叠层涂布法制造泡沫陶瓷的方法

技术领域

本发明涉及泡沫陶瓷的制造技术，具体是一种叠层涂布法制造泡沫陶瓷的方法。

背景技术

泡沫陶瓷材料是一种具有耐高温特性的多孔材料。一般的泡沫陶瓷生产工艺是通过在基材中添加有机或无机发泡剂，在成型后的静置阶段通过有机发泡剂进行常温发泡，在高温烧制阶段通过碳酸盐等矿物高温下分解出二氧化碳等气体进行高温发泡。这一类泡沫陶瓷结构比较均匀，无定向性差异特征，机械强度和隔热性能都比较差。

发明内容

本发明的目的是：提出一种叠层涂布法制造泡沫陶瓷的方法，通过本发明的方法获得具有更高机械强度、更耐高温、具有更优良隔热性能的新型泡沫陶瓷材料。

本发明的技术解决方案是：一种叠层涂布法制造泡沫陶瓷的方法，是在薄层耐高温纤维材料上涂覆发泡浆料，通过将多层相同或不同的涂覆了发泡浆料的纤维材料进行垂直叠加，再用陶瓷成型和烧成工艺进行成型和烧制，得到新型泡沫陶瓷材料；它的具体步骤如下：

步骤一：将陶瓷基材与发泡材料和水进行搅拌，制成陶瓷浆料；

步骤二：将陶瓷浆料均匀涂覆在薄层耐高温纤维上；反复进行耐高温纤维的铺盖和陶瓷浆料的涂覆，形成垂直方向的叠层涂布的陶瓷坯体；

步骤三：陶瓷坯体静置发泡后，自然干燥或低温烘干成型，再预烧结；

步骤四：高温烧结，发泡成型。

步骤一中，所述陶瓷基材为石英粉、氧化铝粉、氧化锆粉、碳化硅粉、氮化硅粉为主的粉体，或者这些粉体为主的混合物。

步骤一中，所述发泡材料是有机发泡剂和无机发泡剂；有机发泡剂为十二烷基硫酸钠（K12）、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES）、正戊烷、正己烷，无机发泡剂为碳酸氢钠、碳酸镁、碳酸钙。

步骤一中，陶瓷基材与发泡材料和水搅拌制浆的质量比是1：0.02-0.1：0.2-0.5。

步骤一中，有机发泡剂和无机发泡剂的质量比是1：20-200。

步骤二中，所述薄层耐高温纤维为硅酸铝、石英纤维、碳纤维。

步骤二中，薄层耐高温纤维的厚度为0.1-2毫米，优选0.2-0.5毫米。

步骤二中，所述陶瓷坯体中薄层耐高温纤维与陶瓷浆料的质量比、叠层的数量，根据目标产品要求的性能和质量参数而定，并没有具体的限定。

步骤三中，陶瓷坯体静置发泡时间为1-24小时。

步骤三中，自然干燥时间为4-20小时。

步骤三中，低温烘干成型的温度为100-300℃；低温烘干成型时间为1-24小时。

步骤三中，预烧结的温度为300-800℃，优选400-600℃；预烧结的时间为1-12小时。

步骤四中，高温烧结成型的温度为1200-1800℃，优选1400-1600℃；高温烧结的时间为1-12小时。

本发明的优点是：

1、本发明的叠层涂布坯体制作方法，使泡沫陶瓷中定向均匀分布了适当的耐高温纤维材料，显著提高了泡沫陶瓷的机械强度、耐高温性能和高温隔热性能。

2、通过调节耐高温纤维和陶瓷浆料之间的品种和比例，可生产不同机械强度、耐高温性能、隔热性能和抗热震性能的泡沫陶瓷，提高应用范围的广泛性。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明的技术方案，但不能理解为是对技术方案的限制，在此基础的适应性改进皆属于本发明的保护范围。

实施例1：依以下步骤制作泡沫陶瓷

步骤一：将陶瓷基材与发泡材料和水进行搅拌，制浆；其中，所述陶瓷基材为石英粉；所述发泡材料为十二烷基硫酸钠（K12）和碳酸氢钠；陶瓷基材与发泡材料和水的质量比是1：0.04：0.3；十二烷基硫酸钠（K12）和碳酸氢钠的质量比是1：20；

步骤二：在0.1毫米厚的硅酸铝纤维布上，涂覆0.2毫米厚的按照步骤一制成的浆料；再铺盖一层0.1毫米厚的硅酸铝纤维布，再涂覆0.2毫米厚的按照步骤一制成的浆料；如此反复，制成总厚度18毫米厚的陶瓷坯料；

步骤三：陶瓷坯体静置发泡后，自然干燥成型，再预烧结；其中，陶瓷坯体静置发泡时间为1小时；自然干燥时间为4小时；预烧结的温度为300℃，预烧结的时间为12小时；

步骤四：高温烧结，发泡成型；其中，高温烧结成型的温度为1200℃，高温烧结的时间为3小时。

实施例2：依以下步骤制作泡沫陶瓷

步骤一：将陶瓷基材与发泡材料和水进行搅拌，制浆；其中，所述陶瓷基材为氧化铝粉；所述发泡材料为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES）和碳酸镁；陶瓷基材与发泡材料和水的质量比是1：0.06：0.4；脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES）和碳酸镁质量比是1：60；

步骤二：在0.2毫米厚的石英纤维布上，涂覆0.5毫米厚的按照步骤一制成的浆料；再铺盖一层0.2毫米厚的石英纤维布，再涂覆0.5毫米厚的按照步骤一制成的浆料；如此反复，制成总厚度21毫米厚的陶瓷坯料；

