專利名稱：陶瓷吸聲材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種耐候性優異的陶瓷吸聲材料，其表面很難被弄臟，它適合用作道路或鐵路的聲障材料。
迄今，吸聲材料典型地是礦物纖維吸聲材料，如玻璃棉或巖棉。然而，礦物纖維吸聲材料存在的缺點是當其吸收水分時，吸聲性能顯著下降，并且由于它們是由纖維構成的，隨著時間的延續，它們出現變形或易于在高速空氣流的作用下開裂或剝落。
還有，其中在石膏板中形成大量滲透孔的吸聲材料是眾所周知的。在由存在大量滲透孔的石膏板構成的的吸聲材料中，通過滲透孔的共振聲能被吸收。然而，它存在的一個缺點是吸聲僅在特定的頻率下才會出現。為了克服這個缺點，在背面或襯里處形成一個空氣層，如在背面放置玻璃棉。然而，這些方法又要求較多的勞力。
最近，已開發了陶瓷或水泥吸聲材料，由于其優異的耐候性，它可用于室外，并且其具有絕熱效果和阻燃性。例如，日本專利(延遲公開)110692/1995提出了一種其中在多孔陶瓷中形成大量非貫通孔的吸聲材料。然而，由多孔陶瓷構成的吸聲材料在表面具有大量的細連通孔。當這種材料用于室外時，其易于被弄臟，并且一旦粘附上污垢，就很難清除。
同時，日本專利(延遲公開)27504/1974公開了一種通過在用于吸聲的多孔陶瓷外表面上涂一層釉從而改善表面強度的吸聲材料。不管怎樣，該釉層涂敷在外表面上，當連通孔被釉填滿時，無法確保吸聲所要求的空氣滲透性。因此，為了保留連通孔，從表面到多孔陶瓷組織內部，釉層是可滲透的。結果，連通孔導致在表面上留下細小的凸起或下壓部分，因此就容易粘附污垢，并且一旦粘附上污垢，就難以清除。
在此情況下，本發明目的是提供一種在寬廣的頻率范圍內吸聲性能優異的多孔陶瓷吸聲材料，其具有優異的耐候性，并且特別不容易被弄臟。而且一旦其粘附上污垢也容易清除，并且它在較長的時間內能夠保持良好的外觀。
本發明的目的可通過包括陶瓷塊的陶瓷吸聲材料來實現，該陶瓷塊是通過向至少一種選自于耐火粘土和耐火粘土熟料的成分中加入可燃性成孔材料并燒結該摻合物而獲得的，其所具有的連通孔大多數的孔徑為0.2-2000μm，它具有至少1cm3·cm/cm2·sec(秒)·cmH2O的空氣滲透率，其中在表面上形成大量吸聲孔或吸聲槽。僅在除吸聲孔或吸聲槽的內周邊表面和底表面之外的表面上涂敷釉形成一個釉層，該釉層填滿了連通孔，并且其基本上沒有空氣滲透性。
圖1是表明實施例1中的各陶瓷吸聲材料吸聲系數的曲線。
圖2是表明實施例2中的各陶瓷吸聲材料吸聲系數的曲線。
圖3是表明實施例3中的各陶瓷吸聲材料吸聲系數的曲線。
圖4是表明實施例4中的各陶瓷吸聲材料吸聲系數的曲線。
在本發明的陶瓷吸聲材料中，吸聲孔或吸聲槽還能在多孔陶瓷塊的表面上形成，并且僅在除吸聲孔或吸聲槽之外的剩余表面上形成釉層。該釉層填滿了陶瓷塊表面上的連通孔，因此表面不容易被弄臟，而一旦粘附上污垢也易于清除。同時，本發明的陶瓷吸聲材料由于吸聲孔或吸聲槽沒有被釉涂敷，其表現出優異的吸聲性能。
