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泡沫陶瓷范文1
1 前 言
泡沫陶瓷是一種具有三維空間網架結構的高氣孔率(80～90%)的多孔陶瓷體,由于其具有質量輕、強度高、耐高溫、耐腐蝕、再生簡單及良好的過濾吸附性等優點,被廣泛地應用于冶金、化工、輕工、食品、環保、節能等領域[1-3]。目前,泡沫陶瓷的主要制備方法有:有機前驅體浸漬法、發泡反應法、有機填積法、溶膠-凝膠法和凝膠注模法等。而國內泡沫陶瓷生產廠家多采用有機前驅體浸漬法,主要是該制備方法具有工藝簡單、操作方便、無需復雜設備等優點[4],但該方法的缺點是難以成形形狀復雜的泡沫陶瓷制品。
在有機前驅體浸漬法的工藝過程中,漿料的制備及漿料性能的調整是至關重要的一項工作,也是整個工藝中難度較高的工序。該過程除了要求具備陶瓷漿料的整體均勻性和微域均勻性外,還要求漿料具有盡可能高的固相含量和較好的觸變性。
2漿料的制備工藝過程
漿料制備作為泡沫陶瓷浸漬法生產工藝的第一道工序,一向被視為關鍵工序。漿料性能的好壞直接影響多孔泡沫掛漿的效果,也對保證制品最后的強度、通孔率、體積密度等性能起到重要的作用[5]。下面介紹三種常見的泡沫陶瓷漿料的制備工藝。
2.1 干混工藝
干混工藝是指將粉料按配方稱量好,根據先后順序依次倒入機械混料機中,混料均勻后出料,再按配比加入液相粘結劑,手工攪拌后調成漿料使用。
該工藝的優點是操作簡便、設備成本低、能耗小、工人勞動強度低。缺點是混料均勻性差,要求所使用的粉料具有較細的顆粒度,并且漿料具有較高的液相含量;多孔泡沫掛漿效果不好;燒成收縮較大(大于2.0%)。
2.2 濕混工藝
濕混工藝是指將粉料和粘結劑按配方稱量,然后倒入機械自動攪拌機內,在規定時間內將漿料攪拌至均勻,并且使漿料具有一定的流動性。
該工藝的優點是操作簡便、可較精確地控制漿料稠度、能耗小、工人勞動強度較低。缺點是混料均勻性不太好,不能達到粉體間的微觀均勻性,并且要求所使用的粉料具有較細的顆粒分布。
2.3 球磨工藝
球磨工藝是指將所需原材料按配方稱量后全部加入球磨機內,球磨至規定時間,漿料出球磨機陳腐一天后使用。
該工藝的優點是漿料均勻性好、具有高的固相含量、漿料觸變性好、粉料顆粒要求不是很高。缺點是設備成本較高、能耗相對較大、工人勞動強度高。
3工藝試驗和結果分析
分別采用干混、濕混、球磨三種漿料制備工藝進行試驗對比,且三種工藝均按同一配方進行試驗,配方見表1(氧化鋁泡沫陶瓷生產的配方)。
其中,漿料中水的加入量按質量百分數的18～20%加入,可視多孔海綿網孔的大小而定。本次試驗所采用的海綿網孔為10ppi(pore per inch,每英寸長度分布的孔數),按含水率18%加入粉料中。
3.1 干混的試驗結果
按干混工藝制備漿料,磷酸氫鋁按表1的配方比例換算為液體粘結劑,于粉料干混好后再加入,最后通過攪拌制得漿料。結果顯示,漿料流動性較差,容易成坨。海綿掛漿效果見圖1。從圖1可以看出,海綿節點處漿料分布較多,而網線上漿料分布較少,甚至可以看見某些海綿網線出來,表面有輕微堵孔現象,并且上漿重量偏重。
根據以上現象分析,可能干混過程是一個顆粒之間相互交換錯位的過程,由于顆粒粒徑小,固相之間的混合很容易造成團聚從而使得混合不夠均勻。即使攪拌非常充分,也只能達到粉體間的宏觀均勻性。液相添加劑的后期加入,僅是固相和液相的簡單混合,團聚的顆粒在粘結劑的包裹下更難分離,導致漿料的流動性較差,掛漿效果不夠理想。
3.2 濕混的試驗結果
按濕混工藝制備漿料,漿料有一定流動性,但觸變性不好。海綿掛漿效果見圖2。從圖2可以看出,海綿掛漿后網線較細,漿料很容易從網孔中滲出,滾壓不充分就會導致漿料堵孔。
因為攪拌伴隨著液相與固相同時作用,且所用的設備為專業漿料攪拌機,按30kg漿料計算,攪拌時間約為25min,其所制得的漿料有較好的整體均勻性,流動性也較好。但由于粉料之間只有一個推動力作用,微細顆粒之間的團聚無外力作用使之分開,導致微域均勻性差,且漿料觸變性不高。
3.3 球磨試驗的結果
按球磨工藝制備漿料,漿料具有較好的觸變性。海綿掛漿效果見圖3。從圖3可以明顯看出,漿料均勻分布在海綿體內,表面平滑,網線也較粗。
球磨工藝結合了混料和球磨的雙重功能,漿料在磨球的作用下不斷混合。磨球之間的不斷撞擊,使得各種細粉原料之間的混合作用成為可能。同時,磨球還使原料中可能存在的粗顆粒細化,使漿料粒度分布均勻,提高漿料觸變性,從而改善海綿的掛漿效果,燒成后產品(50mm×50mm×20mm-10ppi)的物理化學性能都較干混和濕混工藝的好,詳細見表2。球磨后測得漿料的含水率為16.8%,固相含量得到相應的提高。
4結 論
通過對比干混、濕混及球磨三種工藝的優缺點,對于前驅體浸漬法制備的泡沫陶瓷工藝而言,球磨工藝制備的漿料可以明顯改善海綿掛漿效果、提高制品性能,更適宜生產應用。
