一種表面可裝飾的輕質泡沫復合陶瓷

摘要：本文通過控制發泡劑、有機造孔劑的用量，制備一次燒成的可裝飾輕質泡沫復合陶瓷。制備的輕質泡沫復合陶瓷可以克服目前泡沫陶瓷存在的表面不耐污、不耐磨、表面難以裝飾等問題，并具有泡沫陶瓷質量輕、隔熱保溫強，使用性能獨特等優點。

關鍵詞：復合；陶瓷；輕質；泡沫；隔熱

1 前言

目前，建筑市場上所用的內外墻建筑材料多為釉面磚和拋光磚，其特點是強度高、密度大、表面裝飾華麗。但它也存在一定的不足，因此，人們希望有一種既具有良好的裝飾效果，又具有質量輕、隔熱等優良特性的陶瓷。利用泡沫陶瓷的低密度、低熱傳導性能可制成各種保溫材料、輕質結構材料等。然而泡沫陶瓷應用在建筑陶瓷技術上，還存在許多問題，如：燒結變形、不耐污、不耐磨、表面難以上釉等。

本文研究一種燒成收縮可控、質量輕、隔熱，并具有良好裝飾效果的可裝飾輕質泡沫復合陶瓷。在普通陶瓷材料里添加發泡劑和有機造孔劑（本文所用的是鋸末和面粉）制備泡沫陶瓷材料，把所得泡沫陶瓷材料與普通陶瓷材料通過二次布料干壓成形，一次燒成制備輕質泡沫復合陶瓷。有機造孔劑所致的坯體收縮抵消發泡劑所致的坯體膨脹，使得泡沫陶瓷的總體燒成收縮跟普通陶瓷收縮相近，有利于兩者的復合。此輕質泡沫復合陶瓷具有質量輕、隔熱、裝飾效果好等優點。該工藝綠色環保、耗能低、產品運輸成本低，符合國家節能減排的政策。

2 實驗內容

2.1 實驗原料及儀器

本實驗所采用的原料如表1所示，實驗儀器如表2所示。

2.2 工藝流程

將各原料按比例配料混合，經加水球磨、干燥、造粒，制備泡沫陶瓷材料；采用二次布料干壓成形工藝；經外表裝飾、干燥后，在1200℃條件下煅燒，制得表面可裝飾的輕質復合陶瓷。其工藝流程如圖1所示，二次布料示意圖見圖2。本實驗中普通陶瓷材料與泡沫陶瓷材料的比例為1：3，其產品具有普通陶瓷材料與泡沫陶瓷材料的復合功能。

3 結果分析與討論

3.1 碳化硅添加量對坯體的影響

在100g普通陶瓷材料中添加不同的碳化硅，分析其對產品的膨脹率、吸水率、密度等性能的影響，分別見圖3-圖5。同時，分析了當碳化硅的量為0.1～0.3g時，泡沫陶瓷的內部結構。見圖6-圖8。

由圖3可知，在同樣的燒制制度下，碳化硅添加量越大，坯體膨脹越大。主要由于在高溫下碳化硅氧化生成的CO₂、CO氣體所導致的。但當碳化硅添加量達到一定的量后，坯體的膨脹率沒有明顯的增大。由圖4可以看出。隨著碳化硅添加量的增加，陶瓷的吸水率越大。結合圖6-圖8可知，隨著碳化硅添加量的增加，發泡產生的氣體凝聚，從而形成較大的連通氣孔，氣孔由閉合變成連通，因此陶瓷的吸水率隨著增大。由圖5可以看出，隨著碳化硅添加量的增加陶瓷的密度降低，結合掃描圖可以得出，隨著碳化硅添加量的增加，氣孔從小變大，由閉合變連通，氣孔率增大。

3.2 鋸末和面粉添加量對陶瓷坯體的收縮影響

不少相關文獻報道，利用有機造孔劑（如：鋸末、面粉、碳粉等）制備泡沫材料。其原理為：通過在陶瓷原料中添加鋸末或面粉，由于在燒成過程中鋸末或面粉被排除，導致在陶瓷坯體內留下空隙，在高溫下陶瓷坯體內出現液相時，空隙被液相所填充。從而增加了陶瓷坯體的燒成收縮。鋸末和面粉添加量對陶瓷坯體的收縮影響如圖9所示。

由圖9可以看出，在同樣的燒成制度下，坯體中添加鋸末、面粉后，都會導致其收縮，而且隨鋸末或面粉量的增加，坯體收縮越大。通過數據對比，在添加量相同的情況下，面粉比鋸末的收縮要大，但是從經濟方面考慮，鋸末會比面粉更廉價。因此，本文選用鋸末作為有機造孔劑。

3.3 碳化硅與鋸末的復合實驗

碳化硅與鋸末復合實驗的原料及性能見表3。

由表3可知，由鋸末燒失所致的坯體收縮抵消碳化硅發泡所致的坯體膨脹，通過調節兩者的用量，可以控制坯體的總體收縮。與1號對比，實驗組不同的碳化硅和鋸末的添加量都實現了泡沫陶瓷收縮率與普通陶瓷收縮率相近，有利于實現泡沫陶瓷材料與普通陶瓷材料的復合。通過控制碳化硅與鋸末的添加量，泡沫陶瓷既能控制膨脹，又能使陶瓷具有泡沫陶瓷的特點，其密度和導熱系數都比普通陶瓷要低。因此，通過此方法可以制備出跟普通陶瓷材料收縮率相近，同時又具有孔徑不同、密度小、導熱系數小、吸水率低等優點，其中4號效果最佳。

3.4 普通陶瓷材料與泡沫陶瓷材料復合實驗

以4號為泡沫陶瓷材料，并與普通陶瓷材料經二次布料干壓成形，煅燒溫度為1200℃，得到復合陶瓷（見圖10）。泡沫陶瓷材料、普通陶瓷材料以及復合材料的性能如表4所示。

從圖10可以看出，普通陶瓷材料與泡沫陶瓷材料的復合銜接良好（普通陶瓷材料厚度為0.4cm，泡沫陶瓷材料厚度為1.1cm），略微變形，實現了泡沫陶瓷與普通陶瓷的復合。

由表4可以看出，此泡沫陶瓷的收縮率與普通陶瓷材料相近，密度相對較小，導熱系數相對較低。復合陶瓷跟普通陶瓷相比，吸水率較高，密度和導熱系數都較低，約為普通陶瓷的一半。

4 結論

（1）通過調節發泡劑與有機造孔劑的用量，可以有效控制泡沫陶瓷材料的吸水率、密度，以及燒成收縮率。

（2）研究表明，泡沫陶瓷的收縮率與普通陶瓷的收縮率相近，可以實現多孔與普通陶瓷的復合，一次燒成制備出表面可裝飾輕質泡沫復合陶瓷。

（3）該復合陶瓷具有吸水率低、密度小、燒成收縮可控，以及可以實現其表面裝飾功能等優點。該工藝綠色環保、耗能低、產品運輸成本低，符合國家節能減排的政策。