一种低密度高强度硼硅酸盐微晶泡沫玻璃的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种低密度高强度硼硅酸盐微晶泡沫玻璃，先按基础配料的质量百分比含量SiO255％～65％、Na2CO315％～17％、K2CO315％～17％、Al2O33％～5％、H3BO38％～17％，在此基础上，外加晶核剂1％～4％，外加发泡剂0.5％～1％进行配料，所述的发泡剂为碳黑，所述的晶核剂为二氧化钛、氟化钙或者二氧化钒中的任意一种。经湿磨3h，浆料干燥后再干磨3h，过150目标准筛，最后放入熔炉中于775℃烧制。本发明的硼硅酸盐微晶泡沫玻璃具有密度低、强度高的特点，并且工艺简单，成本低廉，适合工业化生产。
【专利说明】一种低密度高强度硼硅酸盐微晶泡沬玻璃
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种无机非金属材料，具体涉及一种低密度高强度的硼硅酸盐微晶泡 沫玻璃及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 泡沫玻璃是一种人工制作的多孔材料，因其内部充满了无数微小均匀的连通或封 闭气孔，所以是一种性能良好的保温隔热和吸音材料。但是由于目前市场上供应的泡沫玻 璃普遍存在着机械强度低、抗热冲击性差的缺点，因而大部分用于化工、电力、冷藏等领域， 所以适合做保温材料而不宜做墙体材料。在国内，由于工艺技术等问题，泡沫玻璃在建筑业 的应用几乎是空白。
[0003] 微晶玻璃又称玻璃陶瓷或结晶化玻璃，是由玻璃控制晶化制得的多晶固体。由于 该产品性能卓越、成本低廉、加工容易、附加值高，所以具有很高的实用价值和商业价值。但 是由于微晶玻璃容重大，大量用于非建筑业，而在建筑业主要用作装饰材料。
[0004] 为了克服泡沫玻璃和微晶玻璃各自的不足，结合两者性能的优点，研制一种新型 的材料一微晶泡沫玻璃。微晶泡沫玻璃是一种在玻璃主体相中均匀分布着大量微小气泡和 针状晶体的轻质、高强材料。由于微晶泡沫玻璃中存在大量的气孔，所以材料容重大大降 低，而且气孔大多数互不连通，所以材料具有轻质、保温隔热的性能。机械强度比泡沫玻璃 大得多，它不仅具有保温材料的性能，而且还具有承重材料的特点。微晶泡沫玻璃的生产 工艺比较简单，而且所采用的基础原料为工业废渣，成本较低，生产过程中对环境的污染较 小，有利于环境保护。微晶泡沫玻璃综合了微晶玻璃机械强度高、使用温度范围宽和泡沫玻 璃质轻的特点，是一种新型的值得开发和研究的材料。南京大学以废玻璃和粉煤灰为主要 原料，以碳酸钙为发泡剂制备了微晶泡沫玻璃，将研磨的玻璃粉、粉煤灰和非金属矿加入水 后进行混合，在含有水分的情况下压制成型，然后烘干，放入窑内烧制，然后将烧制后的毛 坯切割成型。其缺点是除玻璃粉和粉煤灰外，还加入了非金属矿，制造成本较高。所用的非 金属矿有碱性长石、硅砂、纯碱和方解石。并且采用了压制成型，制作工艺复杂。本专利没 有采用废玻璃和粉煤灰为主要原料的工艺方法，而是使用化学纯原料混合后作为基础料进 行试验。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的，是克服现有技术的制造成本高、制作工艺复杂的缺点，合理选择晶 核剂，提供一种工艺简单、机械强度高、气孔均匀、体积密度小的微晶泡沫玻璃及其制备方 法。
[0006] 本发明通过如下技术方案予以实现。
[0007] -种低密度高强度硼硅酸盐微晶泡沫玻璃，其原料组成及其质量百分比含量为 Si0255 % ?65 %、H3B038 % ?19 %、Na2C0315 % ?17 %、K2C033 % ?5 %、Al2033 % ?5 %，在 此基础上，外加发泡剂0. 5%?1%，外加晶核剂1%?4% ;
[0008] 所述的发泡剂为碳黑；
[0009] 所述的晶核剂为二氧化钛、氟化钙或者五氧化二钒的任意一种；
[0010] 该低密度高强度硼硅酸盐微晶泡沫玻璃的制备方法，步骤如下：
[0011] (1)按原料组成及其质量百分比含量：Si0255 %?65 %、H3B038 %?17 %、 Na2C0315%?17%、K2C033 %?5%、Al2033 %?5%进行配料，在此基础上，外加发泡剂 0. 5%?1%，晶核剂1%?4% ;将上述原料放入球磨罐中，按照原料：氧化铝球：去离子水 的质量比为1:2:1. 5球磨3h，然后将料浆倒入托盘中干燥；
[0012] ⑵将步骤⑴干燥后的混合料进行干磨，干磨时间为3h，球、料的质量比为2:1 ;
[0013] (3)将步骤⑵干磨后的粉料过150目标准筛；
[0014] (4)将步骤⑶过筛后的粉料放入石墨坩埚中，于775°C烧制；
[0015] (5)将步骤（4)烧制好的制品切割成规定形状，制成低密度高强度硼硅酸盐微晶 泡沫玻璃。
[0016] 所述发泡剂的粒度为100目。
[0017] 所述步骤⑷的温度制度为：400°C以下升温速率为3°C/min，于400°C保温 30min ;400°C到 725°C升温速率为 4°C /min ;725°C到 775°C升温速率为 2°C /min，于 775°C 保温30min。
