戴永剛，陸成龍，，3，張銀鳳，張國(guó)濤

(1.廣東金意陶陶瓷集團(tuán)有限公司，佛山 528031；2.湖北理工學(xué)院，礦區(qū)環(huán)境污染控制與修復(fù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黃石 435003；3.華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣州 510640)

0 引 言

發(fā)泡陶瓷是一種綜合性能優(yōu)異的新型建筑材料,其生產(chǎn)過(guò)程能消納大量的工業(yè)固廢料和礦山尾礦，實(shí)現(xiàn)固體廢棄物的綜合利用。因此，發(fā)泡陶瓷產(chǎn)業(yè)也是綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)[1]。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，發(fā)泡陶瓷行業(yè)形成了4種穩(wěn)定成熟的固廢配方體系，即拋光渣體系、煤矸石粉煤灰體系、花崗巖廢料體系、珍珠巖尾礦體系[2]，并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。拋光渣體系在發(fā)泡陶瓷行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，成功解決了大量拋光渣固體廢棄物的堆存問(wèn)題。

拋光渣是陶瓷生產(chǎn)過(guò)程中形成的一種陶瓷廢料。目前，我國(guó)拋光渣的年排放量約1 000萬(wàn)t[3]，主要來(lái)源于瓷磚后期冷加工過(guò)程，包括銑磨、粗磨、細(xì)磨、拋光、磨邊等一系列工序[4]。拋光渣經(jīng)歷了高溫?zé)Y(jié)過(guò)程，主要物相為玻璃相、石英和少量莫來(lái)石相[5-6]，主要化學(xué)組成為SiO2、Al2O3、K2O和Na2O，此外包含少量的SiC、Mg(OH)2、MgCl2和CaCO3等[4]。

拋光渣體系發(fā)泡陶瓷配方(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)以?huà)伖庠鼮橹?70%～90%)，添加10%～20%可塑性黏土、10%～20%鉀鈉長(zhǎng)石等溶劑性原料，并補(bǔ)充一些輔助發(fā)泡劑[5]。拋光渣中的磨料成分在高溫下會(huì)產(chǎn)生氣體，使坯體膨脹形成氣孔，故拋光渣是制備多孔保溫材料的理想原料。羅浩樂(lè)等[7]以陶瓷拋光廢渣為主要原料，在不加入發(fā)泡劑的條件下，制備出了體積密度為0.90～1.30 g/cm3、抗折強(qiáng)度為10～15 MPa的輕質(zhì)外墻磚。稅安澤等[8]以?huà)伖庠鼮橹饕?，制備出了體積密度為0.9 g/cm3，抗折強(qiáng)度為6 MPa，導(dǎo)熱系數(shù)為0.23 W/(m·K)的多孔保溫建筑材料。趙威等[9]以60%拋光渣、30%的廢磚屑和10%壓榨泥為原料，經(jīng)1 160 ℃燒結(jié)制備出了體積密度為0.41 g/cm3，抗折強(qiáng)度為3.5 MPa，導(dǎo)熱系數(shù)為0.14 W/(m·K)的發(fā)泡陶瓷。

目前，利用拋光渣制備發(fā)泡陶瓷的工藝技術(shù)和原理較復(fù)雜，不同陶瓷企業(yè)所生產(chǎn)的產(chǎn)品成分差異也較大[3]。發(fā)泡陶瓷的發(fā)泡能力是發(fā)泡機(jī)理的宏觀(guān)表現(xiàn)，直接決定了發(fā)泡陶瓷性能的穩(wěn)定性。因此，本文以工業(yè)上成熟的拋光渣體系配方制備發(fā)泡陶瓷，通過(guò)對(duì)比研究外加發(fā)泡劑和未添加發(fā)泡劑的兩組拋光渣體系試樣的發(fā)泡性能，以揭示燒結(jié)溫度對(duì)其發(fā)泡性能的影響規(guī)律，旨在為高性能發(fā)泡陶瓷的制備提供理論指導(dǎo)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原材料

