一種大密度泡沫玻璃的制備方法

專利名稱：一種大密度泡沫玻璃的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種泡沫玻璃的制備方法，特別是一種可用于建筑物墻壁 內部和外部立面的大密度泡沫玻璃的制備方法。
背景技術：
在過去數十年里，世界上己經發生了多次恐怖分子對一些國家政府建
筑物的恐怖襲擊事件。例如，1993年，恐怖分子引爆了位于紐約市世貿中 心車庫內的汽車炸彈，造成生命損失和重大的財產損失。1995年， 一些極 端分子引爆了位于俄克拉荷馬市的聯邦大樓外的卡車，也造成了重大的生 命和財產損失。1998年，美國駐內羅畢和達累斯薩拉姆的使館也遭受到恐 怖分子的汽車炸彈襲擊，分別造成重大的生命和財產損失。2002年，在紐 約市的世貿中心和弗吉尼亞的五角大樓發生的災難事件，這一切進一步強 調了迫切需要開發和制造能夠承受汽車炸彈爆炸和其他類似恐怖襲擊的 沖擊波的建筑材料。
雖然使用泡沫玻璃作為結構材料的概念是本領域公知的，但通常這種 泡沫玻璃被用作隔熱保溫材料，因此試圖使其密度和重量最小化，且不適 于從意外爆炸的沖擊波吸收足夠的能量或抗地震。
美國人佩德羅 M 布阿爾克 德馬塞多在中國專利CN1642730A中 公幵了一種以飛灰(煅燒型F)，石英砂，碳酸鹽，堿性金屬硅酸鹽，硼酸， 糖，水等為原料，先按照配方配料，配好的配合料采用濕法球磨后，將生 成的漿料干燥，然后在95(TC下將干燥的漿料煅燒40min，讓原材料充分
反應，分解成精細、均勻分散的碳，最后將煅燒并研磨成粉末的配合料放
入模具中加熱到850。C發泡。所制備的試樣密度25 100磅/立方英尺(約 等于0.4 1.6g/cm3)。該方法對配合料采用兩次煅燒工藝，制備工藝復雜， 燒成溫度高，且所得到的試樣密度最大可以達到1.6 g/cm3。 CN101014461A 公開了一種小孔徑堅固的高密度泡沫玻璃，所用的原料和制備工藝與 CN1642730A相同，所制備試樣的孔徑為0.3 lmm，密度小于100磅/立 方英尺(約等于1.6g/cm3)。此發制備的泡沫玻璃孔徑較小，對充分吸收沖 擊波不利。

發明內容
本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種燒成溫度 低，密度高，制備工藝簡單的大密度泡沬玻璃的制備方法，按照本發明的 制備方法得到的泡沫玻璃的密度為1.5 2.5 g/cm3，孔徑0.5 3.0mm，抗 折強度可達到2.0 6.0MPa。
為達到上述目的，本發明采用的技術方案是
1) 首先將密度大于3.0g/cm3的碎玻璃清洗干凈，烘干后球磨成為200 目以下的粉末；
2) 按質量分數將95 99%的碎玻璃粉末，1 5%的SiC或TiN放入 到球磨罐中球磨至200目以下；
3) 將上述球磨后粒^徑為200目的配合料加入到耐熱鋼模具中，最后 將模具移入隧道窯、輥道窯或推板窯內按照以下過程燒成；
預熱階段，自室溫以10 12。C/min的升溫速度升溫至40(TC后，保溫 20 30min;
發泡階段，升溫速度為15 20。C/min升溫到800-850。C;
穩泡階段，在800 85(TC恒溫下保溫30 60min;
4) 快速冷卻階段，冷卻速度為15 25°C/min，冷卻至500 550°C， 恒 顯時間30 60min;
5) 退火階段，降溫速度為l 2°C/min，退火至50°C以下得泡沫玻璃。 本發明以密度大于3.0g/cm3的碎玻璃為原料；密度大于3.0 g/cm3的碎
玻璃可以選擇玻璃組成中PbO， BaO， SrO等重金屬含量較高的玻璃，例 如高鉛晶質玻璃，陰極射線管錐玻璃，高折射率玻璃等；以SiC或TiN為 發泡劑；發泡劑SiC或TiN有助于泡沫玻璃在制備過程中產生晶體，有利 于提高泡沫玻璃磚的力學性能。因此，該大密度泡沫玻璃可以吸收爆炸能
量。該泡沫玻璃可以與水泥、鋼或其他高強度建^:物材料結合，用在恐怖
襲擊高危險區的建^[物的關鍵表面內部和外部的立面，且具有剛性結構的 優點，當面臨沖擊波時，所述磚可以吸收爆炸能量的主要部分。
具體實施例方式
