一种轻质发泡陶瓷及其制造方法 本发明涉及一种轻质发泡陶瓷及其制造方法。
一般而言，无机类的发泡陶瓷比起碳氢氧为主成份的有机发泡陶瓷，由于有较佳的物理化学稳定性，例如以高温燃烧不释放烟雾或毒性物质，能耐酸、碱、有机溶剂等化学侵蚀，良好耐候性等优点，加之其制造过程并不伴随有害废水，废气或不易处理的副产物，有利于生态环境的保护，故在民生建材及工业材料(低温或高温滤材、绝热材、耐火材等)甚至于军事、太空等应用，皆有其难于取代的重要性。
中国台湾有关无机发泡陶瓷的专利有：
6911890：以火山灰、水泥加水硬化得到轻质建材；
76107199：以无机纤维、有机纤维、耐火土、界面活性剂等得到涂布式隔热材料；
77101884：以碳化硅及胶态硅土结合剂高温烧结成互相贯通的空泡；
77107793：以瓷质水泥、玻璃、胶泥、糊精溶液、白土砖等高温烧结面成局部连接孔隙发泡体；
78106198：以氧化铝、二氧化钛、锂辉石高温烧结成微膨胀高比重(＞3.0)之耐火材料；
80102112：以粘土粉末，煤尘混合烧结成连续孔隙发泡体；
80109036：以氧化铝、模来石、有机高分子高温烧结成连续孔隙的过滤网体；
81100283：以氧化铝、溶胶、微粒耐火物、有机粘合剂等低温制成铸模用材料；
81109097：矾土微球体与富铝红柱石的冻结-凝胶陶瓷溶液组成物为主制成冶金用陶瓷。
美国有关无机发泡陶瓷的专利有：
3958582：以磷酸铝、珍珠岩、陶瓷纤维用水调和成泥浆注入模中成形，高温固化；
3962081：将聚氨酯海棉体浸泡于含氧化铝、氧化锆、高岭土、膨润土、胶状硅酸铝的陶瓷泥浆中，除去多余泥浆等处理并干燥后加以高温烧结；
4084980：将能产生聚氨酯发泡作用的前驱体即含异氰酸多元醇类与陶瓷粉末混合硬化，高温烧结得到孔隙互通的发泡体；
4336068：以珍珠岩、高岭土、聚酯纤维、水玻璃等，通入二氧化碳以微波热压硬化；
4780433及4740486：以粘土混合废弃物(稻草灰、木屑、草屑等)后成形烧结；
4822541：以粘土、硅石、苏打灰、硝酸钠、白云石、石灰石等在连续式窖炉内经过升温、烧结、发泡、辗平、冷却等步骤，强调降低空隙互通，而增加独立气孔的数目；
4871495：以硅酸铝、铝粉、耐火物、界面活性剂等低温硬化，再加以烧结烧掉有机物；
4900698：以聚乙烯、无机油、铝粉、氧化铝、硬脂酸锌等成形后，赶去无机油再高温烧结；
5082607：将氧化铝粉末与可进行乳化聚合的单体(如苯乙烯)混合在模中成形并聚合硬化，然后取出烧结，烧掉有机物；
综合分析以上专利，发泡陶瓷可用低温(250℃以下)进行硬化成形即“冷结法”，或用高温(700℃以上)来烧成，即：“烧结法”，一般而言，两者的最大不同点为：前者可在发泡后再长时间硬化成形，而后者是发泡与烧结成形几乎同时进行，虽然前者有小分子残存末硬化的可能，但远比后者有较大地弹性同时调整发泡体的孔隙(互通性或独立性)与形状规格，故而在工业应用上趋向于冷结法制造孔隙独立的发泡体，而以烧结法制造孔隙互通如应用于低温过滤的场合。
本发明目的系提供一种轻发泡陶瓷及其制造方法，以烧结法制造出兼具质纯、稳定性高及具独立孔隙的发泡陶瓷。
本发明的轻质发泡陶瓷及其制造方法，其中陶瓷的组分及配比分别为：
组分 含量(重量百分比％)
1、过热可膨胀、以酸性
二氧化硅为主成份的火山岩 15-30
2、含碱土金属类氧化物、碳
酸盐等组成的化合物 3-10
3、含碱金属类的无机结合剂 45-70
4、含硅酸盐类的发泡促进剂 4-15
将按上述配比的诸组分按以下制造方法：系将各组份混合，加以适量的水，然后经煅烧膨胀、混料、研磨、烘干、粉碎成形、烧结等步骤即可。
其中，本发明的组份1-4分别可以为：