高的固相含量和粘著性可以保證漿料最大限度地附著在海綿網線上,從而保證產品具有高的抗折(抗壓)強度。好的漿料觸變性,可以使漿料均勻分布在海綿體內,并且不會出現堵孔現象,而采用球磨工藝就可以較好地達到這種效果。
參考文獻
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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
關鍵詞:硅微粉;氧化鋁;泡沫陶瓷;作用
1前 言
隨著陶瓷及耐火材料工業技術的不斷進步,各種高技術陶瓷和耐火材料制品對微粉的質量、品種提出了更高的要求。早期研究發現,在生產普通耐火材料時,通過提高基質中細粉的細度可促進制品的燒結,并能改善制品的性能[1]。硅微粉作為使用廣泛的一種微粉原料,由于它具有耐溫性好、耐酸堿腐蝕、粒度分布可控、高絕緣、低膨脹、化學性能穩定、硬度大等優良性能,被廣泛用于特種陶瓷、化工、電子、塑料、高級油漆、橡膠、國防等領域[2]。隨著高技術領域的迅猛發展,硅微粉亦將步入新的歷史發展時期。
氧化鋁泡沫陶瓷主要是由氧化鋁細粉、高嶺土、鉀長石、硅微粉等原料制作而成,隨著氧化鋁泡沫陶瓷使用越來越廣泛,人們對其研究也越來越多。但大多數的研究都集中在生產工藝和產品性能上,對其使用的原料性能研究比較少。作為氧化鋁泡沫陶瓷生產使用較多的一種添加輔助料之一,硅微粉的加入起著改善氧化鋁泡沫陶瓷制品性能的微妙作用。
2硅微粉的分類
硅微粉是一種無毒、無味、無污染的無機非金屬材料,主要成分為SiO2,由于制作工藝的不同,硅微粉的主晶相也有所不同。硅微粉是微粉的一種,而微粉的分類有很多,目前較普遍的分類為微粉、超微粉、極微粒子三種[3],一般應用于陶瓷和耐火材料中的微粉的粒徑大多在0.1～10μm之間,而陶瓷和耐火材料工業所用SiO2微粉主要是微米級。
硅微粉按其制作方法可分為以下幾類:
(1) 硅灰:或稱冷凝硅灰,由鐵合金廠氣相沉淀而形成;
(2) 粉石英:天然礦物;
(3) 粉碎機磨制的SiO2微粉;
(4) 填料用白炭黑;
(5) 電子工業副產品;
(6) 表面經硅烷偶聯化處理的活性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、應用最廣的當屬硅灰(鐵合金廠及金屬硅廠的副產品),由于硅灰的顏色是灰色,盡管其性能相對優越,但氧化鋁泡沫陶瓷中很少采用,而在碳化硅泡沫陶瓷中則使用較多。
3硅微粉的性質與應用
不同制作工藝生產的硅微粉品質也不同,按生產工藝可分為:結晶硅微粉、熔融硅微粉、方石英硅微粉和活性硅微粉四種,不同品質的硅微粉其應用范圍也有所不同。
3.1 結晶硅微粉
結晶硅微粉是利用高品位的天然石英,通過獨特的無鐵研磨工藝生產加工而成,其色白、質純。因其工藝成熟而具有穩定的物理、化學特性及合理、可控的粒度分布。結晶硅微粉可分為高純度結晶硅微粉、電子級結晶硅微粉及一般填料級結晶硅微粉。結晶硅微粉應用范圍較廣泛,如金屬鑄造、陶瓷、硅橡膠、涂料及化工行業等。
3.2 熔融硅微粉
熔融硅微粉是選用優質的天然石英,通過獨特處理工藝加工而形成的粉末,通過高溫處理,其分子結構排列由有序排列轉為無序排列。其色白、純度較高并具有以下特性:極低的線膨脹系數、良好的電磁輻射性和耐化學腐蝕、穩定的化學特性;合理有序且可控的粒度分布。熔融硅微粉一般應用于高端科技行業,如大規模及超大規模集成電路用塑封料、環氧澆注料及其它化工領域。
3.3 方石英硅微粉
方石英硅微粉是選用優質天然石英,經過高溫煅燒后獲得的高純度硅石,經快速冷卻改變其晶體結構,再粉碎制得,其主晶相為方石英。由于其穩定的化學性質,合理有序、可控的粒度分布而被廣泛應用于陶瓷釉料、橡膠填料等行業。
3.4 活性硅微粉
活性硅微粉通過其獨特的工藝,采用硅烷等材料對硅微粉顆粒表面進行改性處理,增強了硅微粉的憎水性能,提高了混合料及填充系統的機械、電子和化學特性,因而活性硅微粉被廣泛用于電子、國防科技等行業。
4硅微粉在氧化鋁泡沫陶瓷中的作用
硅微粉作為少量添加劑(加入量為1%～10%)加入到氧化鋁泡沫陶瓷中,起到改善產品性能和降低生產成本的目的。生產過程中,一般希望采用的硅微粉粒徑越細越好、粒度分布越窄越好、白度越高越好。硅微粉的粒徑越細,越有利于泡沫陶瓷的燒結,與氧化鋁微粉反應在較低溫度便可生成莫來石晶相。據文獻報道,平均粒徑在20μm以下的硅微粉與Al2O3微粉反應,在700℃便可生成莫來石晶相,1200℃可形成穩定的莫來石晶相[4]。硅微粉白度高則生產出的氧化鋁泡沫陶瓷顏色好、色差小。
4.1 硅微粉對氧化鋁泡沫陶瓷漿料性能的影響
氧化鋁泡沫陶瓷的漿料性能直接影響著海綿掛漿的效果,從而對制品的燒結程度與強度、通孔率、體積密度等性能影響很大[5]。硅微粉由于堆積密度小,如果加入太多,將影響漿料的性能。因此應控制加入量,并細化粒度,將其較好地融入漿料中并分散均勻,一般采用的硅微粉粒徑為1000～2000目。
