摘 要

发泡陶瓷作为一种新型的环保节能材料，其在建筑，航天等众多领域有着广泛的应用。但不同于普通陶瓷，气孔的存在使其强度大幅度降低，在很多领域不能满足应用的强度要求。

本文通过调节陶瓷组分中添加物ZrO₂和CaO等的含量的方法，探讨了发泡陶瓷孔隙率、孔径、晶相含量和晶相等对发泡陶瓷强度的影响。

结果表明：ZrO₂添加量为1%时，可提高发泡陶瓷抗压强度，但再提高添加量对发泡陶瓷强度无助益；添加少量CaO使总量在4%左右可增强发泡陶瓷强度，且发泡陶瓷的容重，吸水率等无明显变化；继续提高添加量时，发泡效果会突然变差，难以满足发泡陶瓷热学性能要求。类似于CaO，MgO总含量在4%左右时发泡陶瓷强度好。发泡陶瓷气孔孔径越小，孔型越规则，越接近圆形，强度越高。发泡陶瓷物相中强度高的物相含量越高，其本身强度越高。

关键词：发泡陶瓷 气孔率 孔径 强度

Abstract

As a new type of environmentally friendly energy-saving materials, foaming ceramic has been widely used in many fields including construction, aerospace and so on.Unlike ordinary ceramics, there is a significant reduction in its strength because of the existence of pores, so it can not meet the strength requirements in many fields of application.

By adjusting the content of the ceramic component : ZrO₂ and CaO, discussing the effect of foam porosity, pore size, crystal phase content and crystalline to the strength of foameing ceramic .

The results showe that: when the ZrO₂ added in in an amount of 1%, the compressive strength of the foaming ceramic can be improved, but continue to increase the amount of ZrO₂ do no good to the strength ; Adding a small amount to make the total CaO 4% can enhance the strength of the ceramic foam, and at the same time has little influence on the density, water absorption; While continuing to improve the amount, ceramic will suddenly foam badly, and difficult to meet the thermal performance requirements. Similar to CaO。when the total amount of MgO is about 4%, the strength of foaming ceramic is high. The smaller the pore size, more regular the pore shape, the higher will be the intensity. The more phrase with high strength the ceramic contains, the higher its own strength can be.

Key Words: Foaming Cerammics Porosity Ratio Pore Diameter Intensity

目 录

1绪论 1

1.1研究背景 1

1.2发泡陶瓷概述及发展现状 2

1.2.1发泡陶瓷概述 2

1.2.2发泡陶瓷的制备方法简述 2

1.3发泡陶瓷的应用和研究现状 3

1.3.1发泡陶瓷应用情况 3

1.3.2发泡陶瓷面临的主要问题 4

1.3.3改进发泡陶瓷强度的途径 4

1.4研究主要任务和意义 5

2发泡陶瓷的制备与性能表征 7

2.1实验原料 7

2.2实验设备 7

2.3实验流程 7

2.4试样性能表征 8

3实验结果与讨论 10

3.1氧化锆含量对发泡陶瓷强度的影响 10

3.2 氧化钙含量对发泡陶瓷强度的影响 12

3.4氧化镁含量对发泡陶瓷强度的影响 16

3.5气孔孔径，孔型对发泡陶瓷强度的影响 17

结 论 19

参考文献 20

致 谢 21

1绪论

1.1研究背景

21世纪全球经济发展迅速，人口大幅度增加，随之带来了能源消耗量的大幅增加。根据美国信息署的数据，全球一次能源消费量在1990到2010年年均增速为1.96%，达12865.89Mtoe（百万吨油当量），与能源相关的CO₂排放量年增速为1.92%，达332.67亿吨。此外，根据国际能源署的预测，一直到2035年，全球能源消耗量都会一直呈增长趋势，届时增速相比目前将达30%，CO₂排放增速将达20%，能源紧张问题严重。

在一次能源消费中，建筑用能占比达20%～40%，某些发达地区甚至更高，联合国政府间气候变化专门委员会指出，到2025年，所有减排部门中潜力最高的全球建筑领域每年可形成50亿吨CO₂当量的减排潜力。在2009年的哥本哈根世界气候大会上，中国政府提出了“4045”减排目标，即到2020年二氧化碳排放量比2005年下降40%-45%。而在2009年，建筑能耗占全社会能源消耗总量的23.39%，达到了7.17亿吨标准煤，预测到2030年，建筑总能耗将增加一倍以上。面对此如此严峻的形势，2012年5月，住房和城乡建设部颁布了《“十二五”建筑节能专项规划》条例，这意味着国家将会在以后的见这种大理推进节能建筑的建设和推广。^[1]

建筑材料是建筑的重要物质基础，因此发展节能建筑材料是建筑节能的基础。使用节能建筑材料建筑居民建筑，不仅能有效减少建筑能耗，还能在一定程度上改善居民生活环境。^[2]泡沫塑料类有机保温隔热材料是目前使用最广泛的一种保温材料，现在应用的主要是聚氨酯泡沫塑料和聚苯乙烯泡沫塑料两种，二者都具有质轻，热导率低等优点。但它的缺点不足也随着它的广泛应用而更加明显，尤其是其防火性能和灾后对人体的上伤害事故频发，有机保温材料对燃保温性能卓越，但安全性能却很差，这两个矛盾在建筑材料另一种日益突出。^[3]而无机保温材料却能兼具保温性能和安全性能。无机材料不燃，防火，耐老化，而发泡陶瓷作为一种新型建筑材料，其空的存在又赋予了它热传导率低，吸水率低，耐候性能好等优良特性，应用广泛。比如，其颗粒状发泡陶粒可作为轻质，不吸水材料添加到混凝土制品中，制作混凝土保温砂浆；^[4]利用整体发泡烧制的发泡陶瓷保温板导热系数可达0.05W/（m·K），蓄热系数可达0.6W/（m²·K），已经与传统的有机隔热保温材料不相上下。而抗压强度在2.0MPa以上，远高于有机材料。此外，由于其耐老化，不燃等优点，使用安全性大大提高。数据显示，以陶瓷保温板做保温层时，厚度再30至35mm之间时，在夏热冬冷地区可实现50%的节能效果，厚度在35至40mm之间时，最多可实现60%的节能效果。

1.2发泡陶瓷概述及发展现状

1.2.1发泡陶瓷概述

发泡陶瓷是一种类似于泡沫，具有多孔结构的陶瓷制品。发泡陶瓷是在普通多孔陶瓷、蜂窝多孔陶瓷的基础之上发展起来的第三代多孔陶瓷制品。发泡陶瓷具有三维孔结构，其形状、孔尺寸、渗透性、等各种物理性能及化学性能均可通过改变制备技术，调整原料组成进行适度调整，制品就像是一种具有一定强度的泡沫塑料。^[6]

泡沫陶瓷按照气孔是否与外界连通分为开口气孔和闭口气孔两大类。开口气孔是指发泡陶瓷的气孔与外界大气联通，能够被外界流体填充。闭口气孔就是指气孔封闭，分布于陶瓷体内部，外界气体不能进入。