呂海濤，曾令可

（1.貴州民族大學，貴州 貴陽 550025; 2. 華南理工大學，廣東 廣州 510640）

制備吸聲陶瓷板的一種新方法研究

呂海濤1，曾令可2

（1.貴州民族大學，貴州 貴陽 550025; 2. 華南理工大學，廣東 廣州 510640）

本文以陶瓷基礎料、拋光磚廢料為主要原料，經球磨混合、料漿干燥、造粒后，再加入普通水泥作為外加劑，混合后再成型、燒成制備吸聲陶瓷板，通過TG/DSC、XRD、顯微分析等方法對材料進行測試表征。結果顯示吸聲陶瓷板孔隙率高，且具有大量連通孔的孔結構有助于材料吸聲，這種制備方法新穎、簡單，易于產業(yè)化。

吸聲；陶瓷板；孔結構

近幾年來，隨著我國國民經濟、工業(yè)生產的迅速發(fā)展和人們聲環(huán)境意識的提高，噪聲污染日益為人們所認識和關注。噪聲，嚴重影響人們的正常工作、學習 和生活，而且危害人體健康。長期處在噪音環(huán)境下，會使人產生頭痛、腦脹、耳鳴、失眠、心慌、記憶力衰退和全身疲乏無力等癥狀。此外，噪聲還會加速建筑物、機械結構的老化，影響設備及儀表的精度和使用壽命[1]。環(huán)境噪聲的有效控制引起了世界各國政府和科技工作者的重視，開發(fā)研究優(yōu)良的吸音建筑陶瓷就變得十分重要。

拋光磚廢料中含有較高量微細SiC，在高溫燒成過程中可以分解形成封閉孔洞結構[2]，如能選擇使用恰當?shù)耐饧觿?，簡單有效的方法使封閉氣孔連通起來，使聲波能在孔洞中傳播，產生能量衰減，從而制造耐水、耐火、耐候、耐腐蝕，裝飾性好的吸聲陶瓷板具有重要的意義。本文選擇普通水泥作為外加劑，提出在“造粒”工序后再加入外加劑的新方法，制備出吸聲陶瓷板。

1 原料分析及制備工藝

本實驗采用的原料是陶瓷基礎料、拋光磚廢料、普通水泥，原料成分如表 1所示；分散劑三聚磷酸鈉，增強劑羧甲基纖維素。

表1 實驗用的主要原料及其成份/wt%

本文吸聲陶瓷板的制備采用的工藝流程如圖1所示，以陶瓷基礎料75wt%、拋光磚廢料 25wt%為主要原料，適量的三聚磷酸鈉作為分散劑，聚甲基纖維素作為增強劑，采用行星球磨機球磨（料︰ 水︰ 球=1︰0.6︰2），球磨后的料漿采用微波爐干燥至含水量約為 7～8%，再用 30目篩造粒。在該工序后再加入普通水泥(10wt%)作為外加劑，用四角混料法充分混合，這是本論文的一個關鍵工藝技術，是制備吸聲陶瓷板的一種新方法。最后采用SY35實驗用液壓壓磚機壓制成型，再在 100℃干燥箱中干燥至恒重。然后在輥道窯生產線（最高燒成溫度 1200℃）上燒成制備得多孔吸聲陶瓷板。

圖1 工藝流程圖

普通水泥的成分比較復雜，則考慮可能因為普通水泥所含各化學成分與陶瓷基礎料、拋光磚廢料在高溫時發(fā)生系列反應，致使連通孔的出現(xiàn)。為了證明在“造?！惫ば蚝笤偌尤肫胀ㄋ嗟男路椒ǖ男Ч?，取參比樣：75wt%陶瓷基礎料、25wt%拋光磚廢料，在此配比基礎上，再加 10wt%普通水泥，共同球磨、干燥、造粒、成型、燒成，制備出樣品。參比樣與吸聲陶瓷板配方原料一致，加入普通水泥的工藝節(jié)點不同。

2 測試表征方法

實驗采用北京世紀建通科技發(fā)展有限公司生產的JTZB吸音系數(shù)測試系統(tǒng)，參照國家標準GB/T18696.1-2004《駐波管吸音系數(shù)和聲阻率測量規(guī)程》，測試樣品的駐波管吸音系數(shù)；采用德國耐弛STA449C熱分析儀對試樣配方料進行熱分析；采用荷蘭Philips公司X′Pert PRO型全自動X射線衍射儀對試樣進行X射線衍射分析；采用SZX10體視顯微鏡對試樣的孔結構等形貌進行分析。

3 結果與分析

實驗制備的吸聲陶瓷板在160～2000Hz的平均吸音系數(shù)為0.255，而參比樣在同頻率范圍內的平均吸音系數(shù)只有 0.095。論文進一步對兩個試樣進行熱分析、X射線衍射分析以及形貌分析。

3.1 熱分析(TG/DSC)

