剂的作为成孔剂。而其成孔剂的种类种类和和含量含量的差别导致的差别导致了利用陶瓷抛光废料所制造的多孔陶瓷砖中气孔的了利用陶瓷抛光废料所制造的多孔陶瓷砖中气孔的不均匀性。不均匀性。研究表明研究表明,限制抛光废料用量提高的主要因素限制抛光废料用量提高的主要因素是抛光废料中有机物和高温黏度较小氧化物是抛光废料中有机物和高温黏度较小氧化物(MgO(MgO、NaNa2 2O O、CaOCaO等等)的含量较高。的含量较高。加入高温难熔氧化物加入高温难熔氧化物(Al(Al2 2O O3 3、SiOSiO2 2)，不仅可减，不仅可减小多孔陶瓷轻质砖的高温变形程度，
6、改善气孔结构，小多孔陶瓷轻质砖的高温变形程度，改善气孔结构，而且促进堇青石和刚玉相的生成而改善多孔的断裂而且促进堇青石和刚玉相的生成而改善多孔的断裂模数等性能，从而达到提高陶瓷抛光废料用量的目模数等性能，从而达到提高陶瓷抛光废料用量的目的。的。陶瓷抛光废料对多孔陶瓷轻质砖性能及结构影响的研究陶瓷抛光废料对多孔陶瓷轻质砖性能及结构影响的研究多孔陶瓷的孔隙形成机理多孔陶瓷的孔隙形成机理 多孔陶瓷就微孔结构形式可分为：多孔陶瓷就微孔结构形式可分为：闭气孔结闭气孔结构构和和开气孔结构开气孔结构。闭气孔结构是指陶瓷材料内部。闭气孔结构是指陶瓷材料内部微孔分布在连续的陶瓷基体中，孔与孔之间相互微孔分布在连
7、续的陶瓷基体中，孔与孔之间相互分离；而开口气孔结构又包括陶瓷材料内部孔与分离；而开口气孔结构又包括陶瓷材料内部孔与孔之间相互连通和一边开口，另一边闭口形成不孔之间相互连通和一边开口，另一边闭口形成不连通气孔两种。连通气孔两种。多孔陶瓷的孔隙结构通常是由多孔陶瓷的孔隙结构通常是由颗粒堆积颗粒堆积形成形成的空腔，坯体中含有大量的空腔，坯体中含有大量可燃物或者可分解物可燃物或者可分解物形成形成的空隙，坯体形成过程中的空隙，坯体形成过程中机械发泡形成的空隙机械发泡形成的空隙以及以及由于坯体成形过程中引入由于坯体成形过程中引入的有机前驱体燃烧的有机前驱体燃烧形成的形成的孔隙等。孔隙等。发泡材料泡孔形成过
8、程发泡材料泡孔形成过程:泡孔的形成过程分为：气泡核的形成、气泡核泡孔的形成过程分为：气泡核的形成、气泡核的膨胀生长、气泡的稳定固化三个阶段。的膨胀生长、气泡的稳定固化三个阶段。植物纤维类发泡材料的成型机理及生物发泡方法探讨植物纤维类发泡材料的成型机理及生物发泡方法探讨,大连工业大学大连工业大学,黄俊彦黄俊彦 发泡材料气泡成型过程示意图发泡材料气泡成型过程示意图 a a阶段为气泡核形成阶段：阶段为气泡核形成阶段：在该阶段中，体系内部在该阶段中，体系内部加入加入胶黏剂、成核剂、发泡剂胶黏剂、成核剂、发泡剂等助剂后，聚合物熔等助剂后，聚合物熔体与发泡剂分子均匀混合，发泡剂通过在熔体中的体与发泡剂分子
