一种具有高耐火极限的发泡陶瓷及其制备方法

本发明涉及一种具有高耐火极限的发泡陶瓷及其制备方法，属于发泡陶瓷。

背景技术：

1、发泡陶瓷是一种兼具轻质、保温、防火、防水等诸多特点的新型建筑材料，是当下建材行业的重要发展方向。按照密度大小划分，发泡陶瓷可用于建筑领域作为外墙保温板和室内隔墙板。发泡陶瓷用作外墙保温板，可消除聚苯板和聚氨酯板存在的不防火、易老化、寿命短等问题；发泡陶瓷用作室内隔墙板，能够避免加气砼石切块和烧结多孔砖存在的自重大、保温性能差、干燥收缩大、易吸潮开裂等问题。另外，生产发泡陶瓷能消纳处置大量的固废尾矿，在带来经济效益的同时，还能产生良好的环保、生态和社会效益，符合绿色、节能、环保、低碳的建筑业高质量发展需求。

2、目前，市面上的发泡陶瓷产品由于综合性能和制备工艺都差别不大，因此存在的问题也是共性问题。在性能方面，密度普遍在450kg/m3左右，抗压强度普遍在6.0mpa左右，导热系数普遍在0.25w/(m·k)左右；在工艺方面，几乎全部以碳化硅作为发泡剂，受发泡剂的限制，普遍存在耐火极限偏低的问题。根据国标《建筑设计防火规范，gb50016-2014》，发泡陶瓷产品在用于民用建筑构件时，由于耐火极限远低于防火墙的耐火等级(即耐火极限≥3h)要求，因此只能作为非承重外墙使用。然而即便如此，也只有少数产品达到非承重外墙的二级耐火等级(即耐火极限≥1h)，多数产品仅达到非承重外墙的三级耐火等级(即耐火极限≥0.5h)，严重限制了发泡陶瓷产品的应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有高耐火极限的发泡陶瓷及其制备方法以解决如上所述的现有技术中存在的技术问题。

2、本发明的目的之一在于提供一种具有高耐火极限的发泡陶瓷的制备方法，包括如下步骤：

3、(1)将三氟化铝和钛酸钡混合，得到混合料球；

4、(2)将步骤(1)获得的混合料球磨成混合粉料i；

5、(3)将氮化铝粉与混合粉料i混合，制成复合发泡剂；

6、(4)配制固废原料；

7、(5)向步骤(4)获得的固废原料中加入陶瓷解胶剂后，将固废原料球磨成固废粉料；

8、(6)将步骤(3)获得的复合发泡剂、步骤(5)获得的固废粉料和水混合均匀，制成混合粉料ii；

9、(7)将混合粉料ii压制成坯体；

10、(8)将步骤(7)获得的坯体进行烧结，得到具有高耐火极限的发泡陶瓷。

11、采用上述技术方案的效果是，以氮化铝、三氟化铝和钛酸钡的混合物制备复合发泡剂，其中，氮化铝在高温条件下通过氧化反应产生气体，从而在高温熔融的陶瓷基体中形成气孔；钛酸钡用以提高氮化铝的氧化速率，从而缩短发泡陶瓷的烧制时间，并具有改善发泡陶瓷孔结构均匀性的效果；三氟化铝用以促使高温熔融的陶瓷基体形成莫来石相，从而提高发泡陶瓷的抗压强度和耐火极限，并降低发泡陶瓷的导热系数；陶瓷解胶剂用以提高固废原料的流动性和均匀性，从而提高发泡陶瓷的稳定性和均匀性。

12、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

13、进一步地，所述混合料粉i的平均粒径为1～3μm，所述氮化铝粉的粒径为40～60μm，所述固废粉料的平均粒径为3～5μm。

14、进一步地，步骤(1)中，所述三氟化铝和钛酸钡的重量比为1：(0.6～0.8)。

15、进一步地，步骤(3)中，所述氮化铝粉与混合粉料i的重量比为1：(6.2～8.7)。

16、进一步地，步骤(4)中，所述固废原料中氧化硅、氧化铝、氧化钠和氧化钾的总重量占比≥89.5％，氧化硅的重量占比≥66％，氧化铝的重量占比为≥17％，氧化钠的重量占比≥2.8％，氧化钾的重量占比≥3.7％。所述固废原料由河道淤泥、冶金固废、矿业固废、燃料灰渣、瓷砖废料、石材锯泥等无机固废配制而成。

