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泡沫陶瓷范文1
1 前 言
泡沫陶瓷是一种具有三维空间网架结构的高气孔率(80～90%)的多孔陶瓷体,由于其具有质量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀、再生简单及良好的过滤吸附性等优点,被广泛地应用于冶金、化工、轻工、食品、环保、节能等领域[1-3]。目前,泡沫陶瓷的主要制备方法有:有机前驱体浸渍法、发泡反应法、有机填积法、溶胶-凝胶法和凝胶注模法等。而国内泡沫陶瓷生产厂家多采用有机前驱体浸渍法,主要是该制备方法具有工艺简单、操作方便、无需复杂设备等优点[4],但该方法的缺点是难以成形形状复杂的泡沫陶瓷制品。
在有机前驱体浸渍法的工艺过程中,浆料的制备及浆料性能的调整是至关重要的一项工作,也是整个工艺中难度较高的工序。该过程除了要求具备陶瓷浆料的整体均匀性和微域均匀性外,还要求浆料具有尽可能高的固相含量和较好的触变性。
2浆料的制备工艺过程
浆料制备作为泡沫陶瓷浸渍法生产工艺的第一道工序,一向被视为关键工序。浆料性能的好坏直接影响多孔泡沫挂浆的效果,也对保证制品最后的强度、通孔率、体积密度等性能起到重要的作用[5]。下面介绍三种常见的泡沫陶瓷浆料的制备工艺。
2.1 干混工艺
干混工艺是指将粉料按配方称量好,根据先后顺序依次倒入机械混料机中,混料均匀后出料,再按配比加入液相粘结剂,手工搅拌后调成浆料使用。
该工艺的优点是操作简便、设备成本低、能耗小、工人劳动强度低。缺点是混料均匀性差,要求所使用的粉料具有较细的颗粒度,并且浆料具有较高的液相含量;多孔泡沫挂浆效果不好;烧成收缩较大(大于2.0%)。
2.2 湿混工艺
湿混工艺是指将粉料和粘结剂按配方称量,然后倒入机械自动搅拌机内,在规定时间内将浆料搅拌至均匀,并且使浆料具有一定的流动性。
该工艺的优点是操作简便、可较精确地控制浆料稠度、能耗小、工人劳动强度较低。缺点是混料均匀性不太好,不能达到粉体间的微观均匀性,并且要求所使用的粉料具有较细的颗粒分布。
2.3 球磨工艺
球磨工艺是指将所需原材料按配方称量后全部加入球磨机内,球磨至规定时间,浆料出球磨机陈腐一天后使用。
该工艺的优点是浆料均匀性好、具有高的固相含量、浆料触变性好、粉料颗粒要求不是很高。缺点是设备成本较高、能耗相对较大、工人劳动强度高。
3工艺试验和结果分析
分别采用干混、湿混、球磨三种浆料制备工艺进行试验对比,且三种工艺均按同一配方进行试验,配方见表1(氧化铝泡沫陶瓷生产的配方)。
其中,浆料中水的加入量按质量百分数的18～20%加入,可视多孔海绵网孔的大小而定。本次试验所采用的海绵网孔为10ppi(pore per inch,每英寸长度分布的孔数),按含水率18%加入粉料中。
3.1 干混的试验结果
按干混工艺制备浆料,磷酸氢铝按表1的配方比例换算为液体粘结剂,于粉料干混好后再加入,最后通过搅拌制得浆料。结果显示,浆料流动性较差,容易成坨。海绵挂浆效果见图1。从图1可以看出,海绵节点处浆料分布较多,而网线上浆料分布较少,甚至可以看见某些海绵网线出来,表面有轻微堵孔现象,并且上浆重量偏重。
根据以上现象分析,可能干混过程是一个颗粒之间相互交换错位的过程,由于颗粒粒径小,固相之间的混合很容易造成团聚从而使得混合不够均匀。即使搅拌非常充分,也只能达到粉体间的宏观均匀性。液相添加剂的后期加入,仅是固相和液相的简单混合,团聚的颗粒在粘结剂的包裹下更难分离,导致浆料的流动性较差,挂浆效果不够理想。
3.2 湿混的试验结果
按湿混工艺制备浆料,浆料有一定流动性,但触变性不好。海绵挂浆效果见图2。从图2可以看出,海绵挂浆后网线较细,浆料很容易从网孔中渗出,滚压不充分就会导致浆料堵孔。
因为搅拌伴随着液相与固相同时作用,且所用的设备为专业浆料搅拌机,按30kg浆料计算,搅拌时间约为25min,其所制得的浆料有较好的整体均匀性,流动性也较好。但由于粉料之间只有一个推动力作用,微细颗粒之间的团聚无外力作用使之分开,导致微域均匀性差,且浆料触变性不高。
3.3 球磨试验的结果
按球磨工艺制备浆料,浆料具有较好的触变性。海绵挂浆效果见图3。从图3可以明显看出,浆料均匀分布在海绵体内,表面平滑,网线也较粗。
球磨工艺结合了混料和球磨的双重功能,浆料在磨球的作用下不断混合。磨球之间的不断撞击,使得各种细粉原料之间的混合作用成为可能。同时,磨球还使原料中可能存在的粗颗粒细化,使浆料粒度分布均匀,提高浆料触变性,从而改善海绵的挂浆效果,烧成后产品(50mm×50mm×20mm-10ppi)的物理化学性能都较干混和湿混工艺的好,详细见表2。球磨后测得浆料的含水率为16.8%,固相含量得到相应的提高。
4结 论
通过对比干混、湿混及球磨三种工艺的优缺点,对于前驱体浸渍法制备的泡沫陶瓷工艺而言,球磨工艺制备的浆料可以明显改善海绵挂浆效果、提高制品性能,更适宜生产应用。
