輕質(zhì)微孔陶瓷的制作工藝與探究

鄭釗彬

泉州工藝美術(shù)職業(yè)學(xué)院 福建泉州 362500

1 輕質(zhì)微孔陶瓷的概述

輕質(zhì)微孔陶瓷是由硅酸鹽構(gòu)成的創(chuàng)新材料，其生產(chǎn)利用了如貧瘠黏土、廢棄礦渣、發(fā)電廠的粉煤灰和玻璃廠的廢料等環(huán)保原料，為環(huán)境保護(hù)和資源節(jié)約提供了新途徑。作為一種效率高且可再生的濾料，微孔陶瓷在水處理行業(yè)中被視為石英砂的優(yōu)越替代品，應(yīng)用它不僅可以顯著提升水質(zhì)處理的效果，還有助于減輕生態(tài)污染并降低整體處理的費(fèi)用。

1.1 輕質(zhì)微孔陶瓷的市場狀況

《2011年中國微孔陶瓷市場分析及投資價值研究報告》基于深入的市場研究，首先梳理了微孔陶瓷業(yè)的歷史軌跡，并比較了各主要國家的技術(shù)與市場進(jìn)展。進(jìn)一步地，該報告對國內(nèi)外微孔陶瓷市場進(jìn)行了詳細(xì)比對，針對行業(yè)經(jīng)濟(jì)表現(xiàn)，重點(diǎn)探討了銷售趨勢、企業(yè)盈利狀況，以及進(jìn)出口數(shù)據(jù)與預(yù)期。報告還從競爭角度出發(fā)，深入分析了行業(yè)中各企業(yè)的競爭格局、市場的集中程度及在全球的影響力。此外，還系統(tǒng)地探討了各企業(yè)的戰(zhàn)略布局，并總結(jié)了微孔陶瓷行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和市場動態(tài)。

1.2 輕質(zhì)微孔陶瓷的過濾機(jī)理

微孔輕質(zhì)陶瓷是一種特殊的結(jié)構(gòu)陶瓷，其特點(diǎn)是在陶瓷材料內(nèi)部或外部存在大量的開放或封閉式微孔。這些微孔的平均直徑范圍在0.50—450μm，氣孔率可達(dá)45%～60%。其部分表面的比表面積在500～1700m2/g之間，而使用的溫度一般不超過600℃。得益于這種結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部形成了巨大的表面，為此，它擁有極高的表面活性，使其在吸附方面表現(xiàn)出色，能有效地過濾水中的細(xì)微懸浮物，微小氣孔愈多，效果愈明顯。

1.3 輕質(zhì)微孔陶瓷特征

輕質(zhì)微孔陶瓷是一種耐高溫、耐腐蝕的微孔瓷管，主要應(yīng)用于化工檢測儀表及傳感器中吸附腐蝕性液體及煙氣，香煙過濾嘴中吸附焦油及有害成分。

氧化鋁瓷具有耐高溫、耐腐蝕、高絕緣、無毒性等四項優(yōu)良性能，現(xiàn)有的微孔瓷管由于原料配方上的缺陷，很難同時滿足并具備以上四項性能要求。

2 輕質(zhì)微孔陶瓷的制備

2.1 陶瓷原料

陶瓷的基本成分通常來源于硅酸鹽礦石、碳酸鹽礦石以及特定的氧化物。通過在1250℃的高溫下進(jìn)行燒結(jié)，這些材料形成了微孔濾球的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，確保陶瓷濾球不僅強(qiáng)度高，還具備良好的抗酸和抗腐蝕特性。本次試驗的原料大致包含a-氧化鋁、蘇州土、滑石粉、碳酸鈣、碳酸鍶、石蠟、二氧化硅等。