4.2 硅微粉對氧化鋁泡沫陶瓷產品性能的影響
硅微粉中的游離二氧化硅在高溫下與分散氧化鋁微粉作用,生成一定量的莫來石晶體,有利于氧化鋁泡沫陶瓷機械強度的提高。但硅微粉加入量不宜過多(不超過10%),否則因硅微粉堆積密度小而影響漿料掛漿性能,并且還可能因堆積不緊密而導致燒結產品不夠致密。從產品性能來看,過多的莫來石晶體反而會使氧化鋁泡沫陶瓷強度下降,硬度也變差。因為莫來石晶體本身的性能并沒有氧化鋁晶體的性能優越,而少量的莫來石晶體彌散在氧化鋁晶體中,則可以起到增強增韌作用,達到改善氧化鋁泡沫陶瓷性能的作用。由于形成穩定莫來石晶相的燒結溫度約為1200℃,所以一般配料中還加入長石、滑石等助熔添加劑,形成多元共熔體以降低莫來石的形成溫度及氧化鋁的燒結溫度。
5 結 論
通過加入硅微粉,氧化鋁泡沫陶瓷的性能得到了一定的改善,生產成本也有所降低。由于加入量小,且顆粒細度大,硅微粉對泡沫陶瓷漿料性能的影響很小。硅微粉對制品性能的影響,主要體現在高溫燒結過程中,根據目前的理論及實際試驗結果,筆者認為硅微粉對氧化鋁泡沫陶瓷的作用有三點:一是通過填隙減少氣孔;二是在較低溫度下與氧化鋁微粉結合較好,封閉部分貫通氣孔,從而使制品致密化;三是在高溫過程中產生莫來石晶相,彌散到制品中,從而改善制品性能。
參考文獻
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泡沫陶瓷范文3
關鍵詞：氧化鋁泡沫陶瓷；磷酸二氫鋁；性能；制備；機理
1 引言
氧化鋁泡沫陶瓷具有的三維網狀結構使其被廣泛應用于鋁及鋁合金熔體過濾領域。雖然其在環保、化工、能源、石油、生物陶瓷及催化劑載體等領域也在不斷嘗試應用，但由于泡沫陶瓷自身強度低、易掉渣、尺寸精度不高等特性，限制了其在諸多領域的推廣應用。目前，國內氧化鋁泡沫陶瓷過濾板廠家針對的市場領域依然是鋁及鋁合金熔體過濾，且暫時還未能研究出相關產品取代其市場應用。因此，隨著鋁及鋁合金加工業的精密化發展，氧化鋁泡沫陶瓷也將得到進一步的發展與應用。
泡沫陶瓷的制備方法有多種，如發泡法、有機泡沫體浸漬法、溶膠凝膠法等，其中有機泡沫浸漬法具有設備少、制造成本低、工藝過程簡單等優點，被廣泛應用于泡沫陶瓷生產廠家[1]。泡沫陶瓷是具有三維網狀結構的多孔陶瓷體，是以多孔聚氨酯海綿為骨架，經上漿、干燥、燒制等工藝制備而成，去除三維網絡結構的有機前驅體，便形成一種開口氣孔率高（80～90%）、密度?。?.3～0.5 g/cm3）、比表面積大、壓力損失小的網架結構多孔體[2]。磷酸二氫鋁因其具有固化溫度低、粘結強度高、高溫結構穩定等特性，被選作配制泡沫陶瓷漿料粘結劑。針對磷酸鋁膠黏劑的制備應用，已經被廣泛研究[3-5]。但用作泡沫陶瓷的磷酸二氫鋁的相關研究報道卻很少，本文主要針對磷酸二氫鋁在泡沫陶瓷生產過程中的作用機理進行了探討研究。
2 磷酸二氫鋁性能及制備技術
2.1磷酸二氫鋁性能
市場上出售的磷酸二氫鋁主要有固體和液體兩種狀態。固體的磷酸二氫鋁易溶于水，在常溫下與耐火骨料，硬化劑、水等混合均勻，經90 ～110 °C干燥后便具備較高粘接強度，常用于耐火噴涂料、火泥、澆注料、搗打料、磷酸鹽磚。液體的磷酸二氫鋁適用于混煉、成型等現場施工，比如鑄造平臺上的間隙填補，經風干后粘結劑具備較強的耐高溫、抗剝離、耐沖刷等性能?？紤]到車間生產配方工藝的需求，且磷酸二氫鋁多為廠家自制，氧化鋁泡沫陶瓷生產廠家多采用液體磷酸二氫鋁為粘結劑。
2.2磷酸二氫鋁溶液制備技術
泡沫陶瓷生產所需的磷酸二氫鋁溶液制備工藝相對簡單，制備原料為氫氧化鋁、磷酸和水，設備為聚丙烯耐酸反應釜、蒸汽發生器、耐酸自吸泵等。具體配制步驟如下：
（1）將85%濃度的磷酸倒入塑料池內，操作人員需佩戴防護眼鏡及手套，防止磷酸腐蝕及濺入眼睛。
（2）開啟自吸泵將磷酸抽入反應釜內，通過液面計控制磷酸加入量。
（3）啟動反應釜內攪拌棒，加入規定重量自來水至反應釜內，自來水重量可通過數顯水位流量計控制。
（4）將蒸汽機上蒸汽管插入反應釜溶液內，開啟蒸汽機加熱磷酸和水的混合溶液至90℃，加入規定重量氫氧化鋁粉料，分多次少量加入，以免結塊；然后關閉蒸汽機，蓋上反應釜蓋子。
（5）待反應完全結束后，即反應釜內為無色澄清溶液，關閉攪拌棒，待反應釜內溶液冷卻后，放出磷酸二氫鋁溶液。
通過其反應方程式①可知，當P/Al摩爾比為3：1時，可配制出力學性能最好、粘度適中、穩定性好、粘結性強的磷酸二氫鋁溶液[6]。再根據磷酸和氫氧化鋁的分子量可計算出各自的重量配比，重量比為49：13，為保證磷酸二氫鋁轉化充分，磷酸重量會適當增加約5%。配制時，加入適當比例的水，將磷酸二氫鋁溶液體積密度調為約1.35 g/cm3，再按比例加入泡沫陶瓷漿料配方中。
3H3PO4 + Al（OH）3 = Al（H2PO4）3 + 3H2O ①
