一種具有梯度孔結(jié)構(gòu)的泡沫玻璃的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高溫隔熱、隔音與防爆等工業(yè)領(lǐng)域，特別涉及一種具有梯度孔結(jié)構(gòu)的泡沫玻璃的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]泡沫玻璃是一種內(nèi)部含有很多封閉微小氣孔的無機(jī)材料，不但具有隔熱、吸音、不燃燒、不霉變、不腐爛、不透氣、不吸水等優(yōu)點(diǎn)，而且還具有化學(xué)穩(wěn)定性好、耐冷熱沖擊等特點(diǎn)。由于具有上述優(yōu)點(diǎn)，泡沫玻璃廣泛應(yīng)用于低熱絕緣、防潮工程、吸聲降噪、隔熱隔音等領(lǐng)域。此外，泡沫玻璃還可用于吸收由于爆炸或地震所產(chǎn)生的沖擊波，因此可廣泛代替水泥、鋼鐵和混凝土用在建筑物的外、內(nèi)墻體上，此類泡沫玻璃要求具有較高的強(qiáng)度以及梯度孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。然而，一般普通的泡沫玻璃強(qiáng)度不高，這就大大限制了其在建筑等方面的應(yīng)用。開發(fā)高強(qiáng)度的泡沫玻璃已成為泡沫玻璃的研宄熱點(diǎn)。
[0003]另外一方面，多孔玻璃的梯度孔結(jié)構(gòu)具有重要意義，其重量更輕，可以更好地適應(yīng)載荷變化而設(shè)計(jì)成等/變應(yīng)力截面結(jié)構(gòu)材料，提高了多孔玻璃的設(shè)計(jì)性，有利于進(jìn)一步提高材料的隔熱性能；同時(shí)作為結(jié)構(gòu)材料具有更高的比剛度和通透性。
[0004]目前國內(nèi)外用于制備泡沫玻璃大都采用添加造孔劑發(fā)泡的方法。但是由于造孔劑自身特性及分解產(chǎn)物的作用易使所制得泡沫玻璃的泡壁厚薄不均勻，易形成連通結(jié)構(gòu)，孔結(jié)構(gòu)大小不一，孔徑分布較寬，因而以造孔劑發(fā)泡的傳統(tǒng)方法制備的泡沫玻璃強(qiáng)度較低，性能不穩(wěn)定，難以滿足建筑領(lǐng)域的要求。另一方面，通過添加造孔劑方法很難獲得具有梯度孔結(jié)構(gòu)的多孔玻璃。目前，利用熱等靜壓技術(shù)，采用“氣體原子固溶-氣體原子釋放成孔”制備、梯度孔結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)泡沫玻璃的方法尚未有報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有泡沫玻璃中存在孔及孔壁結(jié)構(gòu)不均勻以及力學(xué)性能差等問題，而提出一種結(jié)構(gòu)合理、具有良好力學(xué)性能的具有梯度孔結(jié)構(gòu)的泡沫玻璃的制備方法。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0007]一種具有梯度孔結(jié)構(gòu)的泡沫玻璃的制備方法，包括以下步驟:
[0008]I)將Pyrex玻璃粉末置于熱等靜壓爐中并通入惰性氣體，進(jìn)行高溫高壓燒結(jié)保溫后冷卻至室溫，得到惰性氣體固溶在玻璃間隙中的玻璃體，其中，燒結(jié)溫度為1000-1300 0C，保溫l-2h ；
[0009]2)將步驟I)得到的惰性氣體固溶在玻璃間隙中的玻璃體在800-1100°C條件下進(jìn)行熱處理，保溫5-30min，冷卻至室溫，獲得具有梯度孔結(jié)構(gòu)的泡沫玻璃。
[0010]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟I)中，惰性氣體為氬氣或氮?dú)狻?br>[0011]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟I)中，熱等靜壓爐中的惰性氣體壓力為30-150MPa。
[0012]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，Pyrex玻璃粉末的型號(hào)選用Pyrex7740玻璃粉末、Pyrex7760玻璃粉末、Pyrex 7250玻璃粉末或Pyrex 7070玻璃粉末中的一種。