試驗(yàn)用拋光渣來(lái)自廣東佛山某陶瓷廠(chǎng)，坯料來(lái)自該廠(chǎng)生產(chǎn)線(xiàn)上噴霧干燥后的粉體。坯料中拋光渣的加入量為70%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，SiC發(fā)泡劑的加入量為0.3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，外加一定量的滑石、膨潤(rùn)土、壓榨泥、鉀長(zhǎng)石。以不含SiC發(fā)泡劑的坯料為對(duì)照組，其他組成保持不變。拋光渣和坯料的化學(xué)組成如表1所示。

表1 拋光渣和坯料的主要化學(xué)組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 1 Main chemical composition of polishing slag and blank (mass fraction) /%

1.2 制備與表征方法

將試驗(yàn)用坯料過(guò)250目篩(篩孔大小為63 μm)，以水造粒(8%～10%，質(zhì)量分?jǐn)?shù))，陳腐24 h。坯料經(jīng)半干壓法壓制成型，圓片試樣直徑為30 mm，成型壓力為60 kN，長(zhǎng)方體試樣的長(zhǎng)×寬×高為36.0 mm×6.5 mm×6.5 mm，成型壓力為40 kN。坯體以100～105 ℃干燥24 h后，置于硅碳棒爐中燒結(jié)，樣品隨爐自然冷卻。同時(shí)，以坩堝盛裝坯料，在硅碳棒爐中燒結(jié)，隨爐自然冷卻。

利用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)量樣品燒結(jié)前后的尺寸，計(jì)算樣品直徑方向的燒結(jié)收縮率；采用微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(深圳瑞格爾儀器有限公司，REGER-4100)測(cè)試并計(jì)算樣品的抗折強(qiáng)度；利用日本電子株式會(huì)社生產(chǎn)的JSM-7610F場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡觀(guān)察試樣的顯微結(jié)構(gòu)。

2 結(jié)果與討論

2.1 燒結(jié)溫度對(duì)拋光渣體系坯體(未添加發(fā)泡劑)發(fā)泡性能的影響

未添加發(fā)泡劑的拋光渣體系坯體試樣在1 060～1 220 ℃時(shí)的外觀(guān)和燒結(jié)線(xiàn)變化率如圖1所示。由圖1(a)可以看出，隨著燒結(jié)溫度增加，試樣的顏色由黃色變?yōu)樯羁Х壬?，?dāng)溫度高于1 140 ℃后，試樣明顯膨脹，出現(xiàn)發(fā)泡現(xiàn)象。由圖1(b)可以看出，隨著燒結(jié)溫度升高，試樣先收縮后膨脹，當(dāng)溫度為1 120 ℃時(shí)，線(xiàn)收縮最大，達(dá)到13.2%，隨著溫度繼續(xù)升高，收縮逐漸減小。其原因?yàn)椋跓Y(jié)溫度高于1 120 ℃時(shí)，試樣中的液相增多，液相粘度降低，試樣中包裹的空氣膨脹，從而使樣品出現(xiàn)發(fā)泡的現(xiàn)象。

圖1 未添加發(fā)泡劑的拋光渣體系坯體試樣經(jīng)1 060～1 220 ℃燒結(jié)后的外觀(guān)和燒結(jié)線(xiàn)變化率Fig.1 Appearance and linear shrinkage of polishing slag system samples without foaming agentafter sintered at 1 060 ℃ to 1 220 ℃

對(duì)比工業(yè)生產(chǎn)發(fā)泡陶瓷的溫度(一般為1 180 ℃)分析可知，拋光渣體系自身具有一定的發(fā)泡作用，在未添加發(fā)泡劑的情況下，在高于1 120 ℃時(shí)出現(xiàn)膨脹發(fā)泡的現(xiàn)象。這是由于，拋光渣體系中含有的SiC、Mg(OH)2、MgCl2和CaCO3等成分在一定溫度下會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)釋放出氣體。SiC和MgCl2高溫下產(chǎn)生氣體的化學(xué)反應(yīng)式如下[10]：