通過將成孔材料加入到耐火粘土和/或耐火粘土熟料中形成灰漿或泥漿、澆注成型或擠出成型灰漿或泥漿、并進行燒結，從而獲得本發明中所用的陶瓷塊。成孔材料是在燒結時燃燒形成微孔的材料，并且可以使用粒徑大約為0.5-2mm的泡沫聚苯乙烯顆粒或木屑如鋸末。當使用泡沫聚苯乙烯顆粒時，同時引入通過將耐火粘土或耐火粘土熟料與表面活性劑混合而獲得的氣泡是合理的。還有，燒結溫度是1000℃或更高，優選1200-1700℃。
用這種方法獲得的陶瓷塊是具有大多數孔徑為0.2-2000μm的連通孔的多孔塊體。該多孔陶瓷塊的空氣滲透率可隨與耐火粘土或耐火粘土熟料混合的成孔材料的種類、形狀、粒徑、粒徑分布和燒結條件而變化。當空氣滲透率達到至少1cm3·cm/cm2·sec(秒)·cmH2O時，陶瓷本身就提供了吸聲性能。
在本發明所用的陶瓷塊中，在垂直于以上所獲得的陶瓷塊的厚度方向的表面上形成大量貫通的或非貫通的吸聲孔或吸聲槽(當吸聲槽以縱向和橫向形成時，就是非貫通槽)。這樣，通常既形成吸聲孔，又形成吸聲槽，但也可能形成兩種或多種類型的復合孔或槽，如非貫通的吸聲孔和貫通的吸聲孔；或非貫通的吸聲孔和非貫通的吸聲槽。
在其中形成吸聲孔或吸聲槽的陶瓷塊中，僅將釉涂敷在表面上以便在表面上形成填滿陶瓷塊的連通孔并基本沒有空氣滲透性的釉層。涂敷釉的方法優選地是浸漬法，將釉僅涂敷在表面上，而不將其附著在所形成的吸聲孔或吸聲槽的內周邊表面或底表面上。在噴釉的情況下，要格外小心不要將釉附著在吸聲孔或吸聲槽的內周邊表面或底表面上。當釉附著在吸聲孔或吸聲槽的內周邊表面或底表面上時，穿過吸聲孔或吸聲槽的空氣滲透性將降低，盡管吸聲性能取決于被釉層填滿的表面積，但吸聲性能還是將隨之降低。
當所用的釉和作為基體的多孔陶瓷之間的熱膨脹差別較大時，釉層有從表面上剝落的危險。因此，陶瓷主要由主要礦物為莫來石且膨脹系數較低的耐火粘土構成，所以，釉的熱膨脹系數為4.5-5×10- 6/k，滿足這一熱膨脹系數是合理的。特別是，含有SiO2、Al2O3、ZnO、CaO、K2O、Na2O和L2O、且控制其中各成分數量以使熱膨脹系數落入上述范圍內的釉是優選的。還有，當用浸漬法涂敷釉時，根據陶瓷塊的吸水性加入有機膠如CMC并結合浸漬時間來控制所粘附的釉的厚度是合理的。
一般認為本發明表面上具有釉層的的陶瓷吸聲材料的吸聲機理是具有沒有被釉涂敷的吸聲孔或吸聲槽，這樣就產生在陶瓷塊內部起背面空氣層作用的區域，陶瓷塊具有穿過吸聲孔或吸聲槽的空氣滲透性，而且在陶瓷塊內部的背面空氣層在寬廣的頻率范圍內共振，從而能夠保持優異的吸聲性能。
在本發明中，陶瓷塊本身的空氣滲透率至少為1cm3·cm/cm2·sec(秒)·cmH2O，并且從涂敷釉以后的吸聲性能來看，優選至少為2cm3·cm/cm2·sec(秒)·cmH2O。然而，當陶瓷塊的空氣滲透率較大時，陶瓷塊的強度將降低，并且表面的不均勻性也將增加。這樣就需要大量的釉。由于這個原因，空氣滲透率的上限優選為20cm3·cm/cm2·sec(秒)·cmH2O，更優選為8cm3·cm/cm2·sec(秒)·cmH2O。