高的固相含量和粘着性可以保证浆料最大限度地附着在海绵网线上,从而保证产品具有高的抗折(抗压)强度。好的浆料触变性,可以使浆料均匀分布在海绵体内,并且不会出现堵孔现象,而采用球磨工艺就可以较好地达到这种效果。
参考文献
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Study of Slurry Preparation Process for Foam Ceramics
Wang XiaWang Jianxin
(Hangzhou Zhongya Special Refractory Co.,Ltd.FuyangZhejiang 311411)
泡沫陶瓷范文2
关键词:硅微粉;氧化铝;泡沫陶瓷;作用
1前 言
随着陶瓷及耐火材料工业技术的不断进步,各种高技术陶瓷和耐火材料制品对微粉的质量、品种提出了更高的要求。早期研究发现,在生产普通耐火材料时,通过提高基质中细粉的细度可促进制品的烧结,并能改善制品的性能[1]。硅微粉作为使用广泛的一种微粉原料,由于它具有耐温性好、耐酸碱腐蚀、粒度分布可控、高绝缘、低膨胀、化学性能稳定、硬度大等优良性能,被广泛用于特种陶瓷、化工、电子、塑料、高级油漆、橡胶、国防等领域[2]。随着高技术领域的迅猛发展,硅微粉亦将步入新的历史发展时期。
氧化铝泡沫陶瓷主要是由氧化铝细粉、高岭土、钾长石、硅微粉等原料制作而成,随着氧化铝泡沫陶瓷使用越来越广泛,人们对其研究也越来越多。但大多数的研究都集中在生产工艺和产品性能上,对其使用的原料性能研究比较少。作为氧化铝泡沫陶瓷生产使用较多的一种添加辅助料之一,硅微粉的加入起着改善氧化铝泡沫陶瓷制品性能的微妙作用。
2硅微粉的分类
硅微粉是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料,主要成分为SiO2,由于制作工艺的不同,硅微粉的主晶相也有所不同。硅微粉是微粉的一种,而微粉的分类有很多,目前较普遍的分类为微粉、超微粉、极微粒子三种[3],一般应用于陶瓷和耐火材料中的微粉的粒径大多在0.1～10μm之间,而陶瓷和耐火材料工业所用SiO2微粉主要是微米级。
硅微粉按其制作方法可分为以下几类:
(1) 硅灰:或称冷凝硅灰,由铁合金厂气相沉淀而形成;
(2) 粉石英:天然矿物;
(3) 粉碎机磨制的SiO2微粉;
(4) 填料用白炭黑;
(5) 电子工业副产品;
(6) 表面经硅烷偶联化处理的活性SiO2微粉;
(7) 熔融石英微粉。
一般所用的硅微粉中二氧化硅成分含量大于98%,其中性能最佳、应用最广的当属硅灰(铁合金厂及金属硅厂的副产品),由于硅灰的颜色是灰色,尽管其性能相对优越,但氧化铝泡沫陶瓷中很少采用,而在碳化硅泡沫陶瓷中则使用较多。
3硅微粉的性质与应用
不同制作工艺生产的硅微粉品质也不同,按生产工艺可分为:结晶硅微粉、熔融硅微粉、方石英硅微粉和活性硅微粉四种,不同品质的硅微粉其应用范围也有所不同。
3.1 结晶硅微粉
结晶硅微粉是利用高品位的天然石英,通过独特的无铁研磨工艺生产加工而成,其色白、质纯。因其工艺成熟而具有稳定的物理、化学特性及合理、可控的粒度分布。结晶硅微粉可分为高纯度结晶硅微粉、电子级结晶硅微粉及一般填料级结晶硅微粉。结晶硅微粉应用范围较广泛,如金属铸造、陶瓷、硅橡胶、涂料及化工行业等。
3.2 熔融硅微粉
熔融硅微粉是选用优质的天然石英,通过独特处理工艺加工而形成的粉末,通过高温处理,其分子结构排列由有序排列转为无序排列。其色白、纯度较高并具有以下特性:极低的线膨胀系数、良好的电磁辐射性和耐化学腐蚀、稳定的化学特性;合理有序且可控的粒度分布。熔融硅微粉一般应用于高端科技行业,如大规模及超大规模集成电路用塑封料、环氧浇注料及其它化工领域。
3.3 方石英硅微粉
方石英硅微粉是选用优质天然石英,经过高温煅烧后获得的高纯度硅石,经快速冷却改变其晶体结构,再粉碎制得,其主晶相为方石英。由于其稳定的化学性质,合理有序、可控的粒度分布而被广泛应用于陶瓷釉料、橡胶填料等行业。
3.4 活性硅微粉
活性硅微粉通过其独特的工艺,采用硅烷等材料对硅微粉颗粒表面进行改性处理,增强了硅微粉的憎水性能,提高了混合料及填充系统的机械、电子和化学特性,因而活性硅微粉被广泛用于电子、国防科技等行业。
4硅微粉在氧化铝泡沫陶瓷中的作用
硅微粉作为少量添加剂(加入量为1%～10%)加入到氧化铝泡沫陶瓷中,起到改善产品性能和降低生产成本的目的。生产过程中,一般希望采用的硅微粉粒径越细越好、粒度分布越窄越好、白度越高越好。硅微粉的粒径越细,越有利于泡沫陶瓷的烧结,与氧化铝微粉反应在较低温度便可生成莫来石晶相。据文献报道,平均粒径在20μm以下的硅微粉与Al2O3微粉反应,在700℃便可生成莫来石晶相,1200℃可形成稳定的莫来石晶相[4]。硅微粉白度高则生产出的氧化铝泡沫陶瓷颜色好、色差小。
4.1 硅微粉对氧化铝泡沫陶瓷浆料性能的影响