SiC(s)+3/2O2(g)→SiO2(s)+CO(g)

(1)

SiC(s)+2O2(g)→SiO2(s)+CO2(g)

(2)

MgCl2(s)+O2(g)→MgO(s)+Cl2(g)

(3)

上述反應(yīng)均為吸熱反應(yīng)，溫度越高，反應(yīng)越劇烈。與此同時(shí)，試樣中出現(xiàn)大量液相，使其熔融軟化。反應(yīng)產(chǎn)生的氣體形成張力，使液相膨脹，包裹著氣泡，形成氣孔[11]。但是，拋光渣中的發(fā)泡劑成分含量較低，使試樣發(fā)泡效果不佳，在溫度為1 220 ℃時(shí)，線(xiàn)收縮為0.24%，接近0%，通過(guò)上述分析，拋光渣自身具備一定的發(fā)泡能力。以其制備發(fā)泡陶瓷時(shí)，未加發(fā)泡劑試樣先收縮后膨脹，最大的線(xiàn)收縮為13.2%(1 120 ℃)，最小的線(xiàn)收縮0.24%(1 220 ℃)。故使用拋光渣制備發(fā)泡陶瓷，還需外加一定量的發(fā)泡劑。

2.2 燒結(jié)溫度對(duì)拋光渣體系坯體(含發(fā)泡劑)發(fā)泡性能的影響

添加發(fā)泡劑的拋光渣體系坯體試樣在1 120～1 220 ℃時(shí)的外觀(guān)和燒結(jié)線(xiàn)變化率如圖2所示。由圖2(a)可知，加入發(fā)泡劑后的試樣在較高溫度下表現(xiàn)出顯著的膨脹。燒結(jié)溫度為1 120 ℃的試樣的燒結(jié)線(xiàn)變化率與1 220 ℃未添加發(fā)泡劑的試樣相近。當(dāng)燒結(jié)溫度達(dá)到1 220 ℃時(shí)，試樣的燒結(jié)線(xiàn)變化率高達(dá)35%，因而外加SiC發(fā)泡劑顯著提高拋光渣體系發(fā)泡陶瓷試樣的發(fā)泡能力，燒結(jié)溫度為1 120～1 220 ℃時(shí)的線(xiàn)收縮為1.6%～-35.7%。

圖2 添加發(fā)泡劑的拋光渣體系坯體試樣經(jīng)1 120～1 220 ℃燒結(jié)后的外觀(guān)和燒結(jié)線(xiàn)變化率Fig.2 Appearance and linear shrinkage of polishing slag system samples with foaming agent after sintered at 1 120 ℃ to 1 220 ℃

為了進(jìn)一步確定燒結(jié)溫度對(duì)拋光渣體系坯體試樣收縮和膨脹的影響，在坩堝中以堆粉的形式采用排水法測(cè)定和計(jì)算其體積膨脹率。添加發(fā)泡劑的拋光渣體系坯體坩堝試樣在1 060～1 220 ℃時(shí)的外觀(guān)如圖3所示。由圖3可知:燒結(jié)溫度低于1 140 ℃時(shí)，試樣處于收縮狀態(tài)；燒結(jié)溫度高于1 140 ℃后，試樣開(kāi)始膨脹。添加發(fā)泡劑的拋光渣體系坯體坩堝試樣在1 160～1 220 ℃時(shí)的體積膨脹率如圖4所示。由圖4可知:當(dāng)燒結(jié)溫度為1 180 ℃(工業(yè)上生產(chǎn)發(fā)泡陶瓷的溫度)時(shí)，試樣的體積膨脹率為27.2%；繼續(xù)升高溫度，試樣的體積膨脹率顯著增加，在1 180～1 200 ℃范圍內(nèi)，發(fā)泡陶瓷試樣的體積膨脹了2倍。這表明，拋光渣體系坯體的發(fā)泡性能對(duì)燒結(jié)溫度十分敏感，燒結(jié)溫度的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致試樣的體積膨脹率出現(xiàn)不同程度變化。故在生產(chǎn)過(guò)程中，在發(fā)泡陶瓷的發(fā)泡階段要減小升溫速率，減少爐內(nèi)溫度波動(dòng)。此外，對(duì)比在相同燒結(jié)溫度下添加發(fā)泡劑和未添加發(fā)泡劑試樣的發(fā)泡能力可知，拋光渣體系自身的發(fā)泡性能有限，其中的發(fā)泡成分對(duì)試樣的膨脹貢獻(xiàn)較小，其發(fā)泡和膨脹主要來(lái)源于外加的發(fā)泡劑。