實施例l:首先將密度大于3.0g/cmS的碎玻璃清洗干凈，烘干后球磨 成為200目以下的粉末;然后按質量分數將95%的碎玻璃粉末和5%的SiC 放入到球磨罐中球磨至200目以下；將上述球磨后粒徑為200目的配合料 加入到耐熱鋼模具中，最后將模具移入隧道窯、輥道窯或推板窯內按照以 下步驟燒成；自室溫以10。C/min的升溫速度升溫至40(TC后，保溫20min 后；再以2(TC/min的升溫速度升溫到82(TC后保溫30min;快速冷卻階段， 冷卻速度為25°C/min，冷卻至50(TC，恒溫時間30min;退火階段，降溫 速度為rC/min，退火至50'C以下得泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃結構均 勻，平均泡徑1.5mm,密度為1.8g，cm—3，抗折強度達到1.8MPa。
實施例2:首先將密度大于3.0g/cr^的碎玻璃清洗干凈，烘干后球磨
成為200目以下的私、末;然后按質量分數將97%的碎玻璃粉末和3%的TiN 放入到球磨罐中球磨至200目以下；將上述球磨后粒徑為200目的配合料 加入到耐熱鋼模具中，最后將模具移入隧道窯、輥道窯或推板窯內按照以 下步驟燒成；自室溫以lrC/min的升溫速度升溫至40(TC后，保溫28min 后；再以18'C/min的升溫速度升溫到840'C后保溫40min;快速冷卻階段， 冷卻速度為20°C/min，冷卻至550。C，恒溫時間40min;退火階段，降溫 速度為1.5'C/min，退火至5(TC以下得泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃結構 均勻，密度為1.9g，cm'3，平均泡徑1.4mm，抗折強度達到2.1 MPa。
實施例3:首先將密度大于3.0g/ci^的碎玻璃清洗干凈，烘干后球磨 成為200目以下的粉末;然后按質量分數將96%的碎玻璃粉末和4%的SiC 放入到球磨罐中球磨至200目以下；將上述球磨后粒徑為200目的配合料 加入到耐熱鋼模具中，最后將模具移入隧道窯、輥道窯或推板窯內按照以 下步驟燒成；自室溫以12。C/min的升溫速度升溫至400。C后，保溫25min 后；再以15'C/min的升溫速度升溫到80(TC后保溫50min;快速冷卻階段， 冷卻速度為18°C/min，冷卻至500°C，恒溫時間50min;退火階段，降溫 速度為2"C/min，退火至5(TC以下得泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃結構均 勻，密度為2.1g*cm'3，平均泡徑1.4mm，抗折強度達到2.0 MPa。
實施例4:首先將密度大于3.0g/cr^的碎玻璃清洗干凈，烘干后球磨 成為200目以下的粉末;然后按質量分數將97%的碎玻璃粉末和3%的TiN 放入到球磨罐中球磨至200目以下；將上述球磨后粒徑為200目的配合料 加入到耐熱鋼模具中，最后將模具移入隧道窯、輥道窯或推板窯內按照以 下步驟燒成；自室溫以lrC/min的升溫速度升溫至40(TC后，保溫23min 后；再以19'C/min的升溫速度升溫到83(TC后保溫60min;快速冷卻階段，
冷卻速度為23°C/min，冷卻至530°C，恒溫時間40min;退火階段，降溫 速度為1.5°C/min，退火至5(TC以下得泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃結構 均勻，密度為2.2g'cm'3，平均泡徑l.l醒，抗折強度達到4.0 MPa。
實施例5:首先將密度大于3.0g/cW的碎玻璃清洗干凈，烘干后球磨 成為200目以下的粉末;然后按質量分數將98%的碎玻璃粉末和2%的SiC 放入到球磨罐中球磨至200目以下；將上述球磨后粒徑為200目的配合料 加入到耐熱鋼模具中，最后將模具移入隧道窯、輥道窯或推板窯內按照以 下步驟燒成；自室溫以12'C/min的升溫速度升溫至40(TC后，保溫30min 后；再以16°C/min的升溫速度升溫到840'C后保溫30min;快速冷卻階段， 冷卻速度為20°C/min，冷卻至550°C，恒溫時間60min;退火階段，降溫 速度為rC/min，退火至5(TC以下得泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃結構均 勻，密度為2.5g'cm'3，平均泡徑0.7mm,抗折強度達到5.0MPa。
