專利名稱：一種輕質發泡陶瓷及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種輕質發泡陶瓷及其制造方法。
一般而言，無機類的發泡陶瓷比起碳氫氧為主成份的有機發泡陶瓷，由于有較佳的物理化學穩定性，例如以高溫燃燒不釋放煙霧或毒性物質，能耐酸、堿、有機溶劑等化學侵蝕，良好耐候性等優點，加之其制造過程并不伴隨有害廢水，廢氣或不易處理的副產物，有利于生態環境的保護，故在民生建材及工業材料(低溫或高溫濾材、絕熱材、耐火材等)甚至于軍事、太空等應用，皆有其難于取代的重要性。
中國臺灣有關無機發泡陶瓷的專利有6911890以火山灰、水泥加水硬化得到輕質建材；76107199以無機纖維、有機纖維、耐火土、界面活性劑等得到涂布式隔熱材料；77101884以碳化硅及膠態硅土結合劑高溫燒結成互相貫通的空泡；77107793以瓷質水泥、玻璃、膠泥、糊精溶液、白土磚等高溫燒結面成局部連接孔隙發泡體；78106198以氧化鋁、二氧化鈦、鋰輝石高溫燒結成微膨脹高比重(＞3.0)之耐火材料；80102112以粘土粉末，煤塵混合燒結成連續孔隙發泡體；80109036以氧化鋁、模來石、有機高分子高溫燒結成連續孔隙的過濾網體；81100283以氧化鋁、溶膠、微粒耐火物、有機粘合劑等低溫制成鑄模用材料；81109097礬土微球體與富鋁紅柱石的凍結-凝膠陶瓷溶液組成物為主制成冶金用陶瓷。
美國有關無機發泡陶瓷的專利有3958582以磷酸鋁、珍珠巖、陶瓷纖維用水調和成泥漿注入模中成形，高溫固化；3962081將聚氨酯海棉體浸泡于含氧化鋁、氧化鋯、高嶺土、膨潤土、膠狀硅酸鋁的陶瓷泥漿中，除去多余泥漿等處理并干燥后加以高溫燒結；4084980將能產生聚氨酯發泡作用的前驅體即含異氰酸多元醇類與陶瓷粉末混合硬化，高溫燒結得到孔隙互通的發泡體；4336068以珍珠巖、高嶺土、聚酯纖維、水玻璃等，通入二氧化碳以微波熱壓硬化；4780433及4740486以粘土混合廢棄物(稻草灰、木屑、草屑等)后成形燒結；4822541以粘土、硅石、蘇打灰、硝酸鈉、白云石、石灰石等在連續式窖爐內經過升溫、燒結、發泡、輾平、冷卻等步驟，強調降低空隙互通，而增加獨立氣孔的數目；4871495以硅酸鋁、鋁粉、耐火物、界面活性劑等低溫硬化，再加以燒結燒掉有機物；4900698以聚乙烯、無機油、鋁粉、氧化鋁、硬脂酸鋅等成形后，趕去無機油再高溫燒結；5082607將氧化鋁粉末與可進行乳化聚合的單體(如苯乙烯)混合在模中成形并聚合硬化，然后取出燒結，燒掉有機物；綜合分析以上專利，發泡陶瓷可用低溫(250℃以下)進行硬化成形即“冷結法”，或用高溫(700℃以上)來燒成，即“燒結法”，一般而言，兩者的最大不同點為前者可在發泡后再長時間硬化成形，而后者是發泡與燒結成形幾乎同時進行，雖然前者有小分子殘存末硬化的可能，但遠比后者有較大的彈性同時調整發泡體的孔隙(互通性或獨立性)與形狀規格，故而在工業應用上趨向于冷結法制造孔隙獨立的發泡體，而以燒結法制造孔隙互通如應用于低溫過濾的場合。
本發明目的系提供一種輕發泡陶瓷及其制造方法，以燒結法制造出兼具質純、穩定性高及具獨立孔隙的發泡陶瓷。
本發明的輕質發泡陶瓷及其制造方法，其中陶瓷的組分及配比分別為組分含量(重量百分比％)1、過熱可膨脹、以酸性二氧化硅為主成份的火山巖15-30
2、含堿土金屬類氧化物、碳酸鹽等組成的化合物3-103、含堿金屬類的無機結合劑 45-704、含硅酸鹽類的發泡促進劑 4-15將按上述配比的諸組分按以下制造方法系將各組份混合，加以適量的水，然后經煅燒膨脹、混料、研磨、烘干、粉碎成形、燒結等步驟即可。
其中，本發明的組份1-4分別可以為組份1玻璃質火山巖的珍珠巖類，其典型重量組成為SiO2(70-75％)、Al2O3(12-15％)、結合水(0.5-6％)、Na2O(2-5％)、K2O(2-6％)、低揮發物(0.5-5％)及少量Fe2O3、TiO2、CaO、MgO、珍珠巖類在800-1200℃之下可膨脹至原體積的4-20倍，依水含量可分為黑曜石(小于2％)，珍珠巖(2-6％)及松脂巖(5％以上)三種。
組份2較適當者為CaO、MgO、MgCO3、CaCO3、CaO、SiO2，基本上具有耐溫功能，抑制發泡體對于急劇溫度變化的影響。
組份3較適當者為XSiO2·R2O，其中X為2.0-3.0，R為Na或K，基本上提供成形結合之功能。
組份4；較適當者為滑石(H2MS3Si4O12)、云母(KAlSiO4)、硅膠(H2SiO4、沸石(Na2O·Al2O3·2SiO2·XH2O)，基本上具有催化發泡之功能。