[0013]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，Pyrex玻璃粉末的粒徑為3_10 μπι。
[0014]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟I)中，熱等靜壓爐中從室溫升至燒結(jié)溫度的升溫速率為200-400°C /h，從燒結(jié)溫度降至室溫的降溫速度為400-700°C /h。
[0015]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟2)中，熱處理時(shí)的氣氛壓力為0.1MPa或真空條件。
[0016]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟2)中，熱處理時(shí)從室溫升至800-1100°C的升溫速率為 200-400 °C /h。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的技術(shù)效果:
[0018]本發(fā)明摒棄傳統(tǒng)上普遍應(yīng)用的造孔劑，創(chuàng)新性地直接采用高溫高壓將大量惰性氣體原子溶解到玻璃體中，再利用玻璃中容納的大量惰性氣體原子在常壓或真空條件下加熱過程中逸出而成孔。氣體逸出時(shí)從塊體玻璃底部向上擴(kuò)散，擴(kuò)散過程中小氣孔合并形成大氣孔。由此，在整個(gè)泡沫泡沫玻璃的厚度方向上就形成了不同大小的閉合氣孔。這種結(jié)構(gòu)的泡沫玻璃，可以更好地適應(yīng)載荷變化而設(shè)計(jì)成等/變應(yīng)力截面結(jié)構(gòu)材料，提高了多孔玻璃的設(shè)計(jì)性，有利于進(jìn)一步提高材料的隔熱性能；同時(shí)作為結(jié)構(gòu)材料具有更高的比剛度和通透性。此外，本發(fā)明的制備工藝簡單，易于操作，而且通過調(diào)控?zé)岬褥o壓壓力可獲得不同氣孔率、不同孔徑尺寸的具有梯度結(jié)構(gòu)的閉孔泡沫玻璃，而且還有高強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明實(shí)施例所得具有梯度孔結(jié)構(gòu)的泡沫玻璃的顯微結(jié)構(gòu)照片。
【具體實(shí)施方式】
[0020]現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例和附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的實(shí)施并不僅限于此。
[0021]實(shí)施例1:
[0022]第一步:稱取Pyrex7740玻璃粉末18g，放入石墨i甘禍中在熱等靜壓爐子中，填充氬氣至70MPa，以400°C/h從室溫升至1000°C，并保溫2h，保持氣體壓力為70MPa，以500°C /h冷卻至室溫，得到氣孔率為5%的Pyrex玻璃塊體。
[0023]第二步:將氣孔率為5%的Pyrex7740玻璃塊體放入空氣燒結(jié)爐中，在氣氛壓力為0.1MPa時(shí)，以200°C /h從室溫升至800°C，并保溫30min，隨爐冷卻至室溫后即獲得具有梯度結(jié)構(gòu)的泡沫玻璃材料，氣孔率為86%，材料底部的平均孔徑為30 μ m，孔徑隨著材料厚度方向從底部的到頂部逐漸增大至400 μπι。
[0024]實(shí)施例2:
[0025]第一步:稱取Pyrex7250玻璃粉末18g，放入石墨i甘禍中在熱等靜壓爐子中，填充氬氣至30MPa，以200°C/h從室溫升至1200°C，并保溫lh，保持氣體壓力為40MPa，以400°C /h冷卻至室溫，得到氣孔率為7%的Pyrex玻璃塊體。
[0026]第二步:將氣孔率為7%的Pyrex7250玻璃塊體放入真空燒結(jié)爐中，在氣氛壓力為真空時(shí)，以300°C/h從室溫升至950°C，并保溫lOmin，隨爐冷卻至室溫后即獲得具有梯度結(jié)構(gòu)的泡沫玻璃材料，氣孔率為80%，材料底部的平均孔徑為10 μ m，孔徑隨著材料厚度方向從底部的到頂部逐漸增大至240 μ m。
[0027]實(shí)施例3:
[0028]第一