實施例6:首先將密度大于3.0g/cmS的碎玻璃清洗干凈，烘干后球磨 成為200目以下的粉末;然后按質量分數將99%的碎玻璃粉末和1%的SiC 或TiN放入到球磨罐中球磨至200目以下；將上述球磨后粒徑為200目的 配合料加入到耐熱鋼模具中，最后將模具移入隧道窯、輥道窯或推板窯內 按照以下步驟燒成；自室溫以irC,/min的升溫速度升溫至40(TC后，保溫 20min后；再以17°C/min的升溫速度升溫到850。C后保溫40min;快速冷 卻階段，冷卻速度為15°C/min，冷卻至52(TC，恒溫時間30min;退火階 段，降溫速度為1.5'C/min，退火至50"C以下得泡沫玻璃。所形成的泡沫 玻璃結構均勻，密度為1.9g*cm—3，平均泡徑1.3mm，抗折強度達到2.3 MPa。
本發明適合生產板塊狀產品，但是對于其燒成制度要求較高，具體到 燒成曲線大致分為四個階段(l)升溫預熱階段，升溫速度為10 12°C/min，
至40(TC后保溫20 30min，目的在于使配合料充分預熱，減少由于升溫 速度過快，導致配合料整體溫差(2)發泡穩泡階段，發泡過程中升溫速 度為15 2(TC/min，快速升溫可以避免發泡劑在高溫下與氧氣燃燒從配合 料中逸出，根據本發明所用原料，其發泡溫度范圍800 85(TC，恒溫時間 為30 60min;目的是讓配合料在發泡溫度下充分發成均勻的泡沫玻璃。
(3)快速降溫階段，目的在于使發泡的熔融玻璃快速冷卻，使之泡孔結 構固定下來。冷卻速度為15 25°C/min，冷卻至500 550°C，恒溫時間 30 60min;恒溫作用主要考慮使塊狀體內外溫度均勻，為進入退火階段 做好準備；(4)緩慢降溫退火階段，降溫速度為l 2°C/min，該階段主要 作用在于解除因快速降溫帶來的熱應力，使泡沫玻璃制品具有良好的機械 性能。
本發明不但有利于廢物利用，保護環境，而且制得的泡沫玻璃密度大， 結構強度高導熱系數低、制備工藝簡單、施工操作簡便。因此，本發明不 但可以有效地保護環境，變廢為寶，而且該大密度泡沬玻璃磚可以吸收爆 炸能量，減少因恐怖襲擊對人身和財產的損失，具有明顯的經濟效益、環 保效益。具有廣闊應用前景。
權利要求
1、一種大密度泡沫玻璃的制備方法，其特征在于1)首先將密度大于3.0g/cm3的碎玻璃清洗干凈，烘干后球磨成為200目以下的粉末；2)按質量分數將95～99％的碎玻璃粉末，1～5％的SiC或TiN放入到球磨罐中球磨至200目以下；3)將上述球磨后粒徑為200目的配合料加入到耐熱鋼模具中，最后將模具移入隧道窯、輥道窯或推板窯內按照以下過程燒成；預熱階段，自室溫以10～12℃/min的升溫速度升溫至400℃后，保溫20～30min；發泡階段，升溫速度為1 5～20℃/min升溫到800-850℃；穩泡階段，在800～850℃恒溫下保溫30～60min；4)快速冷卻階段，冷卻速度為15～25℃/min，冷卻至500～550℃，恒溫時間30～60min；5)退火階段，降溫速度為1～2℃/min，退火至50℃以下得泡沫玻璃。
全文摘要
一種大密度泡沫玻璃的制備方法，首先將密度大于3.0g/cm³的碎玻璃粉末和SiC或TiN放入到球磨罐中球磨至200目以下并加入到耐熱鋼模具中，最后將模具移入發泡爐燒成；經發泡及快速冷卻和退火后得泡沫玻璃。本發明以各種密度大于3.0g/cm³的碎玻璃為原料；以SiC或TiN為發泡劑；發泡劑SiC或TiN有助于泡沫玻璃在制備過程中產生晶體，有利于提高泡沫玻璃磚的力學性能。因此，該大密度泡沫玻璃可以吸收爆炸時的沖擊波能量。該泡沫玻璃可以與水泥、鋼或其他高強度建筑物材料結合，用在恐怖襲擊高危險區建筑物的關鍵表面內部和外部的立面，且具有剛性結構的優點，當面臨沖擊波時，所述磚可以吸收爆炸能量的主要部分。
文檔編號C03C11/00GK101182123SQ200710019008
公開日2008年5月21日 申請日期2007年11月6日 優先權日2007年11月6日
發明者劉新年, 鍵 王, 王少龍, 趙彥釗, 郭宏偉, 陳云建, 高檔妮, 高淑雅 申請人:陜西科技大學