氧化铝泡沫陶瓷的浆料性能直接影响着海绵挂浆的效果,从而对制品的烧结程度与强度、通孔率、体积密度等性能影响很大[5]。硅微粉由于堆积密度小,如果加入太多,将影响浆料的性能。因此应控制加入量,并细化粒度,将其较好地融入浆料中并分散均匀,一般采用的硅微粉粒径为1000～2000目。
4.2 硅微粉对氧化铝泡沫陶瓷产品性能的影响
硅微粉中的游离二氧化硅在高温下与分散氧化铝微粉作用,生成一定量的莫来石晶体,有利于氧化铝泡沫陶瓷机械强度的提高。但硅微粉加入量不宜过多(不超过10%),否则因硅微粉堆积密度小而影响浆料挂浆性能,并且还可能因堆积不紧密而导致烧结产品不够致密。从产品性能来看,过多的莫来石晶体反而会使氧化铝泡沫陶瓷强度下降,硬度也变差。因为莫来石晶体本身的性能并没有氧化铝晶体的性能优越,而少量的莫来石晶体弥散在氧化铝晶体中,则可以起到增强增韧作用,达到改善氧化铝泡沫陶瓷性能的作用。由于形成稳定莫来石晶相的烧结温度约为1200℃,所以一般配料中还加入长石、滑石等助熔添加剂,形成多元共熔体以降低莫来石的形成温度及氧化铝的烧结温度。
5 结 论
通过加入硅微粉,氧化铝泡沫陶瓷的性能得到了一定的改善,生产成本也有所降低。由于加入量小,且颗粒细度大,硅微粉对泡沫陶瓷浆料性能的影响很小。硅微粉对制品性能的影响,主要体现在高温烧结过程中,根据目前的理论及实际试验结果,笔者认为硅微粉对氧化铝泡沫陶瓷的作用有三点:一是通过填隙减少气孔;二是在较低温度下与氧化铝微粉结合较好,封闭部分贯通气孔,从而使制品致密化;三是在高温过程中产生莫来石晶相,弥散到制品中,从而改善制品性能。
参考文献
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瓷,2002,(01)
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泡沫陶瓷范文3
关键词：氧化铝泡沫陶瓷；磷酸二氢铝；性能；制备；机理
1 引言
氧化铝泡沫陶瓷具有的三维网状结构使其被广泛应用于铝及铝合金熔体过滤领域。虽然其在环保、化工、能源、石油、生物陶瓷及催化剂载体等领域也在不断尝试应用，但由于泡沫陶瓷自身强度低、易掉渣、尺寸精度不高等特性，限制了其在诸多领域的推广应用。目前，国内氧化铝泡沫陶瓷过滤板厂家针对的市场领域依然是铝及铝合金熔体过滤，且暂时还未能研究出相关产品取代其市场应用。因此，随着铝及铝合金加工业的精密化发展，氧化铝泡沫陶瓷也将得到进一步的发展与应用。
泡沫陶瓷的制备方法有多种，如发泡法、有机泡沫体浸渍法、溶胶凝胶法等，其中有机泡沫浸渍法具有设备少、制造成本低、工艺过程简单等优点，被广泛应用于泡沫陶瓷生产厂家[1]。泡沫陶瓷是具有三维网状结构的多孔陶瓷体，是以多孔聚氨酯海绵为骨架，经上浆、干燥、烧制等工艺制备而成，去除三维网络结构的有机前驱体，便形成一种开口气孔率高（80～90%）、密度小（0.3～0.5 g/cm3）、比表面积大、压力损失小的网架结构多孔体[2]。磷酸二氢铝因其具有固化温度低、粘结强度高、高温结构稳定等特性，被选作配制泡沫陶瓷浆料粘结剂。针对磷酸铝胶黏剂的制备应用，已经被广泛研究[3-5]。但用作泡沫陶瓷的磷酸二氢铝的相关研究报道却很少，本文主要针对磷酸二氢铝在泡沫陶瓷生产过程中的作用机理进行了探讨研究。
2 磷酸二氢铝性能及制备技术
2.1磷酸二氢铝性能
市场上出售的磷酸二氢铝主要有固体和液体两种状态。固体的磷酸二氢铝易溶于水，在常温下与耐火骨料，硬化剂、水等混合均匀，经90 ～110 °C干燥后便具备较高粘接强度，常用于耐火喷涂料、火泥、浇注料、捣打料、磷酸盐砖。液体的磷酸二氢铝适用于混炼、成型等现场施工，比如铸造平台上的间隙填补，经风干后粘结剂具备较强的耐高温、抗剥离、耐冲刷等性能。考虑到车间生产配方工艺的需求，且磷酸二氢铝多为厂家自制，氧化铝泡沫陶瓷生产厂家多采用液体磷酸二氢铝为粘结剂。
2.2磷酸二氢铝溶液制备技术
泡沫陶瓷生产所需的磷酸二氢铝溶液制备工艺相对简单，制备原料为氢氧化铝、磷酸和水，设备为聚丙烯耐酸反应釜、蒸汽发生器、耐酸自吸泵等。具体配制步骤如下：
（1）将85%浓度的磷酸倒入塑料池内，操作人员需佩戴防护眼镜及手套，防止磷酸腐蚀及溅入眼睛。
（2）开启自吸泵将磷酸抽入反应釜内，通过液面计控制磷酸加入量。
（3）启动反应釜内搅拌棒，加入规定重量自来水至反应釜内，自来水重量可通过数显水位流量计控制。
（4）将蒸汽机上蒸汽管插入反应釜溶液内，开启蒸汽机加热磷酸和水的混合溶液至90℃，加入规定重量氢氧化铝粉料，分多次少量加入，以免结块；然后关闭蒸汽机，盖上反应釜盖子。
（5）待反应完全结束后，即反应釜内为无色澄清溶液，关闭搅拌棒，待反应釜内溶液冷却后，放出磷酸二氢铝溶液。
