一種輕質(zhì)高強(qiáng)泡沫玻璃的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種輕質(zhì)高強(qiáng)泡沫玻璃的制備方法，可廣泛應(yīng)用于建筑承載與防爆、防震等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
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[0002]泡沫玻璃是一種體積密度小，閉氣孔內(nèi)充滿小氣孔的玻璃質(zhì)材料，具有吸水保溫、隔熱隔音作用，目前已經(jīng)用于熱力管道的保溫，房屋建筑內(nèi)部的輕質(zhì)隔音墻，建筑物的屋面保溫以及污水處理等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]目前國(guó)內(nèi)外用于制備泡沫玻璃普遍采用添加造孔劑發(fā)泡的方法。但是由于造孔劑自身特性及分解產(chǎn)物的作用易形成大尺寸氣孔且易形成連通結(jié)構(gòu)，孔結(jié)構(gòu)大小不一，因而以造孔劑發(fā)泡的傳統(tǒng)方法制備的泡沫玻璃強(qiáng)度較低，性能不穩(wěn)定，使其應(yīng)用范圍受到一定的限制，提高泡沫玻璃抗壓抗折強(qiáng)度，可以使擴(kuò)大該產(chǎn)品應(yīng)用范圍，還可以使產(chǎn)品增值。
[0004]通過(guò)發(fā)泡劑種類(lèi)的選擇和優(yōu)化工藝參數(shù)可有效改善泡沫玻璃材料的微觀結(jié)構(gòu)，使得氣孔參數(shù)更為接近理想狀態(tài)。但是，在高孔隙率下導(dǎo)致材料力學(xué)性能的大幅度降低，同時(shí)由于孔結(jié)構(gòu)的不均勻性、缺陷、孔壁結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布不均勻、及微裂紋，玻璃材料實(shí)際強(qiáng)度值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論計(jì)算值。在制備泡沫玻璃的基礎(chǔ)上，加入氧化鋁纖維、或莫來(lái)石纖維、或高硅玻璃纖維，利用這些耐高溫纖維與玻璃熔體良好的浸潤(rùn)特性和優(yōu)良的剛性，可提高發(fā)泡玻璃的抗壓強(qiáng)度。此外，還可加入少量添加劑使玻璃種析出一定數(shù)量的晶體提高泡沫玻璃的強(qiáng)度。但這些方法導(dǎo)致材料密度增加，且工藝繁雜、材料穩(wěn)定性不高，很難得以廣泛的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有泡沫玻璃力學(xué)性能差的問(wèn)題，提供了一種輕質(zhì)高強(qiáng)泡沫玻璃的制備方法。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0007]一種輕質(zhì)高強(qiáng)泡沫玻璃的制備方法，包括以下步驟:將Pyrex玻璃粉末置于熱等靜壓爐中并通入惰性氣體，在高壓惰性氣體環(huán)境下進(jìn)行兩步燒結(jié):首先在100?200MPa及1100?1300°C條件下保溫I?3h，然后同時(shí)降低惰性氣體壓力和燒結(jié)溫度分別至10?40MPa和800?900°C，保溫5?20min后，快速冷卻至室溫，獲得閉氣孔內(nèi)含高壓氣體的輕質(zhì)高強(qiáng)泡沫玻璃。
[0008]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，惰性氣體為氬氣、氮?dú)饣蚝狻?br>[0009]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，Pyrex玻璃粉末的型號(hào)選用Pyrex7740玻璃粉末、Pyrex7760玻璃粉末、Pyrex 7250玻璃粉末或Pyrex 7070玻璃粉末中的一種。
[0010]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，Pyrex玻璃粉末的粒徑為3-100 μπι。
[0011]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，熱等靜壓爐中從室溫升至燒結(jié)溫度1100?1300°C的升溫速率為100-400°C /h，溫度從1100?1300°C降低至800-900°C的降溫速率為400?600 0C /h，從800-900 °C降至室溫的降溫速度為400-700 °C /h。
