吕海涛，曾令可

（1.贵州民族大学，贵州 贵阳 550025; 2. 华南理工大学，广东 广州 510640）

制备吸声陶瓷板的一种新方法研究

吕海涛1，曾令可2

（1.贵州民族大学，贵州 贵阳 550025; 2. 华南理工大学，广东 广州 510640）

本文以陶瓷基础料、抛光砖废料为主要原料，经球磨混合、料浆干燥、造粒后，再加入普通水泥作为外加剂，混合后再成型、烧成制备吸声陶瓷板，通过TG/DSC、XRD、显微分析等方法对材料进行测试表征。结果显示吸声陶瓷板孔隙率高，且具有大量连通孔的孔结构有助于材料吸声，这种制备方法新颖、简单，易于产业化。

吸声；陶瓷板；孔结构

近几年来，随着我国国民经济、工业生产的迅速发展和人们声环境意识的提高，噪声污染日益为人们所认识和关注。噪声，严重影响人们的正常工作、学习 和生活，而且危害人体健康。长期处在噪音环境下，会使人产生头痛、脑胀、耳鸣、失眠、心慌、记忆力衰退和全身疲乏无力等症状。此外，噪声还会加速建筑物、机械结构的老化，影响设备及仪表的精度和使用寿命[1]。环境噪声的有效控制引起了世界各国政府和科技工作者的重视，开发研究优良的吸音建筑陶瓷就变得十分重要。

抛光砖废料中含有较高量微细SiC，在高温烧成过程中可以分解形成封闭孔洞结构[2]，如能选择使用恰当的外加剂，简单有效的方法使封闭气孔连通起来，使声波能在孔洞中传播，产生能量衰减，从而制造耐水、耐火、耐候、耐腐蚀，装饰性好的吸声陶瓷板具有重要的意义。本文选择普通水泥作为外加剂，提出在“造粒”工序后再加入外加剂的新方法，制备出吸声陶瓷板。

1 原料分析及制备工艺

本实验采用的原料是陶瓷基础料、抛光砖废料、普通水泥，原料成分如表 1所示；分散剂三聚磷酸钠，增强剂羧甲基纤维素。

表1 实验用的主要原料及其成份/wt%

本文吸声陶瓷板的制备采用的工艺流程如图1所示，以陶瓷基础料75wt%、抛光砖废料 25wt%为主要原料，适量的三聚磷酸钠作为分散剂，聚甲基纤维素作为增强剂，采用行星球磨机球磨（料︰ 水︰ 球=1︰0.6︰2），球磨后的料浆采用微波炉干燥至含水量约为 7～8%，再用 30目筛造粒。在该工序后再加入普通水泥(10wt%)作为外加剂，用四角混料法充分混合，这是本论文的一个关键工艺技术，是制备吸声陶瓷板的一种新方法。最后采用SY35实验用液压压砖机压制成型，再在 100℃干燥箱中干燥至恒重。然后在辊道窑生产线（最高烧成温度 1200℃）上烧成制备得多孔吸声陶瓷板。

图1 工艺流程图

普通水泥的成分比较复杂，则考虑可能因为普通水泥所含各化学成分与陶瓷基础料、抛光砖废料在高温时发生系列反应，致使连通孔的出现。为了证明在“造粒”工序后再加入普通水泥的新方法的效果，取参比样：75wt%陶瓷基础料、25wt%抛光砖废料，在此配比基础上，再加 10wt%普通水泥，共同球磨、干燥、造粒、成型、烧成，制备出样品。参比样与吸声陶瓷板配方原料一致，加入普通水泥的工艺节点不同。

2 测试表征方法

实验采用北京世纪建通科技发展有限公司生产的JTZB吸音系数测试系统，参照国家标准GB/T18696.1-2004《驻波管吸音系数和声阻率测量规程》，测试样品的驻波管吸音系数；采用德国耐弛STA449C热分析仪对试样配方料进行热分析；采用荷兰Philips公司X′Pert PRO型全自动X射线衍射仪对试样进行X射线衍射分析；采用SZX10体视显微镜对试样的孔结构等形貌进行分析。

3 结果与分析

实验制备的吸声陶瓷板在160～2000Hz的平均吸音系数为0.255，而参比样在同频率范围内的平均吸音系数只有 0.095。论文进一步对两个试样进行热分析、X射线衍射分析以及形貌分析。