圖3 添加發(fā)泡劑的拋光渣體系坩堝試樣經(jīng)1 060～1 220 ℃燒結(jié)后的外觀(guān)Fig.3 Appearance of green crucible sample ofpolishing slag system with foaming agent aftersintered at 1 060 ℃ to 1 220 ℃

圖4 添加發(fā)泡劑的拋光渣體系坩堝試樣經(jīng)1 160～1 220 ℃燒結(jié)后的體積膨脹率Fig.4 Volume expansion rate of crucible sample ofpolishing slag system with foaming agent aftersintered at 1 160 ℃ to 1 220 ℃

2.3 拋光渣體系發(fā)泡陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)

經(jīng)1 160～1 220 ℃燒結(jié)的未添加發(fā)泡劑的拋光渣體系發(fā)泡陶瓷試樣的顯微結(jié)構(gòu)如圖5所示。從圖5中可以清晰地觀(guān)察到試樣中的氣孔大小和形狀。此外，隨著燒結(jié)溫度升高，試樣中的氣孔數(shù)量顯著增加。當(dāng)溫度為1 160 ℃時(shí)，氣孔大小為10～20 μm；當(dāng)溫度為1 180 ℃時(shí)，氣孔大小為30～60 μm；當(dāng)溫度為1 200 ℃時(shí)，氣孔大小為80～100 μm；當(dāng)溫度為1 200 ℃時(shí)，氣孔大小為150～200 μm。這是由于拋光渣中含有SiC等發(fā)泡劑成分，燒結(jié)溫度升高，試樣內(nèi)的液相增多，液相粘度降低，液相包裹的氣體不斷膨脹，最終使試樣中的氣孔增大。氣孔為球形，邊緣未出現(xiàn)棱角，孔壁上不存在氣孔。通過(guò)上述分析，拋光渣自身的發(fā)泡成分生成尺寸為10～200 μm(1 160～1 220 ℃)的氣孔，形狀為球形，孔壁結(jié)構(gòu)致密。根據(jù)Inglis裂紋理論[12]，球形氣孔的尖端應(yīng)力集中較小，故該氣孔結(jié)構(gòu)有利于提高試樣的強(qiáng)度。因此，拋光渣中的發(fā)泡成分有利于提高孔結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，適于制備輕質(zhì)高強(qiáng)的發(fā)泡陶瓷。

圖5 經(jīng)1 160～1 220 ℃燒結(jié)的未添加發(fā)泡劑的拋光渣體系發(fā)泡陶瓷試樣的顯微結(jié)構(gòu)Fig.5 Microstructure of foamed ceramic samples of polishing slag system sintered at1 160 ℃ to 1 220 ℃ without adding foaming agent

