轻质微孔陶瓷的制作工艺与探究

郑钊彬

泉州工艺美术职业学院 福建泉州 362500

1 轻质微孔陶瓷的概述

轻质微孔陶瓷是由硅酸盐构成的创新材料，其生产利用了如贫瘠黏土、废弃矿渣、发电厂的粉煤灰和玻璃厂的废料等环保原料，为环境保护和资源节约提供了新途径。作为一种效率高且可再生的滤料，微孔陶瓷在水处理行业中被视为石英砂的优越替代品，应用它不仅可以显著提升水质处理的效果，还有助于减轻生态污染并降低整体处理的费用。

1.1 轻质微孔陶瓷的市场状况

《2011年中国微孔陶瓷市场分析及投资价值研究报告》基于深入的市场研究，首先梳理了微孔陶瓷业的历史轨迹，并比较了各主要国家的技术与市场进展。进一步地，该报告对国内外微孔陶瓷市场进行了详细比对，针对行业经济表现，重点探讨了销售趋势、企业盈利状况，以及进出口数据与预期。报告还从竞争角度出发，深入分析了行业中各企业的竞争格局、市场的集中程度及在全球的影响力。此外，还系统地探讨了各企业的战略布局，并总结了微孔陶瓷行业的技术进步和市场动态。

1.2 轻质微孔陶瓷的过滤机理

微孔轻质陶瓷是一种特殊的结构陶瓷，其特点是在陶瓷材料内部或外部存在大量的开放或封闭式微孔。这些微孔的平均直径范围在0.50—450μm，气孔率可达45%～60%。其部分表面的比表面积在500～1700m2/g之间，而使用的温度一般不超过600℃。得益于这种结构，其内部形成了巨大的表面，为此，它拥有极高的表面活性，使其在吸附方面表现出色，能有效地过滤水中的细微悬浮物，微小气孔愈多，效果愈明显。

1.3 轻质微孔陶瓷特征

轻质微孔陶瓷是一种耐高温、耐腐蚀的微孔瓷管，主要应用于化工检测仪表及传感器中吸附腐蚀性液体及烟气，香烟过滤嘴中吸附焦油及有害成分。

氧化铝瓷具有耐高温、耐腐蚀、高绝缘、无毒性等四项优良性能，现有的微孔瓷管由于原料配方上的缺陷，很难同时满足并具备以上四项性能要求。

2 轻质微孔陶瓷的制备

2.1 陶瓷原料

陶瓷的基本成分通常来源于硅酸盐矿石、碳酸盐矿石以及特定的氧化物。通过在1250℃的高温下进行烧结，这些材料形成了微孔滤球的稳定结构，确保陶瓷滤球不仅强度高，还具备良好的抗酸和抗腐蚀特性。本次试验的原料大致包含a-氧化铝、苏州土、滑石粉、碳酸钙、碳酸锶、石蜡、二氧化硅等。

2.2 助熔材料

陶瓷的助熔材料起到了关键作用，主要为了减少烧结所需温度，增强液态相，扩展烧结窗口，同时促进晶体的生成和增长，这不仅提升了原料坯体的机械稳固性，还增强了其化学稳定性。在众多助熔材料中，常用的有长石、珍珠岩、滑石、蛇纹石、硅灰石、方解石和白云石等。本次选用的助熔剂主要以滑石为主。

2.3 黏结剂

为了加强球坯的结实度，黏结剂被添加以增加黏连性，常用的黏结剂包括淀粉、石蜡、聚乙烯醇和水玻璃等。在本次实验中主要选择石蜡作为黏结材料。

2.4 制备实验一

按以下配方比例：a-氧化铝93%、苏州土2.5%、滑石粉2.5%、碳酸钙0.5%、碳酸锶0.5%、二氧化硅1.0%，称取矿物原料烘干（温度为80℃左右）冷却后，按5∶1的球料比加入到振动磨中振磨2小时后，将瓷粉粉料放入密封容器中备用，取已磨细的瓷粉料烘热至80℃，然后取料重13%的石蜡加入到搅拌筒中熔化升温至100℃，加入瓷粉料，同时加入料重1.0%的工业油酸，快速搅拌均匀并放出制成蜡饼备用。取蜡饼熔化，经真空搅拌将温度控制在70℃，然后将浆料倒入热压注机料筒内，按事先已做好的模具即可压制出不同的工件蜡坯体。蜡坯体经过1050℃的素烧（35小时），冷却后出窑，经高压空气喷枪清除表面的吸附粉体后，再经过1300℃（20小时）高温烧成。

2.5 制备实验二

按下表配方制备产品，制备方法如以上实验所述。

3 实验结果探究

本实验选用原料是煅烧氧化铝粉，为的就是容易磨细，同时添加苏州土、滑石粉、碳酸钙、碳酸锶、二氧化硅等5种外加剂，经过混磨均匀后大大地降低了瓷件的烧成温度。经过精确的配方设计，使得固相、液相、气相搭配合理，使制成的微孔瓷件不仅微孔分布均匀、机械强度好，同时又不改变氧化铝的以上四项优良的性能。

在烧成上也采用独特的方法，第一次的素烧温度控制在100～1050℃，使得作为黏结剂的蜡排净，微孔初步形成，经过高压空气将工作素坯表面的吸附粉体吹干净后第二次高温烧成，烧成温度为1150～1350℃，使得微孔形成，牢固均匀，整个微孔瓷具有较强的机械强度。

综上所述，本试验通过以含氟a-氧化铝的微孔氧化铝陶瓷材料，对微孔氧化铝陶瓷材料的组织和性能进行了分析测试，气孔率问题、孔径的大小，以及气孔分布对微孔陶瓷各项性能的影响，得出制备微孔氧化铝陶瓷的最佳原料配比和最佳工艺参数，所得结论如下：

1）由气孔率和弯曲强度两方面因素得出8%为最佳粘结剂加入量。随添加剂加入量的增加，微孔氧化铝陶瓷气孔率降低，而加入量为5%时，气孔率变化不大。

2）研究了烧结工艺参数对微孔氧化铝陶瓷显微组织及性能的影响，通过理论分析和试验验证得出，a-氧化铝含量为93%、造孔剂添加量为8%、粘结剂添加量为8%、烧结温度为1350℃时是最优制备方案。