通过其反应方程式①可知，当P/Al摩尔比为3：1时，可配制出力学性能最好、粘度适中、稳定性好、粘结性强的磷酸二氢铝溶液[6]。再根据磷酸和氢氧化铝的分子量可计算出各自的重量配比，重量比为49：13，为保证磷酸二氢铝转化充分，磷酸重量会适当增加约5%。配制时，加入适当比例的水，将磷酸二氢铝溶液体积密度调为约1.35 g/cm3，再按比例加入泡沫陶瓷浆料配方中。
3H3PO4 + Al（OH）3 = Al（H2PO4）3 + 3H2O ①
3 磷酸二氢铝在氧化铝泡沫陶瓷中的配比
氧化铝泡沫陶瓷浆料配方可分为两个步骤，第一为粉料比例部分，第二为水剂比例部分。粉料比例部分是指将氧化铝粉、高岭土、硅微粉、长石粉、分散剂等按比例称量并混合搅拌均匀。水剂部分是指将配制好的磷酸二氢铝溶液按总重量的25～30%（根据不同网孔海绵的浆料粘稠度需要做出调节），粉料加入磷酸二氢铝溶液后搅拌均匀制成浆料。
为了对比研究磷酸二氢铝在泡沫陶瓷配方中的作用，我们将粉料比例部分的配比确定如下：煅烧α-氧化铝 85%、高岭土7%、硅微粉4%、长石粉3%、分散剂1%，见表1。而磷酸二氢铝溶液（ρ=1.35g/cm3）比例从25 ～30%（该值为配料总重量的百分比）不等，取值为25%、28%、30%三个数值，见表2。
4 磷酸二氢铝在泡沫陶瓷上作用机理
磷酸二氢铝作为氧化铝泡沫陶瓷浆料的稠度调节剂，坯体干燥后的粘结剂以及高温烧成后的产品强度结合剂，其对泡沫陶瓷浆料、坯体、成品等性能都有着重要影响。
4.1磷酸二氢铝对泡沫陶瓷浆料性能影响
以表1的粉料组分为基础配方，加入磷酸二氢铝溶液搅拌均匀调制成浆料，其中磷酸二氢铝溶液的加入量可根据聚氨酯网孔海绵大小作出相应调整，从而达到最佳的挂浆性能。试验结果表明，当磷酸二氢铝密度为1.35 g/cm3时，浆料具有较好的粘性和触变性；聚氨酯网孔海绵孔目越大（即PPI指数越低），需要加入的磷酸二氢铝溶液比例越少，网孔与对应加入量数值见表3。
值得注意的是，刚配制好的陶瓷浆料与放置一天再使用的浆料，其粘性存在较大差异，即放置后的浆料粘性大，生产过程中应根据是否当天使用作出磷酸二氢铝浓度的相应调整。
4.2磷酸二氢铝对泡沫陶瓷坯体干燥后性能影响
上浆好的泡沫陶瓷坯体需经干燥后，再喷浆、烧成。由于坯体需要经过搬运、翻转等操作，要求干燥后坯体具备一定强度。通过试验发现，影响坯体干燥强度主要有两个因素：磷酸二氢铝浓度和干燥制度。
磷酸二氢铝浓度对坯体性能影响表现为：磷酸二氢铝浓度高，干燥后坯体强度高，但同时坯体容易回潮，放置一天后坯体便会出现软化现象；反之浓度低，干燥后坯体强度不高，但不容易回潮。
干燥制度包括干燥温度和干燥时间，对于日常生产而言，大都采用余热热风干燥，干燥温度一般控制在90 ～110℃，干燥时间大于10 h。干燥温度过低，磷酸二氢铝未能表现出分子粘性，坯体强度不够；干燥温度过高，内部聚氨酯海绵粉化，坯体容易脆裂。
4.3磷酸二氢铝对泡沫陶瓷烧结后晶相组成的影响
为了进一步研究氧化铝泡沫陶瓷晶相组成和成分含量，试验采用表1的原料基础配方和表2中2#的磷酸二氢铝加入量（28%）组合，上浆尺寸17英寸（432×432×50 mm）网孔为30 PPI的聚氨酯海绵，再经干燥、喷浆、烧成，制成泡沫陶瓷成品。产品经1180℃烧结后，采用X荧光光谱分析和XRD衍射分析对成品进行成分含量和晶相分析，表4为氧化铝泡沫陶瓷产品成分含量检测结果，图1为氧化铝泡沫陶瓷产品XRD衍射图谱。
从表4可以得出，氧化铝泡沫陶瓷主要成分为Al2O3 、P2O5 和SiO2，三者约占97%。由于经1180℃高温烧成，这些成分并不是以单独氧化物存在，而是以晶相形式存在，这样可较好避免铝液过滤过程中有氧化物渗出而污染铝液。
图1为氧化铝泡沫陶瓷XRD衍射图谱，图谱显示产品主晶相主要为α- Al2O3和AlPO4，其中α- Al2O3为刚玉相，含量约75%；AlPO4晶型为稳定的三斜晶系正磷酸铝，含量约22%。另外，还有少量（约3%）石英相的SiO2。XRD衍射图谱表明，未能发现莫来石晶相。原因是由于烧结温度偏低，没有形成莫来石晶相，这也导致泡沫陶瓷产品强度较差。实际上，泡沫陶瓷产品的强度主要靠高温下形成的三斜晶系磷酸铝的粘结力提供，而磷酸铝粘结力又是由Al-O-P-O-Al 稳定链接的无机大分子结构提供。
5 结语
通过试验结果表明，磷酸二氢铝溶液在氧化铝泡沫陶瓷生产中主要起到三大作用：
（1）作为粘结剂，当磷酸二氢铝密度为1.35g/cm3时，浆料具有较好的粘性和触变性。同时，随着磷酸二氢铝溶液含量增加，上浆的海绵网孔变小（孔目数值越大）。
（2）磷酸二氢铝溶液浓度越大，干燥后坯体强度越高，但坯体也越容易回潮。反之，磷酸二氢铝溶液浓度越低，干燥后坯体强度越低，但不易回潮。
（3）经过1180℃高温烧结后，磷酸二氢铝转化为磷酸铝，使得产品具有一定强度。氧化铝泡沫陶瓷产品主要呈现刚玉、AlPO4三斜和少量石英晶相，产品强度主要依靠磷酸二氢铝高温生成磷酸铝Al-O-P-O-Al间的结合力提供，产品强度不高。为此，建议将烧成温度提高至1250℃以上，生成高强度的莫来石晶相来改善产品强度。
参考文献