對于吸聲孔來說，其直徑為5-15mm、并且開口的比例為5-30％是合理的，還有，對于吸聲槽來說，槽的寬度為2-20mm、并且開口的比例為9-40％是合理的。當開口孔或開口槽的開口比例在上述范圍之外時，涂敷釉之前的陶瓷塊本身吸聲系數較低，而本發明涂敷釉以后的陶瓷塊吸聲系數也不滿意。當吸聲孔的直徑小于5mm、而吸聲槽的寬度小于2mm時，穩定的加工處理是困難的，并且當用浸漬法涂敷釉時，釉可能以膜的形式保留在孔或槽的開口部位處。還有，當孔的直徑超過15mm、槽的寬度超過20mm時，陶瓷塊在加工時易于破損。
還有，當非貫通的吸聲孔或吸聲槽的深度小于陶瓷塊的厚度時，可隨意對之進行測定。特別是，在陶瓷塊厚度為25mm或更厚的情況下，非貫通的吸聲孔或吸聲槽的深度優選為20mm或更深。
因此，在本發明陶瓷吸聲材料中，在除吸聲孔或吸聲槽以外的多孔陶瓷剩余表面上形成釉層。因此，陶瓷塊表面上的連通孔可被釉層填滿，其表面不容易被弄臟，而一旦粘附上污垢，也易于清理。另外，由于在表面上保留了沒有釉的吸聲孔或吸聲槽，其表現出幾乎和未涂敷釉之前一樣的優異吸聲性能。
因此，本發明可提供一種吸聲性能優異的多孔陶瓷吸聲材料，其耐候性優異，它特別不容易被弄臟，而一旦粘附上污垢，也易于清除，其在較長的時間內能夠保持良好的外觀。
在本發明中，按照JIS A 1405導管法用建筑材料標準傳聲吸收系數測試方法測量吸聲系數。還有，按照JIS R 2115測量陶瓷塊空氣滲透率，并以沒有考慮空氣粘彈性的數值表示。
實施例將鋸末成孔材料和水加入到耐火粘土和耐火粘土熟料中從而形成泥漿，對之進行擠出成型、干燥、然后在1300℃下燒結，從而形成大多數孔徑為0.2-2000μm、表觀比重為0.8、氣孔率為70％、空氣滲透率為2.6cm3·cm/cm2·sec(秒)·cmH2O和厚度為65mm的陶瓷塊。切割該陶瓷塊從而形成用于測量標準傳聲吸收系數的試樣(直徑為91.6mm)。在其表面上幾乎有規律地形成十二個直徑為8mm、深度為40mm的非貫通吸聲孔，并且其開口比例為9.2％。
隨后，通過浸漬法在具有吸聲孔的該陶瓷塊試樣的吸聲表面上涂敷組成為SiO2∶55重量％、Al2O3∶20重量％、ZnO∶10重量％、CaO∶8重量％、K2O∶2重量％、Na2O∶2重量％、Li2O∶2重量％的釉，并在1100℃下進行燒結，從而在除吸聲孔內周邊表面和底表面之外的表面上形成大約8.2克的光滑釉面層。
測量所獲得的陶瓷吸聲材料的標準傳聲吸收系數，結果表示在表1中，還有，表1還表示了具有同樣吸聲孔的的陶瓷塊在涂敷釉之前的吸收系數和將釉涂敷在吸聲孔內部時的吸聲系數。從圖1中可明顯看出在本發明吸聲材料中，在高峰頻率以上時，吸聲系數有些降低。但在高峰頻率以下時，吸聲系數得到改善，并且在吸聲峰值處，吸聲系數沒有變化，這就有可能保持較高的吸聲性能。當在吸聲孔的內部涂敷釉時，發現吸聲性能明顯降低。