3 磷酸二氫鋁在氧化鋁泡沫陶瓷中的配比
氧化鋁泡沫陶瓷漿料配方可分為兩個步驟，第一為粉料比例部分，第二為水劑比例部分。粉料比例部分是指將氧化鋁粉、高嶺土、硅微粉、長石粉、分散劑等按比例稱量并混合攪拌均勻。水劑部分是指將配制好的磷酸二氫鋁溶液按總重量的25～30%（根據不同網孔海綿的漿料粘稠度需要做出調節），粉料加入磷酸二氫鋁溶液后攪拌均勻制成漿料。
為了對比研究磷酸二氫鋁在泡沫陶瓷配方中的作用，我們將粉料比例部分的配比確定如下：煅燒α-氧化鋁 85%、高嶺土7%、硅微粉4%、長石粉3%、分散劑1%，見表1。而磷酸二氫鋁溶液（ρ=1.35g/cm3）比例從25 ～30%（該值為配料總重量的百分比）不等，取值為25%、28%、30%三個數值，見表2。
4 磷酸二氫鋁在泡沫陶瓷上作用機理
磷酸二氫鋁作為氧化鋁泡沫陶瓷漿料的稠度調節劑，坯體干燥后的粘結劑以及高溫燒成后的產品強度結合劑，其對泡沫陶瓷漿料、坯體、成品等性能都有著重要影響。
4.1磷酸二氫鋁對泡沫陶瓷漿料性能影響
以表1的粉料組分為基礎配方，加入磷酸二氫鋁溶液攪拌均勻調制成漿料，其中磷酸二氫鋁溶液的加入量可根據聚氨酯網孔海綿大小作出相應調整，從而達到最佳的掛漿性能。試驗結果表明，當磷酸二氫鋁密度為1.35 g/cm3時，漿料具有較好的粘性和觸變性；聚氨酯網孔海綿孔目越大（即PPI指數越低），需要加入的磷酸二氫鋁溶液比例越少，網孔與對應加入量數值見表3。
值得注意的是，剛配制好的陶瓷漿料與放置一天再使用的漿料，其粘性存在較大差異，即放置后的漿料粘性大，生產過程中應根據是否當天使用作出磷酸二氫鋁濃度的相應調整。
4.2磷酸二氫鋁對泡沫陶瓷坯體干燥后性能影響
上漿好的泡沫陶瓷坯體需經干燥后，再噴漿、燒成。由于坯體需要經過搬運、翻轉等操作，要求干燥后坯體具備一定強度。通過試驗發現，影響坯體干燥強度主要有兩個因素：磷酸二氫鋁濃度和干燥制度。
磷酸二氫鋁濃度對坯體性能影響表現為：磷酸二氫鋁濃度高，干燥后坯體強度高，但同時坯體容易回潮，放置一天后坯體便會出現軟化現象；反之濃度低，干燥后坯體強度不高，但不容易回潮。
干燥制度包括干燥溫度和干燥時間，對于日常生產而言，大都采用余熱熱風干燥，干燥溫度一般控制在90 ～110℃，干燥時間大于10 h。干燥溫度過低，磷酸二氫鋁未能表現出分子粘性，坯體強度不夠；干燥溫度過高，內部聚氨酯海綿粉化，坯體容易脆裂。
4.3磷酸二氫鋁對泡沫陶瓷燒結后晶相組成的影響
為了進一步研究氧化鋁泡沫陶瓷晶相組成和成分含量，試驗采用表1的原料基礎配方和表2中2#的磷酸二氫鋁加入量（28%）組合，上漿尺寸17英寸（432×432×50 mm）網孔為30 PPI的聚氨酯海綿，再經干燥、噴漿、燒成，制成泡沫陶瓷成品。產品經1180℃燒結后，采用X熒光光譜分析和XRD衍射分析對成品進行成分含量和晶相分析，表4為氧化鋁泡沫陶瓷產品成分含量檢測結果，圖1為氧化鋁泡沫陶瓷產品XRD衍射圖譜。
從表4可以得出，氧化鋁泡沫陶瓷主要成分為Al2O3 、P2O5 和SiO2，三者約占97%。由于經1180℃高溫燒成，這些成分并不是以單獨氧化物存在，而是以晶相形式存在，這樣可較好避免鋁液過濾過程中有氧化物滲出而污染鋁液。
圖1為氧化鋁泡沫陶瓷XRD衍射圖譜，圖譜顯示產品主晶相主要為α- Al2O3和AlPO4，其中α- Al2O3為剛玉相，含量約75%；AlPO4晶型為穩定的三斜晶系正磷酸鋁，含量約22%。另外，還有少量（約3%）石英相的SiO2。XRD衍射圖譜表明，未能發現莫來石晶相。原因是由于燒結溫度偏低，沒有形成莫來石晶相，這也導致泡沫陶瓷產品強度較差。實際上，泡沫陶瓷產品的強度主要靠高溫下形成的三斜晶系磷酸鋁的粘結力提供，而磷酸鋁粘結力又是由Al-O-P-O-Al 穩定鏈接的無機大分子結構提供。
5 結語
通過試驗結果表明，磷酸二氫鋁溶液在氧化鋁泡沫陶瓷生產中主要起到三大作用：
（1）作為粘結劑，當磷酸二氫鋁密度為1.35g/cm3時，漿料具有較好的粘性和觸變性。同時，隨著磷酸二氫鋁溶液含量增加，上漿的海綿網孔變?。啄繑抵翟酱螅?/p>
（2）磷酸二氫鋁溶液濃度越大，干燥后坯體強度越高，但坯體也越容易回潮。反之，磷酸二氫鋁溶液濃度越低，干燥后坯體強度越低，但不易回潮。
（3）經過1180℃高溫燒結后，磷酸二氫鋁轉化為磷酸鋁，使得產品具有一定強度。氧化鋁泡沫陶瓷產品主要呈現剛玉、AlPO4三斜和少量石英晶相，產品強度主要依靠磷酸二氫鋁高溫生成磷酸鋁Al-O-P-O-Al間的結合力提供，產品強度不高。為此，建議將燒成溫度提高至1250℃以上，生成高強度的莫來石晶相來改善產品強度。
參考文獻
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泡沫陶瓷范文4
關鍵詞：陶瓷；太陽能；；建筑；房頂；優勢
1 陶瓷太陽能房頂符合建筑發展的要求