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泡沫陶瓷范文4
关键词：陶瓷；太阳能；；建筑；房顶；优势
1 陶瓷太阳能房顶符合建筑发展的要求
国家标准GB50364―2005“民用建筑太阳能热水系统应用技术规范”提出：“当前太阳能热水器的设计、生产与建筑脱节，太阳能热水器产品往往自成系统，作为后置设备在建筑上安装和使用，即便是新建建筑物考虑了太阳能热水器，也是简单的叠加安装，必然对本来是完整的建筑形象和构件造成一定程度的损害。同时，其设置位置和管线布置也难以与建筑平面功能及空间布局相协调，安全性也受到影响。太阳能热水系统与建筑结合，就是把太阳能热水系统产品作为建筑构件安装，使其与建筑有机结合。需要从建筑设计开始，考虑设计、安装太阳能热水系统，包括：外观上的协调、结构集成、布局和管线系统等。”
目前，有人大胆设想，将制造太阳能热水系统放在建造好的房顶上，还不如将整座房顶一次建造成与建筑一体化，使其具有传统房顶一样的功能、造价与传统建筑相当、主要部件寿命与建筑相当，同时具有收集阳光功能的陶瓷太阳能房顶。
陶瓷太阳能房顶采用中空黑瓷复合陶瓷太阳板为太阳能集热体，黑瓷复合陶瓷太阳板以普通陶瓷为基体，立体网状钒钛黑瓷为表面层，两者经1200℃以上高温烧结后获得较好的瓷质制品，也称作复合陶瓷太阳板，简称陶瓷太阳板。
2 陶瓷太阳能房顶与传统瓦片房顶的材质比较
传统两面坡或四面坡瓦片房顶由三角形空间、屋面板（结构层）、下找平层、下防水层、保温层、细石混凝土钢筋网找平层（上找平层、持钉层）、顺水条、挂瓦条、平瓦（上防水层）、正脊、斜脊、天沟、挑檐、檐口封边瓦、檐口挡箅、檐口通风条等构成，其结构复杂，有一定的湿法施工工程量。
陶瓷太阳能房顶由一面坡屋面板、混凝土边框、下找平层、下防水层、带锚桩件的刚性垫板、保温层、陶瓷太阳板、硅橡胶连接短管、上下汇集管、快接件、空气层、钢化玻璃板（上防水层）等构成，并采用干法施工工艺，一般称作刚性垫板锚桩支撑结构陶瓷太阳能房顶。
传统瓦片房顶以两面坡或四面坡屋面板为结构层；陶瓷太阳能房顶以一面坡屋面板为结构层。传统房顶采用聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯泡沫板、酚醛树脂泡沫板或者现浇珍珠岩水泥作为保温层；陶瓷太阳能房顶一般采用聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯泡沫板、酚醛树脂泡沫板作为保温层。传统房顶与陶瓷太阳能房顶都采用防水卷材作为下防水层，传统房顶采用脊瓦、平瓦、封边瓦等作为上防水层；陶瓷太阳能房顶采用钢化玻璃板作为上防水层，称作与原房顶共用防水层。玻璃板之间用不锈钢S钩固定，玻璃板与混凝土边框用不锈钢直角钩固定，硅酮胶密封。
陶瓷太阳能房顶与原房顶共用结构层、保温层、防水层，需与建筑同时设计。同时，施工安装，不论外观还是整体上都能同建筑与周围环境协调、风格统一、安全可靠、性能稳定、布局合理，是兼具太阳能热水系统功能的太阳能房顶。太阳能热水系统产品与建筑有机地结合为一个整体，实现了太阳能热水系统与建筑结构一体化。
3 陶瓷太阳能房顶与传统瓦片房顶的区别
陶瓷太阳能房顶与传统瓦片房顶的区别在于，传统房顶结构比较复杂，采用湿法施工工艺，工程量较大。陶瓷太阳能房顶结构相对简单，一面坡陶瓷太阳能房顶的北面高于传统两面坡或四面坡瓦片房顶，需要增加部分墙壁，独立住宅一般需要单独水箱、控制器、水泵等。并采用干法施工工艺，工程量较小。
传统房顶夏季晴天上午10点至下午4点房顶温度长时间达到70℃左右，整座房顶成为蓄热体，到下半夜房顶仍然在散热，冬天传统房顶是大面积的散热面，所以多数房顶有三角形空间用于进一步保温、隔热。陶瓷太阳能房顶夏天进入房顶的起始水温是20℃左右，至下午4点左右加热的目标是50～60℃生活热水，并且达到预期温度的热水全部自动进入保温水箱，房顶中没有水，房顶蓄热大幅度减少。冬天房顶吸热，从根本上提高了房顶的隔热、保温效果，钢化玻璃板搭接固定密封，陶瓷太阳能房顶的隔热、保温、防水、防风性能明显优于普通房顶，可以将三角形空间转化为有效的居住面积，转化为北屋和储物间。笔者在山东省巨野县核桃园镇吴平坊村采用陶瓷太阳能房顶的新农村建设中，将每户三角形空间转化为40m2北屋和26m2斜坡储物间，增加建筑面积的价值超过增加墙壁和太阳能热水系统的费用，使单位建筑面积造价下降，建筑物明显增值。这种增值在别墅和城市建筑中效果更显著。
目前，农村建筑通常不按照建筑标准建造房顶，多是在下防水层上铺水泥层，在水泥层上直接贴粘土瓦，房顶的造价与性能都大幅度下降，笔者在山东省巨野县核桃园镇吴平坊村采用陶瓷太阳能房顶的新农村建设中就是在此基础上改设计为陶瓷太阳能房顶，现在初步核算，由于增加了建筑面积，每平方米造价可以低于原设计造价，使建筑增值，实现了陶瓷太阳能集热系统与建筑成本一体化。这也是陶瓷太阳能房顶受到当地居民、干部欢迎的主要原因之一。
