漿料的制備工藝對(duì)提高泡沫陶瓷掛漿效果的研究

張翠敏　趙輝　俞莉紅　王嬌　吳學(xué)坤

[摘 要]泡沫陶瓷的制備工藝嚴(yán)重影響其燒結(jié)后的成品率，實(shí)驗(yàn)表明泡沫陶瓷制備過(guò)程中漿料中外加劑的選擇及球磨時(shí)間都對(duì)掛漿效果有較大影響。

[關(guān)鍵詞]泡沫陶瓷；外加劑；球磨；掛漿

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ174.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）14-0055-01

一、引言

泡沫陶瓷的孔隙率高，具有三維立體網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)和貫通氣孔，由于其特殊的結(jié)構(gòu)和極佳的熱穩(wěn)定性，對(duì)液態(tài)金屬中非金屬夾雜過(guò)濾可高達(dá)72%～97%，使鑄件合格率大幅度升高，有效的提高鑄件的機(jī)械性能及使用壽命[1]。我國(guó)在80年代才開(kāi)始泡沫陶瓷的研究工作，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，產(chǎn)品的性能普遍較國(guó)外產(chǎn)品低，存在生產(chǎn)效率低，質(zhì)量不穩(wěn)定等問(wèn)題[2]。泡沫陶瓷制備工藝中的影響因素較多，該實(shí)驗(yàn)主要分析漿料的制備工藝對(duì)掛漿量的影響。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

制備泡沫陶瓷所用的漿料除了具有一般陶瓷漿料的性能外，還需要具有盡可能高的固含量（水含量一般為10～40%，漿料比重為1.1～2.2g/cm3）、較好的觸變性和懸浮性，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究了外加劑和球磨工藝對(duì)漿料性能的影響。

2.1外加劑對(duì)漿料性能的影響

（1）粘結(jié)劑。在制備泡沫陶瓷的漿料中添加粘結(jié)劑，不僅有助于提高坯體干燥后的強(qiáng)度，而且能防止坯體在干燥和排燒過(guò)程中出現(xiàn)裂紋和塌陷，從而保證最終燒結(jié)體具有足夠的強(qiáng)度。常用結(jié)劑有鉀、鈉硅酸鹽，聚乙烯醇（PVA）、CMC等。本實(shí)驗(yàn)選用CMC（羧甲基纖維素）作為漿料的粘結(jié)劑，是因?yàn)镃MC不但低溫強(qiáng)度較好，而且能夠提高漿料的流變性，更有利于進(jìn)行掛漿。

（2）流變劑。采用有機(jī)泡沫浸漬工藝的漿料需要有較好的流動(dòng)性和觸變性，即要求漿料具有靜止時(shí)出于凝固狀態(tài)，但在外力的作用下又恢復(fù)到流動(dòng)的特性，從而利于剪切作用下多于漿料的排出和靜止?fàn)顟B(tài)下漿料更好地粘附在有機(jī)泡沫上。常用的流變劑有天然粘土，如膨潤(rùn)土，高嶺土和羥乙基纖維素等。有機(jī)膨潤(rùn)土通常不以原級(jí)粒子存在，一般是多個(gè)粒子的聚集體，通過(guò)潤(rùn)濕、分散和活化可產(chǎn)生原級(jí)粒子，形成高效的觸變效應(yīng)，其加入量在0.2%～1%之間。

（3）分散劑。分散劑是指能使固體顆粒表面迅速潤(rùn)濕，又使固體質(zhì)點(diǎn)間的能壘上升到足夠高的一種表面活性劑。在漿料中加入分散劑，可降低固液間的界面張力。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，DA-01分散劑具有極好的分散效果，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的檸檬酸銨分散劑，而且坯體在干燥過(guò)程中不容易出現(xiàn)裂紋。

（4）懸浮劑。由于陶瓷原料密度較大，采用水作為溶劑時(shí)，極易產(chǎn)生沉淀。傳統(tǒng)生產(chǎn)泡沫陶瓷的廠家，在生產(chǎn)過(guò)程中需要不斷地?cái)嚢铦{料防止其沉淀，不但影響生產(chǎn)效率，而且掛漿量也受到很大影響，導(dǎo)致燒結(jié)后的成品孔筋較細(xì)，強(qiáng)度低，抗沖刷能力下降。實(shí)驗(yàn)引入黃原膠作為懸浮劑，添加量為3～4%，極大地改善了漿料的懸浮性，在制備過(guò)程中不需要再重復(fù)攪拌漿料，而且掛漿量在原有的基礎(chǔ)上提高了10%以上，泡沫陶瓷成品的強(qiáng)度提高了0.5MPa以上。

經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)研究，得到漿料的成分與含量見(jiàn)表1。

2.2球磨時(shí)間對(duì)漿料性能的影響；

將原料按表1配制好后放入行星式球磨機(jī)內(nèi)球磨，球磨時(shí)間對(duì)漿料的粘度有較大的影響，漿料的粘度則直接影響有機(jī)泡沫的掛漿量，因此球磨后的漿料須混合均勻、粘度適中、性能穩(wěn)定。圖1為漿料粘度隨球磨時(shí)間的變化曲線。

從圖1中可以看出球磨時(shí)間0.5～1.5h時(shí)漿料的粘度變化很小，球磨2h粘度迅速上升，而球磨3h后粘度又開(kāi)始下降，最終下降到比較穩(wěn)定的粘度值65mPa·s左右。在有機(jī)泡沫浸漬的過(guò)程中，漿料粘度太大，則泡沫不能完全浸泡在漿料中，坯體極易出現(xiàn)堵孔（見(jiàn)圖2）；粘度太小，致使掛漿量低，漿料甚至不能完全覆蓋郵寄泡沫的表面，制得的的泡沫陶瓷強(qiáng)度無(wú)法保證（見(jiàn)圖3）。因此只有當(dāng)漿料的粘度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，即固相和液相充分混合后，才能保證漿料的性能達(dá)到浸漬的要求，因此漿料球磨時(shí)間以4h為宜，球磨頻率：38～45HZ，料球比：1：1～1：1.5。

三、結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)分析了外加劑及球磨時(shí)間對(duì)泡沫陶瓷漿料的影響，進(jìn)而確定了外加劑最佳的引入量和最佳的球磨時(shí)間，極大地改善了漿料的懸浮性和粘度，使掛漿量在原有的基礎(chǔ)上提高了10%以上，成品的強(qiáng)度提高了0.5MPa以上，為泡沫陶瓷產(chǎn)品的制備提供了新的技術(shù)思路。

參考文獻(xiàn)

1 靳洪允.泡沫陶瓷材料的研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代技術(shù)陶瓷，2005（3）：33～35

2 馮勝山，陳巨喬.泡沫陶瓷過(guò)濾器的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J].耐火材料，2002，36（4）：235～239