3.1 热分析(TG/DSC)

实验对参比样、吸声陶瓷板试样的配方进行了热分析，结果显示两者的热分析结果没有明显差别，普通水泥在“造粒”工序前后加入，其烧制过程中物理变化和化学变化没有明显区别，显然普通水泥的加入的工艺节点对配方的热效应没有影响。室温至250℃的质量损失为1.45%，主要是排除在干燥工序中没有除掉的自由水； 200℃到800℃烧失量为2.74%，较大，主要是结构水的排除、碳酸盐和有机物的分解；1150℃左右，实验开始发泡生成大量气体，部分气体排出，使质量略有减小，质量损失为0.27%。

120 ℃产生一个吸热峰，是因为自由水挥发吸热；492℃产生吸热峰，是因为结合水、碳酸盐和有机物分解吸热；575℃产生的吸热峰，对应的变化是β-石英转化成α′-石英。1200℃出现吸热峰，是因为高温非平衡状态下，引入的普通水泥发生分解，伴随有大量液相生成，这些液相对颗粒表面的润湿作用进一步加剧了各物相的反应。

3.2 X射线衍射分析（XRD）

将上述试样原料及两种试样进行X射线衍射分析，分析结果显示，试样原料中主要含的晶相是石英和钠长石。烧成后，两试样的主晶相均为石英和钙长石。钙长石的主要化学成分为CaO·Al2O3·2SiO2。普通水泥熟料矿物主要由硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)和铁铝酸四钙(4CaO·Al2O3·Fe2O3)组成。两试样都加入普通水泥作为原料，引入了钙源，高温生成了钙长石[3]，同时消耗了部分石英，反应过程可简单写为下列方程式[4]：

3.3 孔结构对材料吸声性能的影响

实验对配方一致的参比样和吸声陶瓷板试样表面进行抛光，使表面尽量平整，且使孔隙露出来，再对孔结构进行表征，如图2所示：

图2 试样显微图

图 2中可以看出，两个试样孔数量均较多，孔隙率较高，但二者形貌相差较大。从(a)图看出普通水泥在“球磨混合”前加入，试样烧制出来的样品孔隙分布均匀，但明显都是闭孔，不具备吸声材料要求的连通孔。(b)在“造粒”工序后再加入普通水泥作为外加剂的新方法制备出来的吸声陶瓷板试样，具有较好的气孔形貌，孔径分布范围约为0.1mm～2mm，孔径多为连通状，曲折度大，通道复杂，孔径较大。这种结构有利于声波进入孔隙，从而引起微孔内空气振动，气孔中空气受压缩时温度升高，稀疏时温度降低；紧靠孔壁的空气运动较慢，相对远离孔壁的空气运动较快，从而产生黏滞阻力和摩擦作用，再加上材料的热传导效应，共同作用使振动空气的动能转化为热能而衰减，材料吸声性能相应得到提高[5]。显然，大量连通孔的产生和实验工艺有着重要关系。在造粒颗粒中加入普通水泥的工艺对制备连通孔具有重要作用，该技术流程是制备建筑吸声板材的一个关键技术，这种方法新颖、简单，易于产业化。

4 结论

(1) 实验采取配方陶瓷基础料75wt%，抛光砖废料25wt%，外加普通水泥10wt%制备建筑吸音材料，在160～2000Hz的平均吸音系数为0.255。

(2) 试样连通孔的形成与普通水泥水化作用及水泥成分引入没有直接原因；在“造粒”工序后加入普通水泥的工艺技术流程是制备建筑吸声板材的一个新方法，这种工艺过程可形成大量连通孔。

[1] 郭爽.噪声污染的危害与控制[J].中国科技信息,2014,12:31-32

[2] 侯来广, 刘艳春, 曾令可, 等. 陶瓷废料在功能性多孔陶瓷制备中的应用[J]. 佛山陶瓷, 2009, 155(8): 1-4

[3] 黄朝晖, 黄赛芳, 孙浩然, 等. 钙长石/莫来石复相耐高温材料的物相设计[J]. 稀有金属材料与工程, 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] 王海鹏,王俊元,王洪福,曾志强,林娣.陶瓷吸声材料的研究进展[J].中国陶瓷,2014,06:1-4

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1007-6344（2015）09-0107-02

贵州民族大学科研基金资助项目