[0012]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，氣體壓力從100?200MPa降低至10?40MPa的降壓時(shí)間與溫度從1100?1300°C降低至800-900°C的降溫時(shí)間相同。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的技術(shù)效果:
[0014]本發(fā)明摒棄傳統(tǒng)上普遍采用的造孔劑發(fā)泡方法制備泡沫玻璃，直接采用高溫高壓將大量惰性氣體原子溶解到玻璃中，再在低壓惰性氣氛條件下進(jìn)行熱處理，使惰性氣體原子逸出而形成橢圓形閉氣孔，且閉氣孔內(nèi)含有高壓惰性氣體。這種結(jié)構(gòu)的泡沫玻璃，孔徑尺寸小且分布均勻，閉氣孔內(nèi)填充有高壓惰性氣體。因此，泡沫玻璃具有高的抗壓縮強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和優(yōu)良的隔熱性能。此外，本發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單，易于操作，而且通過(guò)調(diào)控?zé)岬褥o壓壓力可獲得不同氣孔率、不同孔徑尺寸、不同孔內(nèi)氣體壓力的閉孔泡沫玻璃，而且還有高強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
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[0015]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所得閉氣孔內(nèi)含高壓氣體的泡沫玻璃的顯微結(jié)構(gòu)照片?！揪唧w實(shí)施方式】:
[0016]以下結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的實(shí)施并不僅限于此。
[0017]實(shí)施例1:
[0018]稱(chēng)取PyreX7740玻璃粉末20g，放入涂有氮化硼粉末的石墨坩禍中，將石墨坩禍置于熱等靜壓爐中，填充氬氣至lOOMPa，以400°C /h從室溫升至1100°C，并保溫3h，以600°C /h的速率降低溫度至800°C，同時(shí)降低氣體壓力至lOMPa，保溫20min，以600°C /h冷卻至室溫，得到氣孔率為52%的Pyrex泡沫玻璃材料，材料抗壓縮強(qiáng)度為122MPa。
[0019]實(shí)施例2:
[0020]稱(chēng)取Pyrex7250玻璃粉末20g，放入涂有氮化硼粉末的石墨坩禍中，將石墨坩禍置于熱等靜壓爐中，填充氬氣至100MPa，以200°C /h從室溫升至1200°C，并保溫1.5h，以4000C /h的速率降低溫度至850°C，同時(shí)降低氣體壓力至20MPa，保溫15min，以500°C /h冷卻至室溫，得到氣孔率為35%的Pyrex泡沫玻璃材料，材料抗壓縮強(qiáng)度為280MPa。
[0021]實(shí)施例3:
[0022]稱(chēng)取Pyrex7760玻璃粉末20g，放入涂有氮化硼粉末的石墨坩禍中，將石墨坩禍置于熱等靜壓爐中，填充氬氣至200MPa，以300°C /h從室溫升至1300°C，并保溫2h，以500°C /h的速率降低溫度至850°C，同時(shí)降低氣體壓力至30MPa，保溫5min，以700°C /h冷卻至室溫，得到氣孔率為45%的Pyrex泡沫玻璃材料，材料抗壓縮強(qiáng)度為310MPa。
[0023]實(shí)施例4:
[0024]稱(chēng)取Pyrex7070玻璃粉末20g，放入涂有氮化硼粉末的石墨坩禍中，將石墨坩禍置于熱等靜壓爐中，填充氬氣至200MPa，以100°C /h從室溫升至1250°C，并保溫lh，以600°C /h的速率降低溫度至900°C，同時(shí)降低氣體壓力至40MPa，保溫lOmin，以400°C /h冷卻至室溫，得到氣孔率為60%的Pyrex泡沫玻璃材料，材料抗壓縮強(qiáng)度為160MPa。
[0025]實(shí)施例5:
[0026]稱(chēng)取Pyrex7250玻璃粉末20g，放入石墨坩禍中在熱等靜壓爐子中，其工藝參數(shù)與實(shí)施例1相同，最終制得氣孔率為51 %的Pyrex泡沫玻璃材料，材料抗壓縮強(qiáng)度為128MPa。
[0027]實(shí)施例6:
[0028]稱(chēng)取Pyrex7740玻璃粉末20g，放入石墨坩禍中在熱等靜壓爐子中，工藝參數(shù)與實(shí)施例3相同，最終制得氣孔率為42%的Pyrex泡沫玻璃材料，材料抗壓縮強(qiáng)度為298MPa。