陶瓷太阳能房顶使整座房顶成为具有了提供能量、保温、隔热、防水、防风性能优良的房顶。另外，还增加了房顶的使用价值。
4 陶瓷太阳能房顶的应用优势
陶瓷太阳板效率高、寿命长、无毒、无害、无放射性、不腐蚀、不老化、不衰减、阳光吸收比0.94，是全瓷质太阳能集热体，属于新型建材。而保温材料、刚性垫板、钢化玻璃是传统建材，可以实现陶瓷太阳能房顶的主要部件与建筑寿命一体化。
目前，陶瓷太阳能房顶采用两种保温材料，一种是单层酚醛树脂泡沫板；另一种下层是聚苯乙烯挤塑板，上层是聚氨酯泡沫板，都属于常用的建筑材料。锚桩结构组件可以调整高度，陶瓷太阳能房顶内十分干燥，从使用几年后的效果看，镀锌螺栓组件没有发现任何生锈的迹象。陶瓷太阳板是中空陶瓷板，陶瓷太阳板之间热水的流通采用专门定制的进口材料的硅橡胶管，连续五年使用没有发现明显老化现象，近期建造的陶瓷太阳能房顶的硅橡胶管上面加盖了镀锌铁皮，以阻挡阳光直接照射。陶瓷太阳能房顶及建筑内使用的管道采用薄壁不锈钢管，连接件采用铸铁快接件，铸铁快接件内原橡胶密封圈全部换为专门定制的硅橡胶密封圈，原铁垫圈不适用于薄壁不锈钢管，将全部换为专用的铁垫圈。
陶瓷太阳能房顶已经试用、使用数年时间，从理论上说，陶瓷太阳板可以与建筑同寿命，陶瓷太阳能房顶主要部件是常用的建筑材料，可以实现与建筑寿命一体化。陶瓷太阳能房顶是一种设备，也是建筑的一部分，与普通设备、房顶一样，也需要必要的维护、维修。
5 陶瓷太阳能房顶的主要用途
房顶是离人类最近，最容易获得阳光的场所，陶瓷太阳能房顶可以使阳光利用最大化，可以为各种建筑提供热水、取暖、空调；充分利用可再生能源，为节能减排，减少雾霾天气作贡献；降低建筑和相关设备建设成本、降低了建筑物运行成本。
目前主要可以为独立住宅，即农居、别墅、城乡结合部的独户住宅等提供部分冬天取暖的热能、全年生活热水；为厂矿企业的车间、仓库、办公楼及养殖业等提供部分冬天取暖、全年生活热水；为城市住宅楼、公共建筑、服务业、学校、机关、宾馆、饭店、游泳池等提供部分或全部热水。
我国北方农村地区，冬天主要依靠烧煤取暖，白天室温大多在12℃左右，夜间封炉室温下降，24h平均室温10℃左右或以下。我国北方地区独立住宅的陶瓷太阳能房顶一般可以为相同面积的普通房间提供50%左右的取暖能量，也可以为少量房间提供更高比例的取暖能量，目前北方农村家庭多为1-2间房间取暖。
陶瓷太阳能房顶应该使房顶阳光利用最大化，尽量采用全面积陶瓷太阳能房顶，如20层住宅楼，电梯间放在北面，户均建筑面积100m2，垂直20户共同拥有房顶面积100m2左右，斜面大于平面，户均陶瓷太阳能房顶采光面积可以达到5m2左右。即便考虑到房顶至一层的主热水管道恒温循环消耗，户均有效采光面积的实际效果也可以达到4m2左右。考虑到传统普通单台太阳能热水器采光面积一般是2m2左右，所以陶瓷太阳能房顶应该可以提供20层住宅楼住户生活热水。
调整单位面积加热水量，如济南地区每平方米加热30L水量，夏季晴天陶瓷太阳能房顶水温可以达到100℃，根据记录，2013年夏季49天水温达到100℃，每天可以维持1～4h，大量能量和水资源转化为蒸汽。温水型溴化锂吸收式制冷机可以将75℃以上热水转换为8～10℃冷水，风机盘管可以将冷水转换为冷风，提供空调制冷，小型温水型溴化锂吸收式制冷机价格过高，而制冷机的功率与价格不是同比例增加，如目前10千瓦近10万元，100千瓦约23万元，400千瓦约34万元，800千瓦约45万元。一般新农村、有的公共建筑、工厂建筑的建筑密度比较高，夏天采用联户或联栋的方式，大面积陶瓷太阳能房顶可以提供大量热水，可以采用大功率制冷机向各户或各栋建筑的风机盘管提供制冷冷水，比如对数百户新农村社区每户提供2千瓦的制冷能量，户均投资额1万元以下可能是今后的努力方向，公共建筑、工厂建筑可以用这种方式向部分建筑提供制冷能量，这种方式的本质是集中式空调。陶瓷太阳能房顶空调利用的开发可能为夏天过剩的热水和能量找到利用途径。
泡沫陶瓷范文5
关键词：废弃CRT；生产建筑；铅玻璃
随着电子业的发展，电子废弃物的处理也成为一个亟待解决的问题，电子行业涉及的科目是比较多的，如国家的政策法规、环境保护、资源利用、工艺技术等方面，学科间的相连性和交叉性扩大了系统的规模。为了保护环境，必须合理的解决电子废弃物的问题，其中，从整体来看，目前最受欢迎的方法是对资源进行再利用处理。例如将一些废弃的不用的阴极射线管（CRT）玻璃应用到建筑行业。这些环保的资源再利用措施已经得到了国内外的肯定。
1、废弃玻璃建材资源化的必要性