國家標準GB50364―2005“民用建筑太陽能熱水系統應用技術規范”提出：“當前太陽能熱水器的設計、生產與建筑脫節，太陽能熱水器產品往往自成系統，作為后置設備在建筑上安裝和使用，即便是新建建筑物考慮了太陽能熱水器，也是簡單的疊加安裝，必然對本來是完整的建筑形象和構件造成一定程度的損害。同時，其設置位置和管線布置也難以與建筑平面功能及空間布局相協調，安全性也受到影響。太陽能熱水系統與建筑結合，就是把太陽能熱水系統產品作為建筑構件安裝，使其與建筑有機結合。需要從建筑設計開始，考慮設計、安裝太陽能熱水系統，包括：外觀上的協調、結構集成、布局和管線系統等。”
目前，有人大膽設想，將制造太陽能熱水系統放在建造好的房頂上，還不如將整座房頂一次建造成與建筑一體化，使其具有傳統房頂一樣的功能、造價與傳統建筑相當、主要部件壽命與建筑相當，同時具有收集陽光功能的陶瓷太陽能房頂。
陶瓷太陽能房頂采用中空黑瓷復合陶瓷太陽板為太陽能集熱體，黑瓷復合陶瓷太陽板以普通陶瓷為基體，立體網狀釩鈦黑瓷為表面層，兩者經1200℃以上高溫燒結后獲得較好的瓷質制品，也稱作復合陶瓷太陽板，簡稱陶瓷太陽板。
2 陶瓷太陽能房頂與傳統瓦片房頂的材質比較
傳統兩面坡或四面坡瓦片房頂由三角形空間、屋面板（結構層）、下找平層、下防水層、保溫層、細石混凝土鋼筋網找平層（上找平層、持釘層）、順水條、掛瓦條、平瓦（上防水層）、正脊、斜脊、天溝、挑檐、檐口封邊瓦、檐口擋箅、檐口通風條等構成，其結構復雜，有一定的濕法施工工程量。
陶瓷太陽能房頂由一面坡屋面板、混凝土邊框、下找平層、下防水層、帶錨樁件的剛性墊板、保溫層、陶瓷太陽板、硅橡膠連接短管、上下匯集管、快接件、空氣層、鋼化玻璃板（上防水層）等構成，并采用干法施工工藝，一般稱作剛性墊板錨樁支撐結構陶瓷太陽能房頂。
傳統瓦片房頂以兩面坡或四面坡屋面板為結構層；陶瓷太陽能房頂以一面坡屋面板為結構層。傳統房頂采用聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯泡沫板、酚醛樹脂泡沫板或者現澆珍珠巖水泥作為保溫層；陶瓷太陽能房頂一般采用聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯泡沫板、酚醛樹脂泡沫板作為保溫層。傳統房頂與陶瓷太陽能房頂都采用防水卷材作為下防水層，傳統房頂采用脊瓦、平瓦、封邊瓦等作為上防水層；陶瓷太陽能房頂采用鋼化玻璃板作為上防水層，稱作與原房頂共用防水層。玻璃板之間用不銹鋼S鉤固定，玻璃板與混凝土邊框用不銹鋼直角鉤固定，硅酮膠密封。
陶瓷太陽能房頂與原房頂共用結構層、保溫層、防水層，需與建筑同時設計。同時，施工安裝，不論外觀還是整體上都能同建筑與周圍環境協調、風格統一、安全可靠、性能穩定、布局合理，是兼具太陽能熱水系統功能的太陽能房頂。太陽能熱水系統產品與建筑有機地結合為一個整體，實現了太陽能熱水系統與建筑結構一體化。
3 陶瓷太陽能房頂與傳統瓦片房頂的區別
陶瓷太陽能房頂與傳統瓦片房頂的區別在于，傳統房頂結構比較復雜，采用濕法施工工藝，工程量較大。陶瓷太陽能房頂結構相對簡單，一面坡陶瓷太陽能房頂的北面高于傳統兩面坡或四面坡瓦片房頂，需要增加部分墻壁，獨立住宅一般需要單獨水箱、控制器、水泵等。并采用干法施工工藝，工程量較小。
傳統房頂夏季晴天上午10點至下午4點房頂溫度長時間達到70℃左右，整座房頂成為蓄熱體，到下半夜房頂仍然在散熱，冬天傳統房頂是大面積的散熱面，所以多數房頂有三角形空間用于進一步保溫、隔熱。陶瓷太陽能房頂夏天進入房頂的起始水溫是20℃左右，至下午4點左右加熱的目標是50～60℃生活熱水，并且達到預期溫度的熱水全部自動進入保溫水箱，房頂中沒有水，房頂蓄熱大幅度減少。冬天房頂吸熱，從根本上提高了房頂的隔熱、保溫效果，鋼化玻璃板搭接固定密封，陶瓷太陽能房頂的隔熱、保溫、防水、防風性能明顯優于普通房頂，可以將三角形空間轉化為有效的居住面積，轉化為北屋和儲物間。筆者在山東省巨野縣核桃園鎮吳平坊村采用陶瓷太陽能房頂的新農村建設中，將每戶三角形空間轉化為40m2北屋和26m2斜坡儲物間，增加建筑面積的價值超過增加墻壁和太陽能熱水系統的費用，使單位建筑面積造價下降，建筑物明顯增值。這種增值在別墅和城市建筑中效果更顯著。
目前，農村建筑通常不按照建筑標準建造房頂，多是在下防水層上鋪水泥層，在水泥層上直接貼粘土瓦，房頂的造價與性能都大幅度下降，筆者在山東省巨野縣核桃園鎮吳平坊村采用陶瓷太陽能房頂的新農村建設中就是在此基礎上改設計為陶瓷太陽能房頂，現在初步核算，由于增加了建筑面積，每平方米造價可以低于原設計造價，使建筑增值，實現了陶瓷太陽能集熱系統與建筑成本一體化。這也是陶瓷太陽能房頂受到當地居民、干部歡迎的主要原因之一。
陶瓷太陽能房頂使整座房頂成為具有了提供能量、保溫、隔熱、防水、防風性能優良的房頂。另外，還增加了房頂的使用價值。
4 陶瓷太陽能房頂的應用優勢