17、进一步地，步骤(5)中，所述陶瓷解胶剂的加入重量为所述固废原料重量的0.5～0.7％。

18、进一步地，步骤(5)中，所述陶瓷解胶剂为模数为2.8～3.1，密度为1.41～1.44g/cm3的水玻璃。

19、进一步地，步骤(6)中，所述复合发泡剂、固废粉料和水的重量比为(3.6～7.5)：100：(6.6～8.7)。

20、进一步地，步骤(7)中，采用0.2～0.4mpa的压力制成坯体。

21、进一步地，步骤(8)中，所述烧结的温度为1213～1225℃，烧结的时间为21～24min。

22、本发明的目的之二在于提供一种具有高耐火极限的发泡陶瓷，由上述的具有高耐火极限的发泡陶瓷的制备方法制备而成。

23、本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有以下有益效果：

24、1、本发明在高温烧结时，由氮化铝氧化而成的纳米氧化铝具有较高的活性，极易与熔融基体中的二氧化硅反应生成莫来石相；并且复合发泡剂中的三氟化铝会依次发生如下反应，促使陶瓷基体生成莫来石相。

25、alf3+h2o→alof+2hf↑

26、sio2+4hf↑→sif4↑+2h2o

27、2alof↑+sif4↑+2h2o→al2sio4f2+4hf↑

28、4al2sio4f2→al6si2o13+al2o3+2sif4↑

29、高温条件下，莫来石具有优异的力学性能和抗蠕变性能，本发明得益于高的莫来石含量，使得所制备的发泡陶瓷具有≥3h的高耐火极限。

30、2、本发明的复合发泡剂采用廉价易得的市售原料配制而成，而且配制工艺简单，因此具有制备成本低的优点。

31、3、本发明制备的泡沫陶瓷在用于民用建筑构件时，其耐火极限远高于非承重外墙的一级耐火等级(耐火极限≥1h)要求，同时也满足防火墙的一级耐火等级(耐火极限≥3h)要求。此外，在密度相当的情况下，本发明的发泡陶瓷比市面上的其它发泡陶瓷产品的抗压强度更高。

技术特征：

1.一种具有高耐火极限的发泡陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的具有高耐火极限的发泡陶瓷的制备方法，其特征在于，所述混合料粉i的平均粒径为1～3μm，所述氮化铝粉的粒径为40～60μm，所述固废粉料的平均粒径为3～5μm。

3.根据权利要求1所述的具有高耐火极限的发泡陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述三氟化铝和钛酸钡的重量比为1：(0.6～0.8)。

4.根据权利要求1所述的具有高耐火极限的发泡陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述氮化铝粉与混合粉料i的重量比为1：(6.2～8.7)。

5.根据权利要求1所述的具有高耐火极限的发泡陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述固废原料中氧化硅、氧化铝、氧化钠和氧化钾的总重量占比≥89.5％，氧化硅的重量占比≥66％，氧化铝的重量占比为≥17％，氧化钠的重量占比≥2.8％，氧化钾的重量占比≥3.7％。

6.根据权利要求1所述的具有高耐火极限的发泡陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述陶瓷解胶剂的加入重量为所述固废原料重量的0.5～0.7％。

7.根据权利要求1所述的具有高耐火极限的发泡陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，所述复合发泡剂、固废粉料和水的重量比为(3.6～7.5)：100：(6.6～8.7)。

8.根据权利要求1所述的具有高耐火极限的发泡陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(7)中，采用0.2～0.4mpa的压力制成坯体。

9.根据权利要求1所述的具有高耐火极限的发泡陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(8)中，所述烧结的温度为1213～1225℃，烧结的时间为21～24min。

10.一种具有高耐火极限的发泡陶瓷，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的具有高耐火极限的发泡陶瓷的制备方法制备而成。

技术总结
本发明属于发泡陶瓷技术领域，涉及一种具有高耐火极限的发泡陶瓷及其制备方法，包括如下步骤：(1)将三氟化铝和钛酸钡混合，得到混合料球；(2)将混合料球磨成混合粉料I；(3)将氮化铝粉与混合粉料I混合，制成复合发泡剂；(4)配制固废原料；(5)向固废原料中加入陶瓷解胶剂后，将固废原料球磨成固废粉料；(6)将复合发泡剂、固废粉料和水混合均匀，制成混合粉料II；(7)将混合粉料II压制成坯体；(8)将坯体进行烧结，得到所述的发泡陶瓷。本发明制备的泡沫陶瓷的耐火极限远高于非承重外墙的一级耐火等级要求，同时也满足防火墙的一级耐火等级要求。此外，在密度相当的情况下，本发明的发泡陶瓷具有更高的抗压强度。

技术研发人员：李向明,郁万军,孟庆宏,吕翠翠,马祖驹,朱小涛
受保护的技术使用者：烟台大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23