处理废弃CRT玻璃的方法只有两种，即闭环循环（closed-loop recy-cling）和开环循环（open-loop recycling），如图1所示。其中闭环循环一种封闭的不浪费资源的循环方式，一般这种CRT材料在经过简单的处理后仍然要回到生产过程中，还可以利用废弃的材料制出新的玻壳；开环循环其实并非是生产材料在本生产流程中的循环，而是将这些废弃的CRT投入到其他工业中，例如冶金工业、建筑行业等。这里提到的废弃玻璃建材的资源化是一种开环循环，即使处理废弃CRT玻璃的方式多种多样，但是还要根据具体情况进行具体选择，因为这对废弃CRT玻璃的再利用方式存在一定的制约性。一般采用闭环循环方式进行废弃玻璃的处理的情况是处理公司和CRT玻壳厂距离比较近，可以降低运输上的资金使用，然而从整体来看，由于玻壳制造业正在逐渐垄断，“闭环循环”方式逐渐不受用，因为从运输成本、运输距离等角度来看，存在很大的资源浪费。因此必须利用“开环循环”方式进行建材的资源化处理。随着2005年平板显示器逐渐受到广大群众的喜爱，传统的CRT的产品逐渐失去了市场的竞争力，无论是产量还是销量都受到巨大的冲击，CRT玻壳厂的经营战略受到很大的影响，有的无法持续经营，有的已经濒临破产，因此，从整体来看，如果采用“闭环循环”方法来处理废弃CRT玻璃，是不太有发展前途的，所以，必须进行“开环循环”的方法进行建材资源的再利用。
2、含铅玻璃与无铅玻璃的区别对待问题
处理废弃CRT玻璃进行资源的再利用首先就要将含铅玻璃和无铅玻璃区分开发，以便进行进一步的加工。通常黑白CRT玻壳是一种均质的材料，其中的钡、锶、锆等金属可以起到吸收各种射线的作用，然而彩色CRT玻壳的内部组成部分是不同的，通常玻璃屏中含铅量在0%～4%之间，但是相对的玻璃锥和玻璃管颈含量一般在24%左右，玻璃焊料的含铅量最大，超过70%。目前，科技的发展，也使得黑白电视机逐渐被淘汰，彩色电视机逐渐被大众所接受，所以如今的研究对象主要是废弃的彩色CRT玻璃中，因为它的铅含量比较高。铅对环境的破坏是潜在的，是一种长久的污染，因为它主要体现在土壤恶化、水体破坏、大气污染等方面，由于铅是废弃CRT玻璃中重要的金属物质，但是其中的有色金属也是一方面，也要进行相应的利用和处理。通常，人们只重视铅的破坏性，而忽略了它也是一种重要的资源，不仅可以制造各种工艺，还可以提高产成品的价值。从国际市场来看，有色金属逐渐成为市场的主角，它的价格从每吨四、五千元已经飞涨到了每吨二万元左右，有色金属的经济价值逐渐被人们挖掘出来，废弃的CRT玻璃已经变成了一种可再生的“资源”。如果利用废弃CRT玻璃生产泡沫玻璃、玻璃陶瓷等建材产品，一定要将工艺技术能力、环境的安全性、资源的利用性和生产成本等内容考虑在内，其中要保证环境不遭到破坏，必须将废弃CRT玻璃中的有毒有害物质降低到最少，这样才能保证材料的价值大于危害，通常我们衡量产品的危害性的程度是利用国家的统一标准，即利用以含铅CRT玻璃制造的产品中铅的浸出率来判断的，而且还要将该产品在人们心中的环境友好程度考虑在内。“资源的利用性”是充分将材料的优缺点展现出来，例如利用无铅的屏玻璃良好的光学性能进行高档的玻璃工艺品的生产，利用含铅的锥玻璃进行一般的建筑材料。“生产成本”是在成本一定的情况下，提高产品的市场价值。一般要占有绝对的市场，产品必须要具有环境友好性、生产技术强、成本较低、性价比高的特点，废弃CRT玻璃的价值是值得开发的，作为建筑行业的重要材料必须要进行各种实验，保证材料的资源化利用。
3、CRT玻璃建材制品生产
利用废弃CRT玻璃进行建筑材料的生产也有一定的技术标准要遵守，如下面的表1所示就是某一企业的技术标准。从表中可以得到如下结论：研究数据一在体积密度方面远远超过了行业标准，“导热系数”也没有进行具体的实验进行详细的测定，相对于已存在的技术标准和产品功能有很大的差距，缺乏正确的指导性。然而，研究数据二则表明它的技术标准和产品和行业标准有很好的兼容性，衔接性好。
3.1 泡沫玻璃的应用
含铅CRT玻璃对生产泡沫玻璃是否有促进作用？基于铅的环境污染性，如果在生产泡沫玻璃中加入铅的成分，不仅会影响泡沫玻璃的体积密度、导热系数还会对环境产生一定的负影响。一般含铅量比较少的屏玻璃和锥颈玻璃的密度分别在2.7g/cm3和3.0 g/cm3左右，同样的生产工序，含铅的泡沫玻璃的体积密度更大，这就使得这种玻璃和标准的差距更大。表1中显示研究数据一的体积密度是比较大的，这可能是因为发泡程度不足和含铅较多导致的，而且，如果泡沫玻璃中铅的含量过多还会增加玻璃的导热性能，随着氧化铅的挥发，不仅影响职工的身体还会造成玻璃的变质，出现重金属浸出问题等，这些不良的危害都是该产品的副作用，不仅破坏了环境也不利于泡沫玻璃的利用。所以，目前这种含铅的泡沫玻璃已经受到了限制，如果必须使用这种玻璃才能完成建筑任务，那么一定要衡量好泡沫玻璃的价值和危害，在环境污染降低到最小的情况下，利用一定的技术进行约束和限定。无论是环境方面还是技术方面，笔者都不建议将这种有害的含铅玻璃投入到建筑行业中。
3.2 玻璃陶瓷
在粘土烧结制品中掺入少量的废弃CRT屏玻璃（5-10w%t），则CRT玻璃在烧结过程中主要起助熔剂作用，不但可降低烧结温度，节约燃料，降低生产成本，而且能同时改善制品性能。当掺量较大时，则主要形成玻璃陶瓷。有报导采用屏玻璃和锥玻璃分别与铝土和石灰石混合烧结以制备玻璃陶瓷的研究。首先将一定比例的混合物料加热至1500℃形成玻璃陶瓷，然后空气冷却并在900-1100℃保温0.5-8h，以促进玻璃陶瓷的结晶。