步骤三：陶瓷坯体静置发泡后，低温烘干成型，再预烧结；其中，陶瓷坯体静置发泡时间为12小时；低温烘干成型的温度为100℃，低温烘干成型时间为24小时；预烧结的温度为400℃，预烧结的时间为8小时；

步骤四：高温烧结，发泡成型；其中，高温烧结成型的温度为1400℃，高温烧结的时间为6小时。

实施例3：依以下步骤制作泡沫陶瓷

步骤一：将陶瓷基材与发泡材料和水进行搅拌，制浆；其中，所述陶瓷基材为氧化锆粉；所述发泡材料为正戊烷和碳酸钙；陶瓷基材与发泡材料和水的质量比是1：0.05：0.35；正戊烷和碳酸钙的质量比是1：110；

步骤二：在0.5毫米厚的碳纤维布上，涂覆0.5毫米厚的按照步骤一制成的浆料；再覆盖一层0.5毫米厚的碳纤维布，再铺盖0.5毫米厚按照步骤一制成的浆料；如此反复，制成总厚度20毫米厚的陶瓷坯料；

步骤三：陶瓷坯体静置发泡后，自然干燥成型，再预烧结；其中，陶瓷坯体静置发泡时间为18小时；自然干燥成型时间为12小时；预烧结的温度为500℃，预烧结的时间为3小时；

步骤四：高温烧结，发泡成型；其中，高温烧结成型的温度为1500℃，高温烧结的时间为7小时。

实施例4：依以下步骤制作泡沫陶瓷

步骤一：将陶瓷基材与发泡材料和水进行搅拌，制浆；其中，所述陶瓷基材为碳化硅粉；所述发泡材料为正己烷和碳酸氢钠；陶瓷基材与发泡材料和水的质量比是1：0.08：0.4；正己烷和碳酸氢钠的质量比是1：150；

步骤二：在1.0毫米厚的硅酸铝纤维布上，涂覆2毫米厚的按照步骤一制成的浆料；再铺盖一层1.0毫米厚的硅酸铝纤维布，再涂覆2毫米厚的按照步骤一制成的浆料；如此反复，制成总厚度24毫米厚的陶瓷坯料；

步骤三：陶瓷坯体静置发泡后，低温烘干成型，再预烧结；其中，陶瓷坯体静置发泡时间为24小时；低温烘干成型的温度为200℃，低温烘干成型时间为12小时；预烧结的温度为600℃，预烧结的时间为10小时；

步骤四：高温烧结，发泡成型；其中，高温烧结成型的温度为1600℃，高温烧结的时间为10小时。

实施例5：依以下步骤制作泡沫陶瓷

步骤一：将陶瓷基材与发泡材料和水进行搅拌，制浆；其中，所述陶瓷基材为石英粉、氧化锆粉、氮化硅粉的混合物，石英粉、氧化锆粉、氮化硅粉的质量比是1：1：1；所述发泡材料为正戊烷和碳酸镁，正戊烷和碳酸镁的质量比是1：180；陶瓷基材与发泡材料和水的质量比是1：0.02：0.3；

步骤二：在0.5毫米厚的石英纤维布上，涂覆0.5毫米厚的按照步骤一制成的浆料；再覆盖一层0.5毫米厚的石英纤维布，再涂覆0.5毫米厚的按照步骤一制成的浆料；如此反复，制成总厚度50毫米厚的陶瓷坯料；

步骤三：陶瓷坯体静置发泡后，自然干燥成型，再预烧结；其中，陶瓷坯体静置发泡时间为8小时；自然干燥成型时间为20小时；预烧结的温度为700℃，预烧结的时间为5小时；

步骤四：高温烧结，发泡成型；其中，高温烧结成型的温度为1700℃，高温烧结的时间为1小时。

实施例6：依以下步骤制作泡沫陶瓷

步骤一：将陶瓷基材与发泡材料和水进行搅拌，制浆；其中，所述陶瓷基材为石英粉、氧化铝粉、硅酸铝粉的混合物，氧化铝粉、氧化锆粉、碳化硅粉的质量比是1：1：1；所述发泡材料为十二烷基硫酸钠（K12）和碳酸钙，十二烷基硫酸钠（K12）和碳酸钙的质量比是1：200；陶瓷基材与发泡材料和水的质量比是1：0.1：0.5；

步骤二：在0.3毫米厚的碳纤维布上，涂覆0.5毫米厚的按照步骤一制成的浆料；再铺盖一层0.3毫米厚的碳纤维布，再涂覆0.5毫米厚的按照步骤一制成的浆料；如此反复，覆盖和涂覆20层碳纤维布和浆料；然后，再在其上覆盖一层0.4毫米厚的硅酸铝纤维布，再涂覆0.5毫米厚的按照步骤一制成的浆料，如此反复覆盖和涂覆20层硅酸铝纤维布和浆料；最后制成总厚度35毫米厚的陶瓷坯料；

步骤三：陶瓷坯体静置发泡后，低温烘干成型，再预烧结；其中，陶瓷坯体静置发泡时间为5小时；低温烘干成型的温度为300℃，低温烘干成型时间为1小时；预烧结的温度为800℃，预烧结的时间为1小时；

步骤四：高温烧结，发泡成型；其中，高温烧结成型的温度为1800℃，高温烧结的时间为12小时。

实施例1-6所得的泡沫陶瓷的机械强度、耐高温、隔热性能的检测数据如下表：