2.2 助熔材料

陶瓷的助熔材料起到了關(guān)鍵作用，主要為了減少燒結(jié)所需溫度，增強(qiáng)液態(tài)相，擴(kuò)展燒結(jié)窗口，同時促進(jìn)晶體的生成和增長，這不僅提升了原料坯體的機(jī)械穩(wěn)固性，還增強(qiáng)了其化學(xué)穩(wěn)定性。在眾多助熔材料中，常用的有長石、珍珠巖、滑石、蛇紋石、硅灰石、方解石和白云石等。本次選用的助熔劑主要以滑石為主。

2.3 黏結(jié)劑

為了加強(qiáng)球坯的結(jié)實度，黏結(jié)劑被添加以增加黏連性，常用的黏結(jié)劑包括淀粉、石蠟、聚乙烯醇和水玻璃等。在本次實驗中主要選擇石蠟作為黏結(jié)材料。

2.4 制備實驗一

按以下配方比例：a-氧化鋁93%、蘇州土2.5%、滑石粉2.5%、碳酸鈣0.5%、碳酸鍶0.5%、二氧化硅1.0%，稱取礦物原料烘干（溫度為80℃左右）冷卻后，按5∶1的球料比加入到振動磨中振磨2小時后，將瓷粉粉料放入密封容器中備用，取已磨細(xì)的瓷粉料烘熱至80℃，然后取料重13%的石蠟加入到攪拌筒中熔化升溫至100℃，加入瓷粉料，同時加入料重1.0%的工業(yè)油酸，快速攪拌均勻并放出制成蠟餅備用。取蠟餅熔化，經(jīng)真空攪拌將溫度控制在70℃，然后將漿料倒入熱壓注機(jī)料筒內(nèi)，按事先已做好的模具即可壓制出不同的工件蠟坯體。蠟坯體經(jīng)過1050℃的素?zé)?5小時），冷卻后出窯，經(jīng)高壓空氣噴槍清除表面的吸附粉體后，再經(jīng)過1300℃（20小時）高溫?zé)伞?/p>

2.5 制備實驗二

按下表配方制備產(chǎn)品，制備方法如以上實驗所述。

3 實驗結(jié)果探究

本實驗選用原料是煅燒氧化鋁粉，為的就是容易磨細(xì)，同時添加蘇州土、滑石粉、碳酸鈣、碳酸鍶、二氧化硅等5種外加劑，經(jīng)過混磨均勻后大大地降低了瓷件的燒成溫度。經(jīng)過精確的配方設(shè)計，使得固相、液相、氣相搭配合理，使制成的微孔瓷件不僅微孔分布均勻、機(jī)械強(qiáng)度好，同時又不改變氧化鋁的以上四項優(yōu)良的性能。

在燒成上也采用獨(dú)特的方法，第一次的素?zé)郎囟瓤刂圃?00～1050℃，使得作為黏結(jié)劑的蠟排凈，微孔初步形成，經(jīng)過高壓空氣將工作素坯表面的吸附粉體吹干凈后第二次高溫?zé)?，燒成溫度?150～1350℃，使得微孔形成，牢固均勻，整個微孔瓷具有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度。

綜上所述，本試驗通過以含氟a-氧化鋁的微孔氧化鋁陶瓷材料，對微孔氧化鋁陶瓷材料的組織和性能進(jìn)行了分析測試，氣孔率問題、孔徑的大小，以及氣孔分布對微孔陶瓷各項性能的影響，得出制備微孔氧化鋁陶瓷的最佳原料配比和最佳工藝參數(shù)，所得結(jié)論如下：

1）由氣孔率和彎曲強(qiáng)度兩方面因素得出8%為最佳粘結(jié)劑加入量。隨添加劑加入量的增加，微孔氧化鋁陶瓷氣孔率降低，而加入量為5%時，氣孔率變化不大。

2）研究了燒結(jié)工藝參數(shù)對微孔氧化鋁陶瓷顯微組織及性能的影響，通過理論分析和試驗驗證得出，a-氧化鋁含量為93%、造孔劑添加量為8%、粘結(jié)劑添加量為8%、燒結(jié)溫度為1350℃時是最優(yōu)制備方案。