實驗對參比樣、吸聲陶瓷板試樣的配方進行了熱分析，結果顯示兩者的熱分析結果沒有明顯差別，普通水泥在“造?！惫ば蚯昂蠹尤耄錈七^程中物理變化和化學變化沒有明顯區(qū)別，顯然普通水泥的加入的工藝節(jié)點對配方的熱效應沒有影響。室溫至250℃的質量損失為1.45%，主要是排除在干燥工序中沒有除掉的自由水； 200℃到800℃燒失量為2.74%，較大，主要是結構水的排除、碳酸鹽和有機物的分解；1150℃左右，實驗開始發(fā)泡生成大量氣體，部分氣體排出，使質量略有減小，質量損失為0.27%。

120 ℃產生一個吸熱峰，是因為自由水揮發(fā)吸熱；492℃產生吸熱峰，是因為結合水、碳酸鹽和有機物分解吸熱；575℃產生的吸熱峰，對應的變化是β-石英轉化成α′-石英。1200℃出現(xiàn)吸熱峰，是因為高溫非平衡狀態(tài)下，引入的普通水泥發(fā)生分解，伴隨有大量液相生成，這些液相對顆粒表面的潤濕作用進一步加劇了各物相的反應。

3.2 X射線衍射分析（XRD）

將上述試樣原料及兩種試樣進行X射線衍射分析，分析結果顯示，試樣原料中主要含的晶相是石英和鈉長石。燒成后，兩試樣的主晶相均為石英和鈣長石。鈣長石的主要化學成分為CaO·Al2O3·2SiO2。普通水泥熟料礦物主要由硅酸三鈣(3CaO·SiO2)、硅酸二鈣(2CaO·SiO2)、鋁酸三鈣(3CaO·Al2O3)和鐵鋁酸四鈣(4CaO·Al2O3·Fe2O3)組成。兩試樣都加入普通水泥作為原料，引入了鈣源，高溫生成了鈣長石[3]，同時消耗了部分石英，反應過程可簡單寫為下列方程式[4]：

3.3 孔結構對材料吸聲性能的影響

實驗對配方一致的參比樣和吸聲陶瓷板試樣表面進行拋光，使表面盡量平整，且使孔隙露出來，再對孔結構進行表征，如圖2所示：

圖2 試樣顯微圖

圖 2中可以看出，兩個試樣孔數(shù)量均較多，孔隙率較高，但二者形貌相差較大。從(a)圖看出普通水泥在“球磨混合”前加入，試樣燒制出來的樣品孔隙分布均勻，但明顯都是閉孔，不具備吸聲材料要求的連通孔。(b)在“造粒”工序后再加入普通水泥作為外加劑的新方法制備出來的吸聲陶瓷板試樣，具有較好的氣孔形貌，孔徑分布范圍約為0.1mm～2mm，孔徑多為連通狀，曲折度大，通道復雜，孔徑較大。這種結構有利于聲波進入孔隙，從而引起微孔內空氣振動，氣孔中空氣受壓縮時溫度升高，稀疏時溫度降低；緊靠孔壁的空氣運動較慢，相對遠離孔壁的空氣運動較快，從而產生黏滯阻力和摩擦作用，再加上材料的熱傳導效應，共同作用使振動空氣的動能轉化為熱能而衰減，材料吸聲性能相應得到提高[5]。顯然，大量連通孔的產生和實驗工藝有著重要關系。在造粒顆粒中加入普通水泥的工藝對制備連通孔具有重要作用，該技術流程是制備建筑吸聲板材的一個關鍵技術，這種方法新穎、簡單，易于產業(yè)化。

4 結論

(1) 實驗采取配方陶瓷基礎料75wt%，拋光磚廢料25wt%，外加普通水泥10wt%制備建筑吸音材料，在160～2000Hz的平均吸音系數(shù)為0.255。

(2) 試樣連通孔的形成與普通水泥水化作用及水泥成分引入沒有直接原因；在“造?！惫ば蚝蠹尤肫胀ㄋ嗟墓に嚰夹g流程是制備建筑吸聲板材的一個新方法，這種工藝過程可形成大量連通孔。

[1] 郭爽.噪聲污染的危害與控制[J].中國科技信息,2014,12:31-32

[2] 侯來廣, 劉艷春, 曾令可, 等. 陶瓷廢料在功能性多孔陶瓷制備中的應用[J]. 佛山陶瓷, 2009, 155(8): 1-4

[3] 黃朝暉, 黃賽芳, 孫浩然, 等. 鈣長石/莫來石復相耐高溫材料的物相設計[J]. 稀有金屬材料與工程, 2009, 38(2): 1252-1254

[4] Traore. K., Kabre T.S., Blanchart P.. Gehlenite and anorthite crystallization from kaolinite and calcitemix[J]. Ceramics International, 2003, 29: 377-383

[5] 王海鵬,王俊元,王洪福,曾志強,林娣.陶瓷吸聲材料的研究進展[J].中國陶瓷,2014,06:1-4

G322

B

1007-6344（2015）09-0107-02

貴州民族大學科研基金資助項目