本發明之輕質發泡陶瓷及其制造方法，其中方法中發泡、燒結、成形的詳細反應機理尚待求證，基本上應牽涉到酸堿的高溫反應；但可確認之事，除材料組成制造的新穎性，尚包括以下特色1、所用原材料為穩定性極高的無機物，不含有機物。
2、制造過程不伴隨有害生態的副產物發生。
3、由于經過高溫瓷化燒結(大于750℃以上)，故有防火(800℃以上)功能。
4、充滿獨立孔隙的氣泡，故比重為0.1-0.9，較水還輕，隔音性佳。
本發明的發泡陶瓷除了適用于高樓建筑材料，由于其可永久浮于水面上且材質穩固，可充當水面航行器及航空器的緊急球生浮標，甚至在國防用途上，可作為海上直升飛機臨時起降機場，以及工兵部隊搭架臨時渡橋等。
實施例1將煅燒過的膨脹珍珠粉末43克，碳酸鎂20克，液體硅酸鈉150克，滑石10克及水50克放入500毫升容器中加以均勻研磨，直到此100mes更細的程度，再置于200℃烘箱中烤至干硬為止，取出來再加以研磨成細微粉末狀，然后倒入耐火砂鍋模中，在小型瓦斯試驗窖中燒結，當窖內溫度到達750℃時維持1小時，最后徐徐冷卻，得到白色輕質發泡陶瓷(比重0.12)。
實施例2實施方法如同實施例1，但窖內燒結溫度升到860℃維持1小時，得到白色輕質發泡陶瓷(比重0.25)。
實施例3將煅燒過的膨脹珍珠巖粉末60克、氧化鎂10克、液體硅酸鈉160克、滑石80克及水120克，放入500ml容器中施以與實施例1中相同的方法，但窖內燒結溫度升到900℃，維持1小時，得到白色輕質發泡陶瓷(比重0.37)。
實施例4將煅燒過的膨脹珍珠巖粉末68克、氧化鎂15克，碳酸鈣5克，液體硅酸鈉100克，液體硅酸鉀50克，滑石40克，云母10克及水110克，放入500ml容器中施以與實施例1相同的方法，但窖內溫度升到980℃維持1小時，得到白色輕質發泡陶瓷(比重0.56)。
實施例5將煅燒過的膨脹珍珠巖粉末178克，氧化鈣12克，氧化鈣12克，液體硅酸鈉130克，滑石36克及水105克，放入500ml容器中施以與實施例1相同的方法，但窖內溫度升到1000℃維持1小時，得到白色輕質發泡陶瓷(比重0.93)。
實施例6若以黑曜石取代珍珠巖，施以與實施例1-4相同的方法，則得到灰紫色輕質發泡陶瓷(比重約低為0.04-0.12)，但硬度略低。
實施例7穩定性實驗-將實施例1-6制成的發泡陶瓷切割成3公分×3公分×1公分的樣本進行以下試驗1、耐水性將樣本負載0.4公斤玻片浸漬水中兩天，觀查外觀的改變。
2、耐酸性將樣本負載0.4公斤玻片浸漬于1N鹽酸中兩天，觀查處觀的改變。
3、耐熱性將樣本置于500℃窖爐中24小時，觀查有否變形。結果發現本發明的發泡陶瓷可通過上列試驗；另外，為測試吸水性，將樣本置于盛水容器之液面90天，結果均末有沉沉水中的現象發生，說明本發明的發泡陶瓷具有瓷化材質及孔隙獨立的氣泡。
附
圖1-圖4為本發明的輕質發泡陶瓷代表性樣本照片。
權利要求
1.一種輕質發泡陶瓷，包括下列四種無機組合物組份名稱 含量(重量百分比)(1)過熱可膨脹、以酸性二氧硅為主成份的火山巖 15-30％(2)含堿土金屬類氧化物、碳酸鹽等組成的化合物 3-10％(3)含堿金屬類的無機結合劑45-15％(4)含硅酸鹽類的發泡促進劑4-15％。
2.按照權利要求1所述的一種輕質發泡陶瓷，其中所述的各組份(1)-(4)可分別選自(1)珍珠巖類的黑曜石、珍珠巖、松脂巖中任意一種或兩種以上混用；(2)CaO、MgO、MgCO3、CaCO3、CaO·SiO2中任意一種或兩種以上混作；(3)硅酸鈉或硅酸鉀中任意一種或兩種混用；(4)滑石、云母、硅膠、沸石中任意一種或兩種以上混用。
3.按照權利要求1或2所述的一種輕質發泡陶瓷的制造方法，其過程為調入適量的水、將原料煅燒膨脹，混料、研磨、烘干粉碎、成形、燒結。
全文摘要
本發明公開一種輕質發泡陶瓷及其制造方法，該陶瓷包含以下四種無機化合物遇熱可膨脹、以酸性二氧化硅為主成分的火山巖，含堿土金屬類氧化物、碳酸鹽等組成的化合物，含堿金屬類的無機結合劑，含硅酸鹽類的發泡促進劑，另外調入適量的水，經過將原料膨脹、混料、研磨、烘干、粉碎、成型、燒結等過程，可得到的無機發泡體除了具有瓷化陶瓷質純、強度高、耐化性、防火等特征外，由于其材質內部充滿獨立孔隙的氣泡，故質輕、隔音、吸水性低。
文檔編號C04B38/02GK1147489SQ9511649
公開日1997年4月16日 申請日期1995年10月10日 優先權日1995年10月10日
發明者曾朝明 申請人:曾朝明