陶瓷太陽板效率高、壽命長、無毒、無害、無放射性、不腐蝕、不老化、不衰減、陽光吸收比0.94，是全瓷質太陽能集熱體，屬于新型建材。而保溫材料、剛性墊板、鋼化玻璃是傳統建材，可以實現陶瓷太陽能房頂的主要部件與建筑壽命一體化。
目前，陶瓷太陽能房頂采用兩種保溫材料，一種是單層酚醛樹脂泡沫板；另一種下層是聚苯乙烯擠塑板，上層是聚氨酯泡沫板，都屬于常用的建筑材料。錨樁結構組件可以調整高度，陶瓷太陽能房頂內十分干燥，從使用幾年后的效果看，鍍鋅螺栓組件沒有發現任何生銹的跡象。陶瓷太陽板是中空陶瓷板，陶瓷太陽板之間熱水的流通采用專門定制的進口材料的硅橡膠管，連續五年使用沒有發現明顯老化現象，近期建造的陶瓷太陽能房頂的硅橡膠管上面加蓋了鍍鋅鐵皮，以阻擋陽光直接照射。陶瓷太陽能房頂及建筑內使用的管道采用薄壁不銹鋼管，連接件采用鑄鐵快接件，鑄鐵快接件內原橡膠密封圈全部換為專門定制的硅橡膠密封圈，原鐵墊圈不適用于薄壁不銹鋼管，將全部換為專用的鐵墊圈。
陶瓷太陽能房頂已經試用、使用數年時間，從理論上說，陶瓷太陽板可以與建筑同壽命，陶瓷太陽能房頂主要部件是常用的建筑材料，可以實現與建筑壽命一體化。陶瓷太陽能房頂是一種設備，也是建筑的一部分，與普通設備、房頂一樣，也需要必要的維護、維修。
5 陶瓷太陽能房頂的主要用途
房頂是離人類最近，最容易獲得陽光的場所，陶瓷太陽能房頂可以使陽光利用最大化，可以為各種建筑提供熱水、取暖、空調；充分利用可再生能源，為節能減排，減少霧霾天氣作貢獻；降低建筑和相關設備建設成本、降低了建筑物運行成本。
目前主要可以為獨立住宅，即農居、別墅、城鄉結合部的獨戶住宅等提供部分冬天取暖的熱能、全年生活熱水；為廠礦企業的車間、倉庫、辦公樓及養殖業等提供部分冬天取暖、全年生活熱水；為城市住宅樓、公共建筑、服務業、學校、機關、賓館、飯店、游泳池等提供部分或全部熱水。
我國北方農村地區，冬天主要依靠燒煤取暖，白天室溫大多在12℃左右，夜間封爐室溫下降，24h平均室溫10℃左右或以下。我國北方地區獨立住宅的陶瓷太陽能房頂一般可以為相同面積的普通房間提供50%左右的取暖能量，也可以為少量房間提供更高比例的取暖能量，目前北方農村家庭多為1-2間房間取暖。
陶瓷太陽能房頂應該使房頂陽光利用最大化，盡量采用全面積陶瓷太陽能房頂，如20層住宅樓，電梯間放在北面，戶均建筑面積100m2，垂直20戶共同擁有房頂面積100m2左右，斜面大于平面，戶均陶瓷太陽能房頂采光面積可以達到5m2左右。即便考慮到房頂至一層的主熱水管道恒溫循環消耗，戶均有效采光面積的實際效果也可以達到4m2左右?？紤]到傳統普通單臺太陽能熱水器采光面積一般是2m2左右，所以陶瓷太陽能房頂應該可以提供20層住宅樓住戶生活熱水。
調整單位面積加熱水量，如濟南地區每平方米加熱30L水量，夏季晴天陶瓷太陽能房頂水溫可以達到100℃，根據記錄，2013年夏季49天水溫達到100℃，每天可以維持1～4h，大量能量和水資源轉化為蒸汽。溫水型溴化鋰吸收式制冷機可以將75℃以上熱水轉換為8～10℃冷水，風機盤管可以將冷水轉換為冷風，提供空調制冷，小型溫水型溴化鋰吸收式制冷機價格過高，而制冷機的功率與價格不是同比例增加，如目前10千瓦近10萬元，100千瓦約23萬元，400千瓦約34萬元，800千瓦約45萬元。一般新農村、有的公共建筑、工廠建筑的建筑密度比較高，夏天采用聯戶或聯棟的方式，大面積陶瓷太陽能房頂可以提供大量熱水，可以采用大功率制冷機向各戶或各棟建筑的風機盤管提供制冷冷水，比如對數百戶新農村社區每戶提供2千瓦的制冷能量，戶均投資額1萬元以下可能是今后的努力方向，公共建筑、工廠建筑可以用這種方式向部分建筑提供制冷能量，這種方式的本質是集中式空調。陶瓷太陽能房頂空調利用的開發可能為夏天過剩的熱水和能量找到利用途徑。
泡沫陶瓷范文5
關鍵詞：廢棄CRT；生產建筑；鉛玻璃
隨著電子業的發展，電子廢棄物的處理也成為一個亟待解決的問題，電子行業涉及的科目是比較多的，如國家的政策法規、環境保護、資源利用、工藝技術等方面，學科間的相連性和交叉性擴大了系統的規模。為了保護環境，必須合理的解決電子廢棄物的問題，其中，從整體來看，目前最受歡迎的方法是對資源進行再利用處理。例如將一些廢棄的不用的陰極射線管（CRT）玻璃應用到建筑行業。這些環保的資源再利用措施已經得到了國內外的肯定。
1、廢棄玻璃建材資源化的必要性