组份1：玻璃质火山岩的珍珠岩类，其典型重量组成为SiO2(70-75％)、Al2O3(12-15％)、结合水(0.5-6％)、Na2O(2-5％)、K2O(2-6％)、低挥发物(0.5-5％)及少量Fe2O3、TiO2、CaO、MgO、珍珠岩类在800-1200℃之下可膨胀至原体积的4-20倍，依水含量可分为黑曜石(小于2％)，珍珠岩(2-6％)及松脂岩(5％以上)三种。
组份2：较适当者为CaO、MgO、MgCO3、CaCO3、CaO、SiO2，基本上具有耐温功能，抑制发泡体对于急剧温度变化的影响。
组份3：较适当者为XSiO2·R2O，其中X为2.0-3.0，R为Na或K，基本上提供成形结合之功能。
组份4；较适当者为滑石(H2MS3Si4O12)、云母(KAlSiO4)、硅胶(H2SiO4、沸石(Na2O·Al2O3·2SiO2·XH2O)，基本上具有催化发泡之功能。
本发明之轻质发泡陶瓷及其制造方法，其中方法中发泡、烧结、成形的详细反应机理尚待求证，基本上应牵涉到酸碱的高温反应；但可确认之事，除材料组成制造的新颖性，尚包括以下特色：
1、所用原材料为稳定性极高的无机物，不含有机物。
2、制造过程不伴随有害生态的副产物发生。
3、由于经过高温瓷化烧结(大于750℃以上)，故有防火(800℃以上)功能。
4、充满独立孔隙的气泡，故比重为0.1-0.9，较水还轻，隔音性佳。
本发明的发泡陶瓷除了适用于高楼建筑材料，由于其可永久浮于水面上且材质稳固，可充当水面航行器及航空器的紧急球生浮标，甚至在国防用途上，可作为海上直升飞机临时起降机场，以及工兵部队搭架临时渡桥等。
实施例1
将煅烧过的膨胀珍珠粉末43克，碳酸镁20克，液体硅酸钠150克，滑石10克及水50克放入500毫升容器中加以均匀研磨，直到此100mes更细的程度，再置于200℃烘箱中烤至干硬为止，取出来再加以研磨成细微粉末状，然后倒入耐火砂锅模中，在小型瓦斯试验窖中烧结，当窖内温度到达750℃时维持1小时，最后徐徐冷却，得到白色轻质发泡陶瓷(比重0.12)。
实施例2
实施方法如同实施例1，但窖内烧结温度升到860℃维持1小时，得到白色轻质发泡陶瓷(比重0.25)。
实施例3
将煅烧过的膨胀珍珠岩粉末60克、氧化镁10克、液体硅酸钠160克、滑石80克及水120克，放入500ml容器中施以与实施例1中相同的方法，但窖内烧结温度升到900℃，维持1小时，得到白色轻质发泡陶瓷(比重0.37)。
实施例4
将煅烧过的膨胀珍珠岩粉末68克、氧化镁15克，碳酸钙5克，液体硅酸钠100克，液体硅酸钾50克，滑石40克，云母10克及水110克，放入500ml容器中施以与实施例1相同的方法，但窖内温度升到980℃维持1小时，得到白色轻质发泡陶瓷(比重0.56)。
实施例5
将煅烧过的膨胀珍珠岩粉末178克，氧化钙12克，氧化钙12克，液体硅酸钠130克，滑石36克及水105克，放入500ml容器中施以与实施例1相同的方法，但窖内温度升到1000℃维持1小时，得到白色轻质发泡陶瓷(比重0.93)。
实施例6
若以黑曜石取代珍珠岩，施以与实施例1-4相同的方法，则得到灰紫色轻质发泡陶瓷(比重约低为0.04-0.12)，但硬度略低。
实施例7
稳定性实验-将实施例1-6制成的发泡陶瓷切割成3公分×3公分×1公分的样本进行以下试验：
1、耐水性：将样本负载0.4公斤玻片浸渍水中两天，观查外观的改变。
2、耐酸性：将样本负载0.4公斤玻片浸渍于1N盐酸中两天，观查处观的改变。
3、耐热性：将样本置于500℃窖炉中24小时，观查有否变形。结果发现本发明的发泡陶瓷可通过上列试验；另外，为测试吸水性，将样本置于盛水容器之液面90天，结果均末有沉沉水中的现象发生，说明本发明的发泡陶瓷具有瓷化材质及孔隙独立的气泡。
附图1-图4为本发明的轻质发泡陶瓷代表性样本照片。