所獲得的陶瓷吸聲材料的標準傳聲吸收系數表示在表2中，同時也表示出具有吸聲孔的陶瓷塊在未涂敷釉之前的吸聲系數。在涂敷釉前后，沒有觀察到吸聲性能降低，而且可獲得較高的吸聲性能。實施例3將泡沫聚苯乙烯珠成孔劑和通過將水和表面活性劑形成的泡沫加入到耐火粘土和耐火粘土熟料中從而形成料漿。對料漿進行澆注、干燥、并隨后在1300℃下燒結，從而形成大多數孔徑為0.2-2000μm、表觀比重為0.52、氣孔率為80％、空氣滲透率為7.7cm3·cm/cm2·sec(秒)·cmH2O和厚度為65mm的陶瓷塊。
切割該陶瓷塊，從而形成用于測量標準傳聲吸收系數的試樣(直徑為91.6mm)，在其表面上幾乎有規律地形成兩個直徑為12mm、深度為25mm的吸聲孔、八個深度為45mm的吸聲孔和兩個貫通孔，其開口比例為20.7％。
隨后，在具有吸聲孔的陶瓷塊試樣的吸聲表面上涂敷與實施例1所用相同的釉，并在1100℃下燒結從而在除吸聲孔內周邊表面和底表面之外的表面上形成7.0克光滑的釉面層。
所獲得的陶瓷吸聲材料的標準傳聲吸收系數表示在表3中，同時也表示出具有吸聲孔的陶瓷塊在未涂敷釉之前的吸聲系數。在涂敷釉前后，沒有觀察到吸聲性能降低，而且可獲得較高的吸聲性能。
所獲得的陶瓷吸聲材料的標準傳聲吸收系數表示在表4中，同時也表示出具有吸聲槽的陶瓷塊在未涂敷釉之前的吸聲系數。在涂敷釉前后，沒有觀察到吸聲性能降低，而且可獲得較高的吸聲性能。
權利要求
1．一種包括陶瓷塊的陶瓷吸聲材料，該陶瓷塊通過以下過程獲得向至少一種選自于耐火粘土和耐火粘土熟料的成分中加入可燃性成孔材料，并燒結該摻合物，它具有大多數直徑為0.2-2000μm的連通孔，其空氣滲透率至少為1cm3·cm/cm2·sec(秒)·cmH2O，其中在表面上形成大量吸聲孔或吸聲槽，僅在除吸聲孔或吸聲槽的內周邊表面和底表面之外的表面上涂敷釉，從而形成填充連通孔的一個釉面層，該釉面層基本上沒有空氣滲透性。
2．權利要求1的陶瓷吸聲材料，其中，釉面層的熱膨脹系數為4.5-5×10-6/K。
3．權利要求1或2的陶瓷吸聲材料，其中，釉主要由SiO2、Al2O3、ZnO、CaO、K2O、Na2O和Li2O組成。
4．權利要求1的陶瓷吸聲材料，其中，成孔材料是粒徑為0.5-2mm的泡沫聚苯乙烯顆粒或鋸末。
5．權利要求1的陶瓷吸聲材料，其中，吸聲孔或吸聲槽是貫通的或非貫通的。
6．權利要求1的陶瓷吸聲材料，其中，吸聲孔的直徑為5-15mm，并且開口比例為5-30％。
7．權利要求1的陶瓷吸聲材料，其中，吸聲槽的寬度為2-20mm，并且開口比例為9-40％。
全文摘要
一種由陶瓷塊構成的陶瓷吸聲材料,該陶瓷塊通過以下過程獲得:向至少一種選自于耐火粘土和耐火粘土熟料的成分中加入可燃性成孔材料,并燒結該摻合物,它具有大多數直徑為0.2—2000μm的連通孔,其中在表面上形成大量吸聲孔或吸聲槽,僅在除吸聲孔或吸聲槽的內周邊表面和底表面之外的表面上涂敷釉,從而形成填滿連通孔的一個釉面層,該釉面層基本上沒有空氣滲透性。該多孔陶瓷吸聲材料吸聲性能和耐候性優異。
文檔編號E04B1/86GK1296933SQ0010464
公開日2001年5月30日 申請日期2000年3月22日 優先權日1999年11月17日
發明者河崎秀尚, 川崎修 申請人:伊索來特工業株式會社