處理廢棄CRT玻璃的方法只有兩種，即閉環循環（closed-loop recy-cling）和開環循環（open-loop recycling），如圖1所示。其中閉環循環一種封閉的不浪費資源的循環方式，一般這種CRT材料在經過簡單的處理后仍然要回到生產過程中，還可以利用廢棄的材料制出新的玻殼；開環循環其實并非是生產材料在本生產流程中的循環，而是將這些廢棄的CRT投入到其他工業中，例如冶金工業、建筑行業等。這里提到的廢棄玻璃建材的資源化是一種開環循環，即使處理廢棄CRT玻璃的方式多種多樣，但是還要根據具體情況進行具體選擇，因為這對廢棄CRT玻璃的再利用方式存在一定的制約性。一般采用閉環循環方式進行廢棄玻璃的處理的情況是處理公司和CRT玻殼廠距離比較近，可以降低運輸上的資金使用，然而從整體來看，由于玻殼制造業正在逐漸壟斷，“閉環循環”方式逐漸不受用，因為從運輸成本、運輸距離等角度來看，存在很大的資源浪費。因此必須利用“開環循環”方式進行建材的資源化處理。隨著2005年平板顯示器逐漸受到廣大群眾的喜愛，傳統的CRT的產品逐漸失去了市場的競爭力，無論是產量還是銷量都受到巨大的沖擊，CRT玻殼廠的經營戰略受到很大的影響，有的無法持續經營，有的已經瀕臨破產，因此，從整體來看，如果采用“閉環循環”方法來處理廢棄CRT玻璃，是不太有發展前途的，所以，必須進行“開環循環”的方法進行建材資源的再利用。
2、含鉛玻璃與無鉛玻璃的區別對待問題
處理廢棄CRT玻璃進行資源的再利用首先就要將含鉛玻璃和無鉛玻璃區分開發，以便進行進一步的加工。通常黑白CRT玻殼是一種均質的材料，其中的鋇、鍶、鋯等金屬可以起到吸收各種射線的作用，然而彩色CRT玻殼的內部組成部分是不同的，通常玻璃屏中含鉛量在0%～4%之間，但是相對的玻璃錐和玻璃管頸含量一般在24%左右，玻璃焊料的含鉛量最大，超過70%。目前，科技的發展，也使得黑白電視機逐漸被淘汰，彩色電視機逐漸被大眾所接受，所以如今的研究對象主要是廢棄的彩色CRT玻璃中，因為它的鉛含量比較高。鉛對環境的破壞是潛在的，是一種長久的污染，因為它主要體現在土壤惡化、水體破壞、大氣污染等方面，由于鉛是廢棄CRT玻璃中重要的金屬物質，但是其中的有色金屬也是一方面，也要進行相應的利用和處理。通常，人們只重視鉛的破壞性，而忽略了它也是一種重要的資源，不僅可以制造各種工藝，還可以提高產成品的價值。從國際市場來看，有色金屬逐漸成為市場的主角，它的價格從每噸四、五千元已經飛漲到了每噸二萬元左右，有色金屬的經濟價值逐漸被人們挖掘出來，廢棄的CRT玻璃已經變成了一種可再生的“資源”。如果利用廢棄CRT玻璃生產泡沫玻璃、玻璃陶瓷等建材產品，一定要將工藝技術能力、環境的安全性、資源的利用性和生產成本等內容考慮在內，其中要保證環境不遭到破壞，必須將廢棄CRT玻璃中的有毒有害物質降低到最少，這樣才能保證材料的價值大于危害，通常我們衡量產品的危害性的程度是利用國家的統一標準，即利用以含鉛CRT玻璃制造的產品中鉛的浸出率來判斷的，而且還要將該產品在人們心中的環境友好程度考慮在內?！百Y源的利用性”是充分將材料的優缺點展現出來，例如利用無鉛的屏玻璃良好的光學性能進行高檔的玻璃工藝品的生產，利用含鉛的錐玻璃進行一般的建筑材料?！吧a成本”是在成本一定的情況下，提高產品的市場價值。一般要占有絕對的市場，產品必須要具有環境友好性、生產技術強、成本較低、性價比高的特點，廢棄CRT玻璃的價值是值得開發的，作為建筑行業的重要材料必須要進行各種實驗，保證材料的資源化利用。
3、CRT玻璃建材制品生產
利用廢棄CRT玻璃進行建筑材料的生產也有一定的技術標準要遵守，如下面的表1所示就是某一企業的技術標準。從表中可以得到如下結論：研究數據一在體積密度方面遠遠超過了行業標準，“導熱系數”也沒有進行具體的實驗進行詳細的測定，相對于已存在的技術標準和產品功能有很大的差距，缺乏正確的指導性。然而，研究數據二則表明它的技術標準和產品和行業標準有很好的兼容性，銜接性好。
3.1 泡沫玻璃的應用
含鉛CRT玻璃對生產泡沫玻璃是否有促進作用？基于鉛的環境污染性，如果在生產泡沫玻璃中加入鉛的成分，不僅會影響泡沫玻璃的體積密度、導熱系數還會對環境產生一定的負影響。一般含鉛量比較少的屏玻璃和錐頸玻璃的密度分別在2.7g/cm3和3.0 g/cm3左右，同樣的生產工序，含鉛的泡沫玻璃的體積密度更大，這就使得這種玻璃和標準的差距更大。表1中顯示研究數據一的體積密度是比較大的，這可能是因為發泡程度不足和含鉛較多導致的，而且，如果泡沫玻璃中鉛的含量過多還會增加玻璃的導熱性能，隨著氧化鉛的揮發，不僅影響職工的身體還會造成玻璃的變質，出現重金屬浸出問題等，這些不良的危害都是該產品的副作用，不僅破壞了環境也不利于泡沫玻璃的利用。所以，目前這種含鉛的泡沫玻璃已經受到了限制，如果必須使用這種玻璃才能完成建筑任務，那么一定要衡量好泡沫玻璃的價值和危害，在環境污染降低到最小的情況下，利用一定的技術進行約束和限定。無論是環境方面還是技術方面，筆者都不建議將這種有害的含鉛玻璃投入到建筑行業中。
3.2 玻璃陶瓷
在粘土燒結制品中摻入少量的廢棄CRT屏玻璃（5-10w%t），則CRT玻璃在燒結過程中主要起助熔劑作用，不但可降低燒結溫度，節約燃料，降低生產成本，而且能同時改善制品性能。當摻量較大時，則主要形成玻璃陶瓷。有報導采用屏玻璃和錐玻璃分別與鋁土和石灰石混合燒結以制備玻璃陶瓷的研究。首先將一定比例的混合物料加熱至1500℃形成玻璃陶瓷，然后空氣冷卻并在900-1100℃保溫0.5-8h，以促進玻璃陶瓷的結晶。