泡沫陶瓷范文6
陶瓷作为一种传统材料在建筑建造中一直都占有着一席之地，尤其被很多拉丁裔建筑师广泛应用。像众所周知的高迪，在美国和西班牙都有很多建成作品的RafaeI Guastavino，以及同时擅长用砖和陶瓷砖的乌拉圭建筑师Eladio Dieste（图1）。陶瓷砖在建造薄壳结构时拥有轻质、美观的特性，是传统砖无法比拟的，作为同时能够满足结构和装饰的材料，陶瓷是独一无二的。
我们的队伍是由我和另外两个来自阿根廷的建筑师组成的。阿根廷裔建筑师对于建构无比痴迷，尤其是对高新科技并无依赖的壳结构建造，一方面是因为阿根廷本土的工业不够发达，另一方面是文化的传承。这也定下了这个项目的初始基调：用陶瓷做壳结构。
但如果仅仅是重新建造一个陶瓷壳结构是远远不够的，或者说是无法激起我们的兴趣的。所以我们重新审视了传统壳结构的弊端以及在先进社会不再流行的原因：经验丰富的建筑工匠的缺失以及人力的昂贵。以此为出发点，我们提出了数字分析结构、细分以及机器建造的概念，这就让整个项目非常完整而又新颖地组织起来了（图2）。
整个研究分为两个主要方向：建构和数字控制。而建构又被分为由上而下和由下而上两种研究方式。前一种是从壳结构整体出发对形体细分与装配策略进行探索，后一种是从烧制的陶瓷单体出发，研究其搭建逻辑和几何形体限制。而数字控制方面又包括找形、细分优化、板块细分、机器建造模子以及机器装配（图3）。
作为课程设计，陶瓷单体最初的做法是浇铸。首先将制造好的木头单体模型用石膏进行一次翻模，然后灌入陶土，待浇筑完毕，再经过二次烧制和一次烧釉得成。在结课后的持续研究中，我们已经把整个制作方法改为机器压制，这样一方面提高了工作效率，另一方面也增加了单体的几何精确度（图4）。
单体的设计由等边三角形发展，采取两种不同的剖面形状，两者边缘互相重叠，一高一低。这样做的目的是为了使壳体的结构加强部分（水泥和钢筋）只存在于两单体交叠后产生的中间凹槽中（图5）。而壳结构内部则是连续的陶瓷细分曲面。由此得出的建造逻辑（图6）由低到高为：1）机器切割的建造支撑模子；2）精确机器定位的单体；3）位于单体中间的钢筋；4）第一层混凝土；5）第二层钢筋与混凝土（最后的第二层混凝土已经在后期的研究中经过结构优化而取消）。当然壳结构的建造中一个非常关键的步骤就是现场装配，现实中常常因为运输、空间、设备的限制而无法进行。所以在此项目中我们对整体的壳结构进行了再一次大尺度的细分，细分的目的是为了让每个单块都在可操作的范围内，通过在现场安装好单个体块之后再在块与块的缝隙中浇筑混凝土来完成装配（图7）。
除了对于材料和建造的研究外，数字计算贯穿了整个设计。计算机的利用无疑提高了我们的工作效率，也让我们有更多的方式来体验和预实现我们的早期设计与后期更改。同时通过计算来控制建造设计流程，也让整个项目与早期其他陶瓷建造项目区分开来，做到更精确、更多元和更迅速。作为全部数字流程中的第一步，找形为后来的所有研究定下了基调，像之前提到的，我们所有的陶瓷单体都是通过一个模子浇筑而成的等边三角形。为了降低成本，增加精确度，在找形的过程中每个单体三角形的边长形变就成了最重要的影响因素。不同于传统的最小曲面模拟（纯压力曲面），我们从平面布置好的等边三角形出发进行模拟，得出最优曲面后再对所有边长的长度差进行最小优化（图8），经过一系列的优化后使每个单体的形变都在最终制作单体的接受范围之内。
在传统的壳结构建造过程中，支撑模子一直都是一大难题，从脚手架到EladioDieste的可重复使用的木质支撑再到LeCobusier在PhilipsPavilion建造时用到的沙模支撑，每种都各有优缺点。作为整个研究的重要组成部分，我们也提出并实验了几种不同支撑模子，有别于前人研究的地方在于，不论是高密度泡沫、砂子还是钢柱矩阵（图9），都是通过机器臂来操作完成的。基于电脑模型生成的编码传入到机器臂，并换取不同的机器“头”来达成不同的任务，像切砂子、泡沫用到的CNC钻头和推动钢柱矩阵用到的自制机器铝针。机器的精准让我们能把模子的误差控制在毫米范围内，也避免了支撑模子的粗糙带来的各种建造装配难题。最终的建造模子方案经过对成本与效率各方面权衡而采用了可回收并反复利用的高密度泡沫。
机器协助建造的最后一步是装配，由于每个陶瓷单体定位的误差会对后面的建造产生巨大的影响，这一步的精确度就显得尤为重要。而数字控制机器臂的使用帮助我们达成了目标。图10显示的装配流程为：先定位摆放位于图中深色三角形上的单体（边沿低的单体），之后再摆放边沿高的单体也就是在图中浅色的三角形的位置，而这里的机器“头”又换成了吸盘。这种装配策略的优势会在大规模的工厂生产中得到更好的体现，这也是我们在课程设计中一直想达到的目标：建立一套合理有效并精确的工业生产流程，为之后的持续研究做最大限度的准备。