9、均匀混合，发泡剂通过在熔体中的自由分散或成核剂的催化作用下，形成气泡核。理自由分散或成核剂的催化作用下，形成气泡核。理想状态下，每一个发泡剂分子都可以形成一个气泡想状态下，每一个发泡剂分子都可以形成一个气泡核，在理想的均匀分布情况下，形成的发泡体较均核，在理想的均匀分布情况下，形成的发泡体较均匀，材料性能较为理想。匀，材料性能较为理想。b b阶段为气泡核的膨胀生长阶段：阶段为气泡核的膨胀生长阶段：在该阶段中，气在该阶段中，气泡核形成以后，通过发泡剂的化学反应产生气体，泡核形成以后，通过发泡剂的化学反应产生气体，在聚合物体系内部开始发泡。一般的聚合物发泡剂在聚合物体系内部开始发泡。一般的聚合物发
10、泡剂通过温度不断升高来释放气体。随着温度逐渐升高，通过温度不断升高来释放气体。随着温度逐渐升高，加入在聚合物体系内部的胶黏剂中的水分逐渐减少，加入在聚合物体系内部的胶黏剂中的水分逐渐减少，使聚合物体系的黏性逐渐增加直至固化。使聚合物体系的黏性逐渐增加直至固化。c c阶段为气泡的稳定固化阶段：阶段为气泡的稳定固化阶段：在该阶段中，聚合在该阶段中，聚合物体系逐渐固化，作为气泡核的发泡剂逐渐反应完物体系逐渐固化，作为气泡核的发泡剂逐渐反应完成，逐渐达到最大的发泡量和气泡大小，最终形成成，逐渐达到最大的发泡量和气泡大小，最终形成理想化的发泡材料。理想化的发泡材料。工艺流程及工艺参数工艺流程及工艺参数
11、工艺流程工艺流程:原料的粉碎原料的粉碎原料过筛原料过筛配料、称量配料、称量加加水球磨水球磨(水料比：水：料水料比：水：料=1=1：2 2，外加，外加0.50.5的三聚的三聚磷酸钠作分散剂和磷酸钠作分散剂和0.10.1羧甲基纤维素作增塑剂羧甲基纤维素作增塑剂)脱水、过筛造粒脱水、过筛造粒半干压成型半干压成型(300MPa)(300MPa)干燥干燥烧结烧结成品成品陶瓷抛光废料对多孔陶瓷轻质砖性能及结构影响的研究研究表明研究表明:400400以下以下 自由水的挥发自由水的挥发400400700 700 结合水和有机物的分解结合水和有机物的分解700700以上以上 主要是无机盐的分解主要是无机盐的分解
12、 分析知，抛光废料中形成气孔的物质主要是分析知，抛光废料中形成气孔的物质主要是有机物，分解温度为有机物，分解温度为400400700700，因此，在此温，因此，在此温度段适合延长烧成时间。一方面可促进有机物的度段适合延长烧成时间。一方面可促进有机物的分解完全，消除黑心；另一方面也可防止因分解完全，消除黑心；另一方面也可防止因SiOSiO2 2晶型转变、体积膨胀而出现裂纹。为了减少气体晶型转变、体积膨胀而出现裂纹。为了减少气体的逸出，在的逸出，在700700以上宜加快升温速度。以上宜加快升温速度。陶瓷抛光废料对多孔陶瓷砖气孔形成过程影响的研究下图为下图为:对陶瓷抛光废料及其经对陶瓷抛光废料及其经
13、900900煅烧后的红外吸收光谱分析结果煅烧后的红外吸收光谱分析结果 陶瓷抛光废料的红外吸收光谱图明显比经陶瓷抛光废料的红外吸收光谱图明显比经900煅烧过后的煅烧过后的的红外吸收光谱图多了不少小的吸收峰。的红外吸收光谱图多了不少小的吸收峰。表明陶瓷抛光废料中确实含有较多且成分复杂的有机物。而表明陶瓷抛光废料中确实含有较多且成分复杂的有机物。而经经900煅烧过后的陶瓷抛光废料中有机物的种类和含量已大大煅烧过后的陶瓷抛光废料中有机物的种类和含量已大大减少。这说明有机物在减少。这说明有机物在900时基本燃尽。而陶瓷中的氧化物是时基本燃尽。而陶瓷中的氧化物是在在1000左右才开始熔融且样品是在左右才开