經(jīng)1 160～1 220 ℃燒結(jié)的添加發(fā)泡劑的拋光渣體系發(fā)泡陶瓷試樣的顯微結(jié)構(gòu)如圖6所示。從圖6中可以觀(guān)察到，相對(duì)于未添加發(fā)泡劑的試樣，添加發(fā)泡劑試樣的氣孔尺寸明顯增大。當(dāng)燒結(jié)溫度為1 160 ℃時(shí)，氣孔尺寸大小為100～200 μm；當(dāng)燒結(jié)溫度為1 220 ℃時(shí)，氣孔尺寸大小為2～3 mm。故外加SiC發(fā)泡劑后，拋光渣體系發(fā)泡陶瓷的氣孔尺寸比未加發(fā)泡劑試樣增加了近10倍。但是，添加發(fā)泡劑的試樣中的氣孔形狀不呈球形，出現(xiàn)了明顯的棱角。這是由于添加發(fā)泡劑后，試樣中的氣孔源較多，產(chǎn)生的氣孔不斷合并，氣孔壁變薄，形成不規(guī)則形狀的氣孔。同時(shí)，燒結(jié)成溫度對(duì)添加發(fā)泡劑試樣的發(fā)泡能力影響較大，即隨著燒結(jié)溫度增加，氣孔尺寸大小不斷增大。這進(jìn)一步驗(yàn)證了圖4中添加發(fā)泡劑的拋光渣體系坯體坩堝試樣的體積膨脹率變化趨勢(shì)。

圖6 經(jīng)1 160～1 220 ℃燒結(jié)的添加發(fā)泡劑的拋光渣體系發(fā)泡陶瓷試樣的顯微結(jié)構(gòu)Fig.6 Microstructure of foamed ceramic samples of polishing slag system sintered at 1 160 ℃ to 1 220 ℃ with foaming agent

經(jīng)1 180 ℃燒結(jié)的添加發(fā)泡劑的拋光渣體系發(fā)泡陶瓷試樣孔壁的顯微結(jié)構(gòu)如圖7所示。由圖7可知，添加發(fā)泡劑的試樣的氣孔壁上存在較多小氣孔，形成了不均勻的孔結(jié)構(gòu)。這將可能導(dǎo)致發(fā)泡陶瓷試樣的強(qiáng)度降低，進(jìn)一步降低其熱穩(wěn)定性[13]。

圖7 經(jīng)1 180 ℃燒結(jié)的添加發(fā)泡劑的拋光渣體系發(fā)泡陶瓷試樣孔壁的顯微結(jié)構(gòu)Fig.7 Microstructure of pore wall of foamed ceramic of polishing slag system sample sintered at 1 180 ℃ with foaming agent

對(duì)比1 180 ℃燒結(jié)后未添加發(fā)泡劑和添加發(fā)泡劑試樣的氣孔形狀和大小，發(fā)現(xiàn)兩者存在一定的相似之處，即氣孔大小相近，氣孔形狀均為球形。因而可推斷，發(fā)泡陶瓷孔壁上出現(xiàn)的小氣孔形成于拋光渣體系中自身含有的發(fā)泡成分的高溫發(fā)泡作用。盡管拋光渣體系中的發(fā)泡成分和外加發(fā)泡劑均為SiC，但二者的粒度、形貌存在很大差異，使其發(fā)泡能力存在一定區(qū)別，兩種不同的發(fā)泡劑組合在一起，形成了圖7中的顯微結(jié)構(gòu)。因此可以推斷，拋光渣中的發(fā)泡成分有利于提升發(fā)泡陶瓷的發(fā)泡能力，但孔壁含有的氣孔結(jié)構(gòu)可能會(huì)降低其使用性能。

2.4 拋光渣體系發(fā)泡陶瓷的強(qiáng)度

為進(jìn)一步分析氣孔結(jié)構(gòu)對(duì)拋光渣體系發(fā)泡陶瓷性能的影響，對(duì)未加發(fā)泡劑的拋光渣體系發(fā)泡陶瓷試樣進(jìn)行了抗折強(qiáng)度測(cè)試。經(jīng)1 060～1 220 ℃燒結(jié)的未添加發(fā)泡劑的拋光渣體系發(fā)泡陶瓷試樣的抗折強(qiáng)度如圖8所示。由圖8可知，隨著燒結(jié)溫度的升高其抗折強(qiáng)度變化呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。進(jìn)一步分析可知，在燒結(jié)溫度為1 160～1 200 ℃時(shí)，拋光渣體系發(fā)泡陶瓷試樣的抗折強(qiáng)度波動(dòng)不大。但是，從圖5的顯微結(jié)構(gòu)可以看出，此溫度范圍內(nèi)試樣的氣孔尺寸變化較大。這說(shuō)明，通過(guò)拋光渣體系自身在孔壁處產(chǎn)生的球形氣孔并未顯著降低試樣的抗折強(qiáng)度。