泡沫陶瓷范文6
陶瓷作為一種傳統材料在建筑建造中一直都占有著一席之地，尤其被很多拉丁裔建筑師廣泛應用。像眾所周知的高迪，在美國和西班牙都有很多建成作品的RafaeI Guastavino，以及同時擅長用磚和陶瓷磚的烏拉圭建筑師Eladio Dieste（圖1）。陶瓷磚在建造薄殼結構時擁有輕質、美觀的特性，是傳統磚無法比擬的，作為同時能夠滿足結構和裝飾的材料，陶瓷是獨一無二的。
我們的隊伍是由我和另外兩個來自阿根廷的建筑師組成的。阿根廷裔建筑師對于建構無比癡迷，尤其是對高新科技并無依賴的殼結構建造，一方面是因為阿根廷本土的工業不夠發達，另一方面是文化的傳承。這也定下了這個項目的初始基調：用陶瓷做殼結構。
但如果僅僅是重新建造一個陶瓷殼結構是遠遠不夠的，或者說是無法激起我們的興趣的。所以我們重新審視了傳統殼結構的弊端以及在先進社會不再流行的原因：經驗豐富的建筑工匠的缺失以及人力的昂貴。以此為出發點，我們提出了數字分析結構、細分以及機器建造的概念，這就讓整個項目非常完整而又新穎地組織起來了（圖2）。
整個研究分為兩個主要方向：建構和數字控制。而建構又被分為由上而下和由下而上兩種研究方式。前一種是從殼結構整體出發對形體細分與裝配策略進行探索，后一種是從燒制的陶瓷單體出發，研究其搭建邏輯和幾何形體限制。而數字控制方面又包括找形、細分優化、板塊細分、機器建造模子以及機器裝配（圖3）。
作為課程設計，陶瓷單體最初的做法是澆鑄。首先將制造好的木頭單體模型用石膏進行一次翻模，然后灌入陶土，待澆筑完畢，再經過二次燒制和一次燒釉得成。在結課后的持續研究中，我們已經把整個制作方法改為機器壓制，這樣一方面提高了工作效率，另一方面也增加了單體的幾何精確度（圖4）。
單體的設計由等邊三角形發展，采取兩種不同的剖面形狀，兩者邊緣互相重疊，一高一低。這樣做的目的是為了使殼體的結構加強部分（水泥和鋼筋）只存在于兩單體交疊后產生的中間凹槽中（圖5）。而殼結構內部則是連續的陶瓷細分曲面。由此得出的建造邏輯（圖6）由低到高為：1）機器切割的建造支撐模子；2）精確機器定位的單體；3）位于單體中間的鋼筋；4）第一層混凝土；5）第二層鋼筋與混凝土（最后的第二層混凝土已經在后期的研究中經過結構優化而取消）。當然殼結構的建造中一個非常關鍵的步驟就是現場裝配，現實中常常因為運輸、空間、設備的限制而無法進行。所以在此項目中我們對整體的殼結構進行了再一次大尺度的細分，細分的目的是為了讓每個單塊都在可操作的范圍內，通過在現場安裝好單個體塊之后再在塊與塊的縫隙中澆筑混凝土來完成裝配（圖7）。
除了對于材料和建造的研究外，數字計算貫穿了整個設計。計算機的利用無疑提高了我們的工作效率，也讓我們有更多的方式來體驗和預實現我們的早期設計與后期更改。同時通過計算來控制建造設計流程，也讓整個項目與早期其他陶瓷建造項目區分開來，做到更精確、更多元和更迅速。作為全部數字流程中的第一步，找形為后來的所有研究定下了基調，像之前提到的，我們所有的陶瓷單體都是通過一個模子澆筑而成的等邊三角形。為了降低成本，增加精確度，在找形的過程中每個單體三角形的邊長形變就成了最重要的影響因素。不同于傳統的最小曲面模擬（純壓力曲面），我們從平面布置好的等邊三角形出發進行模擬，得出最優曲面后再對所有邊長的長度差進行最小優化（圖8），經過一系列的優化后使每個單體的形變都在最終制作單體的接受范圍之內。
在傳統的殼結構建造過程中，支撐模子一直都是一大難題，從腳手架到EladioDieste的可重復使用的木質支撐再到LeCobusier在PhilipsPavilion建造時用到的沙模支撐，每種都各有優缺點。作為整個研究的重要組成部分，我們也提出并實驗了幾種不同支撐模子，有別于前人研究的地方在于，不論是高密度泡沫、砂子還是鋼柱矩陣（圖9），都是通過機器臂來操作完成的?；陔娔X模型生成的編碼傳入到機器臂，并換取不同的機器“頭”來達成不同的任務，像切砂子、泡沫用到的CNC鉆頭和推動鋼柱矩陣用到的自制機器鋁針。機器的精準讓我們能把模子的誤差控制在毫米范圍內，也避免了支撐模子的粗糙帶來的各種建造裝配難題。最終的建造模子方案經過對成本與效率各方面權衡而采用了可回收并反復利用的高密度泡沫。
機器協助建造的最后一步是裝配，由于每個陶瓷單體定位的誤差會對后面的建造產生巨大的影響，這一步的精確度就顯得尤為重要。而數字控制機器臂的使用幫助我們達成了目標。圖10顯示的裝配流程為：先定位擺放位于圖中深色三角形上的單體（邊沿低的單體），之后再擺放邊沿高的單體也就是在圖中淺色的三角形的位置，而這里的機器“頭”又換成了吸盤。這種裝配策略的優勢會在大規模的工廠生產中得到更好的體現，這也是我們在課程設計中一直想達到的目標：建立一套合理有效并精確的工業生產流程，為之后的持續研究做最大限度的準備。