[0018] 所述步骤（5)切割成规则的正方体形，其标准形状为
[0019] 该微晶泡沫玻璃的气孔率为70 %?90 %，抗压强度为3?5MPa，密度为0. 3? 0· 5g/cm3。
[0020] 本发明的有益效果：提供了一种成本低廉、工艺简单、气孔均匀、体积密度小、高 强度的硼硅酸盐微晶泡沫玻璃，该微晶泡沫玻璃的气孔率为70%?90%，抗压强度为3? 5MPa，密度为 0· 3 ?0· 5g/cm3。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1是本发明实施例1的硼硅酸盐微晶泡沫玻璃在X射线衍射仪检测的衍射照 片。
【具体实施方式】
[0022] 本发明所用原料均采用市售的化工原料，具体实施例如下。
[0023] 实施例1
[0024] 用电子天平称取二氧化硅12g，硼酸2. 6g，碳酸钠3. 4g，碳酸钾lg，氧化铝lg，发 泡剂碳黑〇. 12g,晶核剂二氧化钛0. 4g，一起加入到球磨罐中，用氧化铝小球和去离子水为 介质，按照原料：氧化铝球：去离子水的质量比为1:2:1. 5,湿磨3h，将料浆放入恒温干燥箱 中烘干，再球磨3h，得到颗粒极细的粉料。将粉料过150目的标准筛后，填充于石墨坩埚 中，切勿装料过满，在振动台上震动成型。成型后，将带有配合料的石墨坩埚送入电阻炉内， 于775°C烧制；温度制度为：400°C以下升温速率为3°C /min ;于400°C保温30min ;400°C到 725°C升温速率为4°C /min ;725°C到775°C升温速率为2°C /min ;于775°C保温30min。
[0025] 实施例1的相关性能测试结果如下：
[0026] 体积密度为0· 480g/cm3,气孔率为77. 14%，抗压强度为4. 40Mpa。
[0027] 图1是本实施例的衍射照片，其中横坐标为衍射角2 Θ八° )，纵坐标为衍射强度。 由图1可以看出有SiO2晶体的出现。
[0028] 实施例2
[0029] 用电子天平称取二氧化硅13g，硼酸2g，碳酸钠3. 2g，碳酸钾0. 9g，氧化铝0. 9g，发 泡剂碳黑〇. 2g，成核剂二氧化钛0. 6g。其它工艺方法与实施例1相同。
[0030] 实施例2的相关性能测试结果如下：
[0031] 体积密度为0· 454g/cm3,气孔率为78. 38%，抗压强度为3. 18Mpa。
[0032] 实施例3?实施例6
[0033] 除了基础配料中各组分的配比及晶核剂配比的改变之外，其余工艺方法与施例1 相同；经同样的性能评价，各项性能指标均为优良。
[0034] 本发明各实施例的原料组成及其质量百分比含量详见下表1。
[0035]表 1
【权利要求】
1. 一种低密度高强度硼硅酸盐微晶泡沫玻璃，其原料组成及其质量百分比含量为 Si0255 % ?65 %、H3B038 % ?19 %、Na2C0315 % ?17 %、K2C033 % ?5 %、Al2033 % ?5 %，在 此基础上，外加发泡剂0. 5%?1%，外加晶核剂1%?4% ; 所述的发泡剂为碳黑； 所述的晶核剂为二氧化钛、氟化钙或者五氧化二钒的任意一种； 该低密度高强度硼硅酸盐微晶泡沫玻璃的制备方法，步骤如下： ⑴按原料组成及其质量百分比含量：Si0255%?65%、H3B038%?17%、Na 2C0315%? 17%、K2C033 %?5%、Al2033 %?5%进行配料，在此基础上，外加发泡剂0. 5%?1%， 晶核剂1 %?4% ;将上述原料放入球磨罐中，按照原料：氧化铝球：去离子水的质量比为 1:2:1. 5球磨3h，然后将料浆倒入托盘中干燥； (2) 将步骤（1)干燥后的混合料进行干磨，干磨时间为3h，球、料的质量比为2:1 ; (3) 将步骤（2)干磨后的粉料过150目标准筛； (4) 将步骤（3)过筛后的粉料放入石墨坩埚中，于775°C烧制； (5) 将步骤⑷烧制好的制品切割成规定形状，制成低密度高强度硼硅酸盐微晶泡沫 玻璃。
2. 根据权利要求1的一种低密度高强度硼硅酸盐微晶泡沫玻璃，其特征在于，所述发 泡剂的粒度为100目。
3. 根据权利要求1的一种低密度高强度硼硅酸盐微晶泡沫玻璃，其特征在于，所述步 骤（4)的温度制度为：400°C以下升温速率为3°C /min，于400°C保温30min ;400°C到725°C 升温速率为4°C /min ;725°C到775°C升温速率为2°C /min，于775°C保温30min。
4. 根据权利要求1的一种低密度高强度硼硅酸盐微晶泡沫玻璃，其特征在于，所述步 骤（5)切割成的规定形状，是的规则的正方体形。
5. 根据权利要求1的一种低密度高强度硼硅酸盐微晶泡沫玻璃，，其特征在于，该微晶 泡沫玻璃的气孔率为70 %?90 %，抗压强度为3?5MPa，密度为0. 3?0. 5g/cm3。
【文档编号】C03C11/00GK104402232SQ201410669727
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月20日 优先权日:2014年11月20日
【发明者】朱玉梅, 翟晨曦 申请人:天津大学