圖8 經(jīng)1 060～1 220 ℃燒結(jié)的未添加發(fā)泡劑的拋光渣體系發(fā)泡陶瓷試樣的抗折強(qiáng)度Fig.8 Bending strength of samples without foamingagent formula sintered at 1 060 ℃ to 1 220 ℃

經(jīng)1 160～1 200 ℃燒結(jié)的添加發(fā)泡劑的拋光渣體系發(fā)泡陶瓷試樣的抗壓強(qiáng)度見(jiàn)表2。由表2可知，在燒結(jié)溫度為1 160～1 200 ℃時(shí)，拋光渣體系發(fā)泡陶瓷試樣的抗壓強(qiáng)度也變化不明顯。這是因?yàn)?，加入發(fā)泡劑后，拋光渣體系固相作為發(fā)泡陶瓷的孔壁結(jié)構(gòu)，支撐發(fā)泡陶瓷，決定著發(fā)泡陶瓷強(qiáng)度。上述結(jié)果說(shuō)明，拋光渣體系中的發(fā)泡成分形成的微孔結(jié)構(gòu)使發(fā)泡陶瓷在溫度升高的情況下保持了一定的強(qiáng)度，并未明顯降低發(fā)泡陶瓷試樣的強(qiáng)度。

表2 經(jīng)1 160～1 200 ℃燒結(jié)的添加發(fā)泡劑的拋光渣體系發(fā)泡陶瓷試樣的抗壓強(qiáng)度Table 2 Compressive strength of samples with foaming agent formula sintered at 1 160 ℃ to 1 200 ℃

為進(jìn)一步分析拋光渣體系發(fā)泡陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)對(duì)隔熱性能的影響，本試驗(yàn)選用拋光渣體系工業(yè)配方，以1 180 ℃生產(chǎn)出了發(fā)泡陶瓷，測(cè)試其導(dǎo)熱系數(shù)為λ≤0.065 W/(m·K)，滿(mǎn)足建筑材料對(duì)隔熱性能的要求[14]。氣孔結(jié)構(gòu)對(duì)發(fā)泡陶瓷導(dǎo)熱系數(shù)的影響較為復(fù)雜[15]。當(dāng)氣孔作為分散相時(shí)，發(fā)泡陶瓷材料的導(dǎo)熱系數(shù)可以按照式(4)計(jì)算[16]：

λ=λs(1-p)

(4)

式中：λs為固相的熱導(dǎo)率；p為氣孔所占的體積分?jǐn)?shù)。

通過(guò)顯微結(jié)構(gòu)分析可以看出，拋光渣體系發(fā)泡陶瓷內(nèi)部均為孤立的閉氣孔。由圖6可知，燒結(jié)溫度越高，氣孔率越大，故在1 160～1 200 ℃時(shí)，隨著溫度的升高試樣的導(dǎo)熱系數(shù)不斷降低，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，試樣的強(qiáng)度變化較小。因此，拋光渣體系中的發(fā)泡成分形成的微孔結(jié)構(gòu)使試樣具有一定的強(qiáng)度穩(wěn)定性，同時(shí)使試樣具有較低的熱膨脹系數(shù)。從強(qiáng)度和隔熱性能角度分析，拋光渣體系制備的發(fā)泡陶瓷具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性能。

2.5 拋光渣體系發(fā)泡陶瓷的熱穩(wěn)定性分析

發(fā)泡陶瓷為多孔材料，氣孔率為70%左右，孔徑為0.5～3 mm，氣孔分布不均勻。發(fā)泡陶瓷抵抗熱沖擊的能力較差[17-18]，極易發(fā)生熱沖擊斷裂和熱沖損傷，實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)為[19-20]：(1)耐火極限低(僅為40 min)，這限制了其在防火阻燃領(lǐng)域的應(yīng)用；(2)生產(chǎn)過(guò)程中降溫緩慢，產(chǎn)品生產(chǎn)效率低，能耗大。

