專利名稱：陶瓷吸聲材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐候性優(yōu)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(diǎn)是當(dāng)其吸收水分時(shí)，吸聲性能顯著下降，并且由于它們是由纖維構(gòu)成的，隨著時(shí)間的延續(xù)，它們出現(xiàn)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(gòu)成的的吸聲材料中，通過(guò)滲透孔的共振聲能被吸收。然而，它存在的一個(gè)缺點(diǎn)是吸聲僅在特定的頻率下才會(huì)出現(xiàn)。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，在背面或襯里處形成一個(gè)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(fā)了陶瓷或水泥吸聲材料，由于其優(yōu)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(gòu)成的吸聲材料在表面具有大量的細(xì)連通孔。當(dāng)這種材料用于室外時(shí)，其易于被弄臟，并且一旦粘附上污垢，就很難清除。
同時(shí)，日本專利(延遲公開)27504/1974公開了一種通過(guò)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(qiáng)度的吸聲材料。不管怎樣，該釉層涂敷在外表面上，當(dāng)連通孔被釉填滿時(shí)，無(wú)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(nèi)部，釉層是可滲透的。結(jié)果，連通孔導(dǎo)致在表面上留下細(xì)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(fā)明目的是提供一種在寬廣的頻率范圍內(nèi)吸聲性能優(yōu)異的多孔陶瓷吸聲材料，其具有優(yōu)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(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)能夠保持良好的外觀。
本發(fā)明的目的可通過(guò)包括陶瓷塊的陶瓷吸聲材料來(lái)實(shí)現(xiàn)，該陶瓷塊是通過(guò)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(jié)該摻合物而獲得的，其所具有的連通孔大多數(shù)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(nèi)周邊表面和底表面之外的表面上涂敷釉形成一個(gè)釉層，該釉層填滿了連通孔，并且其基本上沒(méi)有空氣滲透性。


圖1是表明實(shí)施例1中的各陶瓷吸聲材料吸聲系數(shù)的曲線。
圖2是表明實(shí)施例2中的各陶瓷吸聲材料吸聲系數(shù)的曲線。
圖3是表明實(shí)施例3中的各陶瓷吸聲材料吸聲系數(shù)的曲線。
圖4是表明實(shí)施例4中的各陶瓷吸聲材料吸聲系數(shù)的曲線。
在本發(fā)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(shí)，本發(fā)明的陶瓷吸聲材料由于吸聲孔或吸聲槽沒(méi)有被釉涂敷，其表現(xiàn)出優(yōu)異的吸聲性能。
通過(guò)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(jìn)行燒結(jié)，從而獲得本發(fā)明中所用的陶瓷塊。成孔材料是在燒結(jié)時(shí)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?；蚰拘既玟從．?dāng)使用泡沫聚苯乙烯顆粒時(shí)，同時(shí)引入通過(guò)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(jié)溫度是1000℃或更高，優(yōu)選1200-1700℃。
用這種方法獲得的陶瓷塊是具有大多數(shù)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(jié)條件而變化。當(dāng)空氣滲透率達(dá)到至少1cm3·cm/cm2·sec(秒)·cmH2O時(shí)，陶瓷本身就提供了吸聲性能。
在本發(fā)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(dāng)吸聲槽以縱向和橫向形成時(shí)，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(fù)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(méi)有空氣滲透性的釉層。涂敷釉的方法優(yōu)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(nèi)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(nèi)周邊表面或底表面上。當(dāng)釉附著在吸聲孔或吸聲槽的內(nèi)周邊表面或底表面上時(shí)，穿過(guò)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(dāng)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(shí)，釉層有從表面上剝落的危險(xiǎn)。因此，陶瓷主要由主要礦物為莫來(lái)石且膨脹系數(shù)較低的耐火粘土構(gòu)成，所以，釉的熱膨脹系數(shù)為4.5-5×10- 6/k，滿足這一熱膨脹系數(shù)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?jǐn)?shù)量以使熱膨脹系數(shù)落入上述范圍內(nèi)的釉是優(yōu)選的。還有，當(dāng)用浸漬法涂敷釉時(shí)，根據(jù)陶瓷塊的吸水性加入有機(jī)膠如CMC并結(jié)合浸漬時(shí)間來(lái)控制所粘附的釉的厚度是合理的。
一般認(rèn)為本發(fā)明表面上具有釉層的的陶瓷吸聲材料的吸聲機(jī)理是具有沒(méi)有被釉涂敷的吸聲孔或吸聲槽，這樣就產(chǎn)生在陶瓷塊內(nèi)部起背面空氣層作用的區(qū)域，陶瓷塊具有穿過(guò)吸聲孔或吸聲槽的空氣滲透性，而且在陶瓷塊內(nèi)部的背面空氣層在寬廣的頻率范圍內(nèi)共振，從而能夠保持優(yōu)異的吸聲性能。
在本發(fā)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(lái)看，優(yōu)選至少為2cm3·cm/cm2·sec(秒)·cmH2O。然而，當(dāng)陶瓷塊的空氣滲透率較大時(shí)，陶瓷塊的強(qiáng)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(gè)原因，空氣滲透率的上限優(yōu)選為20cm3·cm/cm2·sec(秒)·cmH2O，更優(yōu)選為8cm3·cm/cm2·sec(秒)·cmH2O。