[0029]如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例1所得的Pyrex泡沫玻璃材料的顯微結(jié)構(gòu)照片。從附圖中可以看出，本發(fā)明制備的泡沫玻璃由橢圓形閉氣孔組成，孔徑分布較為均勻，且閉氣孔內(nèi)含有較高壓力的惰性氣體。橢圓形閉氣孔內(nèi)的高壓氣體可以大幅度提高Pyrex泡沫玻璃的抗壓縮強(qiáng)度，兼具輕質(zhì)、比強(qiáng)度和優(yōu)良的隔熱性能，同時(shí)可通過(guò)控制熱等靜壓壓力來(lái)調(diào)控氣孔率和孔結(jié)構(gòu)，具備優(yōu)異的材料設(shè)計(jì)靈活性，可廣泛應(yīng)用于建筑承載與防爆、防震等領(lǐng)域。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種輕質(zhì)高強(qiáng)泡沫玻璃的制備方法，其特征在于，包括以下步驟^fPyrex玻璃粉末置于熱等靜壓爐中并通入惰性氣體，在高壓惰性氣體環(huán)境下進(jìn)行兩步燒結(jié):首先在100?200MPa及1100?1300°C條件下保溫I?3h，然后同時(shí)降低惰性氣體壓力和燒結(jié)溫度分別至10?40MPa和800?900°C，保溫5?20min后，快速冷卻至室溫，獲得閉氣孔內(nèi)含高壓氣體的輕質(zhì)高強(qiáng)泡沫玻璃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕質(zhì)高強(qiáng)泡沫玻璃的制備方法，其特征在于，惰性氣體為氬氣、氮?dú)饣蚝狻?br>3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕質(zhì)高強(qiáng)泡沫玻璃的制備方法，其特征在于，Pyrex玻璃粉末的型號(hào)選用Pyrex7740玻璃粉末、Pyrex7760玻璃粉末、Pyrex 7250玻璃粉末或Pyrex7070玻璃粉末中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕質(zhì)高強(qiáng)泡沫玻璃的制備方法，其特征在于，Pyrex玻璃粉末的粒徑為3-100 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕質(zhì)高強(qiáng)泡沫玻璃的制備方法，其特征在于，熱等靜壓爐中從室溫升至燒結(jié)溫度1100?1300°C的升溫速率為100-400°C /h，溫度從1100?13000C降低至800-900°C的降溫速率為400?600°C /h，從800_900°C降至室溫的降溫速度為 400-700 °C /h。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕質(zhì)高強(qiáng)泡沫玻璃的制備方法，其特征在于，氣體壓力從100?200MPa降低至10?40MPa的降壓時(shí)間與溫度從1100?1300°C降低至800-900 °C的降溫時(shí)間相同。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種輕質(zhì)高強(qiáng)泡沫玻璃的制備方法，包括以下步驟：將Pyrex玻璃粉末置于熱等靜壓爐中并通入惰性氣體，在高壓惰性氣體環(huán)境下進(jìn)行兩步燒結(jié)：首先在100～200MPa及1100～1300℃條件下保溫1～3h，然后同時(shí)降低惰性氣體壓力和燒結(jié)溫度分別至10～40MPa和800～900℃，保溫5～20min后，快速冷卻至室溫，獲得閉氣孔內(nèi)含高壓氣體的輕質(zhì)高強(qiáng)泡沫玻璃。本發(fā)明制備的泡沫玻璃具有橢圓形閉氣孔，氣孔率和孔徑大小可控，且閉氣孔內(nèi)含有較高壓力的惰性氣體。閉氣孔內(nèi)的高壓氣體可以提高泡沫玻璃的抗壓縮強(qiáng)度，兼具輕質(zhì)、比剛度高和優(yōu)良的隔熱性能，同時(shí)具備優(yōu)異的材料設(shè)計(jì)性，可廣泛應(yīng)用于建筑承載與防爆、防震等領(lǐng)域。
【IPC分類(lèi)】C03B19-06
【公開(kāi)號(hào)】CN104761129
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510114952
【發(fā)明人】王波, 楊建鋒, 張亞明, 張輝, 張海鴻, 史忠旗
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年3月16日