為了進(jìn)一步確定拋光渣體系發(fā)泡陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)對(duì)熱穩(wěn)定性能的影響，對(duì)經(jīng)1 180 ℃燒結(jié)的拋光渣體系發(fā)泡陶瓷試樣進(jìn)行了熱穩(wěn)定性測(cè)試，如圖9所示。利用火焰噴槍灼燒發(fā)泡陶瓷，發(fā)現(xiàn)火焰噴射5 min左右后，拋光渣體系發(fā)泡陶瓷出現(xiàn)爆裂現(xiàn)象。對(duì)斷面進(jìn)行拍照觀(guān)察，發(fā)現(xiàn)斷面處的氣孔分布不均勻，說(shuō)明其是導(dǎo)致拋光渣體系發(fā)泡陶瓷熱穩(wěn)定性差的主要原因。

對(duì)拋光渣體系發(fā)泡陶瓷的孔隙特征、導(dǎo)熱性能、強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性能的協(xié)同性進(jìn)行分析，拋光渣體系中的發(fā)泡成分形成的微孔結(jié)構(gòu)使發(fā)泡陶瓷在溫度升高的情況下，保持強(qiáng)度穩(wěn)定，同時(shí)提高了試樣的氣孔率，并降低其導(dǎo)熱系數(shù)，使發(fā)泡陶瓷具有較優(yōu)異的使用性能。但是，拋光渣體系發(fā)泡陶瓷的壁孔結(jié)構(gòu)使氣孔分布極不均勻，降低了發(fā)泡陶瓷的熱穩(wěn)定性和耐火性能。因此，在拋光渣體系發(fā)泡陶瓷的制備過(guò)程中，需進(jìn)一步優(yōu)化拋光渣中發(fā)泡成分，改善氣孔分布，從而制備出高性能的發(fā)泡陶瓷。

圖9 拋光渣體系發(fā)泡陶瓷的熱穩(wěn)定性測(cè)試圖Fig.9 Test chart of thermal stability of foamed ceramics with polishing slag system

3 結(jié) 論

(1)拋光渣自身具備一定的發(fā)泡能力。以其制備發(fā)泡陶瓷時(shí)，未加發(fā)泡劑試樣先收縮后膨脹，最大的線(xiàn)收縮為13.2%(1 120 ℃)，最小的線(xiàn)收縮0.24%(1 220 ℃)。外加SiC發(fā)泡劑顯著提高拋光渣體系發(fā)泡陶瓷試樣的發(fā)泡能力，燒結(jié)溫度為1 120～1 220 ℃時(shí)的線(xiàn)收縮為1.6%～-35.7%。

(2)拋光渣體系發(fā)泡陶瓷的體積膨脹率對(duì)溫度十分敏感，從1 180 ℃增加到1 200 ℃時(shí)，體積膨脹量增加了3倍。拋光渣自身的發(fā)泡成分生成尺寸為10～200 μm(1 160～1 220 ℃)的氣孔，形狀為球形，孔壁間結(jié)構(gòu)致密。外加SiC發(fā)泡劑后，拋光渣體系發(fā)泡陶瓷的氣孔尺寸增加了近10倍。

(3)拋光渣體系氣孔形狀不規(guī)則，孔壁處存在微小氣孔。外加發(fā)泡劑后，拋光渣自身發(fā)泡形成的壁孔結(jié)構(gòu)使發(fā)泡陶瓷氣孔率增加，壁孔結(jié)構(gòu)使發(fā)泡陶瓷強(qiáng)度保持穩(wěn)定，降低了導(dǎo)熱系數(shù)，使發(fā)泡陶瓷具有較優(yōu)異的使用性能。但是，壁孔結(jié)構(gòu)使氣孔分布極不均勻，降低了發(fā)泡陶瓷的熱穩(wěn)定性。