對(duì)于吸聲孔來(lái)說(shuō)，其直徑為5-15mm、并且開口的比例為5-30％是合理的，還有，對(duì)于吸聲槽來(lái)說(shuō)，槽的寬度為2-20mm、并且開口的比例為9-40％是合理的。當(dāng)開口孔或開口槽的開口比例在上述范圍之外時(shí)，涂敷釉之前的陶瓷塊本身吸聲系數(shù)較低，而本發(fā)明涂敷釉以后的陶瓷塊吸聲系數(shù)也不滿意。當(dāng)吸聲孔的直徑小于5mm、而吸聲槽的寬度小于2mm時(shí)，穩(wěn)定的加工處理是困難的，并且當(dāng)用浸漬法涂敷釉時(shí)，釉可能以膜的形式保留在孔或槽的開口部位處。還有，當(dāng)孔的直徑超過(guò)15mm、槽的寬度超過(guò)20mm時(shí)，陶瓷塊在加工時(shí)易于破損。
還有，當(dāng)非貫通的吸聲孔或吸聲槽的深度小于陶瓷塊的厚度時(shí)，可隨意對(duì)之進(jìn)行測(cè)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(yōu)選為20mm或更深。
因此，在本發(fā)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(méi)有釉的吸聲孔或吸聲槽，其表現(xiàn)出幾乎和未涂敷釉之前一樣的優(yōu)異吸聲性能。
因此，本發(fā)明可提供一種吸聲性能優(yōu)異的多孔陶瓷吸聲材料，其耐候性優(yōu)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(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)能夠保持良好的外觀。
在本發(fā)明中，按照J(rèn)IS A 1405導(dǎo)管法用建筑材料標(biāo)準(zhǔn)傳聲吸收系數(shù)測(cè)試方法測(cè)量吸聲系數(shù)。還有，按照J(rèn)IS R 2115測(cè)量陶瓷塊空氣滲透率，并以沒(méi)有考慮空氣粘彈性的數(shù)值表示。
實(shí)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(duì)之進(jìn)行擠出成型、干燥、然后在1300℃下燒結(jié)，從而形成大多數(shù)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(cè)量標(biāo)準(zhǔn)傳聲吸收系數(shù)的試樣(直徑為91.6mm)。在其表面上幾乎有規(guī)律地形成十二個(gè)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(guò)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(jìn)行燒結(jié)，從而在除吸聲孔內(nèi)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(cè)量所獲得的陶瓷吸聲材料的標(biāo)準(zhǔn)傳聲吸收系數(shù)，結(jié)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(shù)和將釉涂敷在吸聲孔內(nèi)部時(shí)的吸聲系數(shù)。從圖1中可明顯看出在本發(fā)明吸聲材料中，在高峰頻率以上時(shí)，吸聲系數(shù)有些降低。但在高峰頻率以下時(shí)，吸聲系數(shù)得到改善，并且在吸聲峰值處，吸聲系數(shù)沒(méi)有變化，這就有可能保持較高的吸聲性能。當(dāng)在吸聲孔的內(nèi)部涂敷釉時(shí)，發(fā)現(xiàn)吸聲性能明顯降低。
所獲得的陶瓷吸聲材料的標(biāo)準(zhǔn)傳聲吸收系數(shù)表示在表2中，同時(shí)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(shù)。在涂敷釉前后，沒(méi)有觀察到吸聲性能降低，而且可獲得較高的吸聲性能。實(shí)施例3將泡沫聚苯乙烯珠成孔劑和通過(guò)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(duì)料漿進(jìn)行澆注、干燥、并隨后在1300℃下燒結(jié)，從而形成大多數(shù)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(cè)量標(biāo)準(zhǔn)傳聲吸收系數(shù)的試樣(直徑為91.6mm)，在其表面上幾乎有規(guī)律地形成兩個(gè)直徑為12mm、深度為25mm的吸聲孔、八個(gè)深度為45mm的吸聲孔和兩個(gè)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(shí)施例1所用相同的釉，并在1100℃下燒結(jié)從而在除吸聲孔內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)傳聲吸收系數(shù)表示在表3中，同時(shí)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(shù)。在涂敷釉前后，沒(méi)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(biāo)準(zhǔn)傳聲吸收系數(shù)表示在表4中，同時(shí)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(shù)。在涂敷釉前后，沒(méi)有觀察到吸聲性能降低，而且可獲得較高的吸聲性能。
權(quán)利要求
1．一種包括陶瓷塊的陶瓷吸聲材料，該陶瓷塊通過(guò)以下過(guò)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(jié)該摻合物，它具有大多數(shù)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(nèi)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(gè)釉面層，該釉面層基本上沒(méi)有空氣滲透性。
2．權(quán)利要求1的陶瓷吸聲材料，其中，釉面層的熱膨脹系數(shù)為4.5-5×10-6/K。
3．權(quán)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(quán)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?；蜾從?。
5．權(quán)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(quán)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(quán)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(gòu)成的陶瓷吸聲材料,該陶瓷塊通過(guò)以下過(guò)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(jié)該摻合物,它具有大多數(shù)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(nèi)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(gè)釉面層,該釉面層基本上沒(méi)有空氣滲透性。該多孔陶瓷吸聲材料吸聲性能和耐候性優(yōu)異。
文檔編號(hào)E04B1/86GK1296933SQ0010464
公開日2001年5月30日 申請(qǐng)日期2000年3月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月17日
發(fā)明者河崎秀尚, 川崎修 申請(qǐng)人:伊索來(lái)特工業(yè)株式會(huì)社