14、始熔融且样品是在l 200烧成的，因此有机物烧成的，因此有机物是在坯体出现熔融液相前就已经分解成气体。是在坯体出现熔融液相前就已经分解成气体。陶瓷抛光废料对多孔陶瓷砖气孔形成过程影响的研究分析表明，陶瓷抛光废料中有机物和碳酸盐的分解是在分析表明，陶瓷抛光废料中有机物和碳酸盐的分解是在10001000前同水分挥发、石英晶型转变等物理化学变化同步前同水分挥发、石英晶型转变等物理化学变化同步进行的，产生气体的主要反应如下：进行的，产生气体的主要反应如下：CmHnO+0CmHnO+02 2 C0C02 2+H+H2 20+CO(0+CO(放气温度区间：放气温度区间：500500650)650)；MgC
15、0MgC03 3 MgO+CO MgO+CO2 2(放气温度区间：放气温度区间：600600650)650)；MgCOMgCO3 3+Si0+Si02 2 MgSi0MgSi03 3+C0+C02 2(放气温度区间：放气温度区间：450450700)700)；CaC0CaC03 3 CaO+C0CaO+C02 2(放气温放气温度区间：度区间：800800 900)900)；CaC0CaC03 3+Si0+Si02 2 CaSi0CaSi03 3+C0+C02 2(放气温度放气温度区间：区间：600600920920）。）。烧成由线烧成由线陶瓷抛光废料对多孔陶瓷轻质砖性能及结构影响的研究陶瓷抛光
16、废料对多孔陶瓷轻质砖性能及结构影响的研究 陶瓷抛光废料对多孔陶瓷砖成孔过程的影响可陶瓷抛光废料对多孔陶瓷砖成孔过程的影响可分为三个阶段：分为三个阶段：(1)(1)气体的产生阶段：在气体的产生阶段：在900900以下。以下。陶瓷抛光废料中所含的成孔剂挥发或分解形成气孔；陶瓷抛光废料中所含的成孔剂挥发或分解形成气孔；(2)(2)液相的形成阶段：到液相的形成阶段：到l000l000左右时已有低温共左右时已有低温共熔体形成液相而封闭气体，使气孔变小；熔体形成液相而封闭气体，使气孔变小；(3)(3)气泡气泡的逐渐长大：的逐渐长大：l000l000以上。随着温度的升高，被封以上。随着温度的升高，被封闭气体
17、逐渐膨胀，液相粘度变小，使气孔逐渐变大。闭气体逐渐膨胀，液相粘度变小，使气孔逐渐变大。几种传统泡沫陶瓷制备工艺比较几种传统泡沫陶瓷制备工艺比较发展前景发展前景 高温发泡陶瓷的工艺技术原理虽较复杂，但生产工高温发泡陶瓷的工艺技术原理虽较复杂，但生产工艺流程易于控制，使用的原材料均是低廉的陶瓷原料或艺流程易于控制，使用的原材料均是低廉的陶瓷原料或工业废弃物。不需较多的资金投入，即可在原日用建筑工业废弃物。不需较多的资金投入，即可在原日用建筑陶瓷生产线上进行工业化高温发泡陶瓷的生产。陶瓷生产线上进行工业化高温发泡陶瓷的生产。高温发泡陶瓷材料是一种性能优良的无机非金属材高温发泡陶瓷材料是一种性能优良的无机非金属材料，随着对该材料需求的增加，将愈来愈体现出它的优料，随着对该材料需求的增加，将愈来愈体现出它的优异性能和市场价值。异性能和市场价值。THANK YOU！THE END
