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孔陶瓷内形成少量碳残留，从而降低多孔陶瓷的强度；燃烧过程中所产生的有害气体对环境也会造成污染。常用的有机泡沫材料一般是通过发泡工艺制作的聚合海绵，具有三维开孔的网状结构以及一定的强度和亲水性能，材质通常为聚氨酯、聚氯乙烯、纤维素等。陶瓷浆料主要由陶瓷粉料、溶剂和添加剂组成。溶剂一般是水，有时也采用乙醇、丙酮等有机溶剂。添加剂包括粘结剂、流变剂、分散剂和表面活性剂等。
溶胶-凝胶法是制备纳米级孔隙的多孔陶瓷薄膜的重要方法，其原理是利用金属醇盐的水解反应、高分子化合物的缩聚反应或者硝酸盐、硫酸盐、氯化物等无机盐的水解反应形成溶胶，并在溶胶的凝胶化过程中，胶体粒子问相互连接形成了网状结构，网状的孔隙中充满了溶液，溶液在干燥、烧结过程中挥发，得到具有纳米级孔隙的多孔陶瓷薄膜。由于溶胶的黏度对产品的性能影响很大，因此应严格控制溶胶的含水量和pH，pH常由添加硝酸、盐酸、氨水等具有挥发性的酸类或碱类来控制。该法具有产品厚度均匀、孔径分布窄，膜层之问不易出现裂纹，组分和结构可根据需要进行设计等优点，在气敏传感器、透明导电薄膜、电池电极、光催化剂等研制方面有着广泛的应用。
自蔓延高温合成法(Self-propagating High-temperature Synthesis，简称SHS)制备多孔材料的历史仅有20多年，相对于传统的颗粒堆积法、挤压成型法、发泡法等工艺，SHS合成多孔陶瓷的技术尚未成熟。SHS是利用化学反应自身的生成热来实现材料的合成。由于SHS过程中产生高的反应速率以及高的温度梯度，致使生成物的晶体点阵具有高密度的缺陷，易生成多孔的骨架结构。尽管已合成出的多孔陶瓷的化学成分、反应温度不同，反应机理及产物的应用等方面也都不尽相同，但各国学者所采用的制备工艺却大同小异，制备过程可分为以下5步：1) 将粒度不同的原料粉末分别干燥，而后在球磨罐内长时间球磨，使粉料的粒度接近，混合均匀；2) 将混合粉料压制成型制成坯料，坯料的孔隙率依据原料粉体的性质和产物孔隙率的设计要求等因素而定，坯料的形状多为规则的圆柱形或立方体形；3) 将坯料置于石英管反应釜内，自上而下通入惰性气体作反应气氛，常用的为Ar，并采用热电偶、或红外线等多种形式对坯料进行预热；4) 对坯料点火，引发SHS，点火的方式有多种，常采用的有电热爆点火、辐射点火和燃烧波点火；5) 反应结束后,冷却石英管反应釜，在反应釜内获得多孔陶
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瓷[8-11]。
1.3多孔材料的发泡技术
发泡方法有化学发泡法和物理发泡法。
1 化学发泡法 化学发泡法有两种:热分解型发泡法和反应型发泡法 （1）热分解型发泡法 常见的热敏性发泡剂有无机发泡剂和有机发泡剂。无机发泡剂一般为吸热型发泡剂:如碳酸氢钠、碳酸铵、碳酸氢铵;有机发泡剂为放热型发泡剂:如偶氮二甲酞胺(AC)、二亚硝基五甲撑四胺(DPT)、4,4’-氧代双苯磺酞阱(OBSH)、2,2-偶氮二异丁腈(AIBN)。前者在预硫化之前就开始发泡,因此孔眼在尚未牢固的情况下均遭破坏而形成开孔。后者通常是指具有粉状特征的化学发泡剂,因而得到的海绵体孔眼细小；放气量大,释放的气体以氨气为主;分解温度稳定，品种多，大多数产品具有易燃性。在当前的泡沫橡胶制品中基本都采用有机发泡剂发孔,以便制得优质泡沫材料。
（2）反应型发泡法 两种组分发生化学反应并放出气体可使物料发泡：如异腈酸醋与水混合后生成二氧化碳和胺。缩合型脱氢RTV泡沫硅橡胶的发泡机理是：用羟基硅氧烷与含氢硅氧烷反应,获得发泡气体(H2),进而形成泡沫材料。
2 物理发泡法 物理发泡方法亦有两种发泡方式,一种是将惰性气体或将低沸点液体(如烷烃、含氯的氟碳化合物)加入待发泡物料中。另一种较常用的方法是填充可溶性固体颗粒或可膨胀微球形成泡沫。
（1）填充可溶性固体颗粒发泡法 可溶于溶剂或可升华的中性无机试剂,如氯化钠、硝酸钠、氯化铵、尿素等填充在硅橡胶中,硫化后,用水洗涤,除去硫化胶中的可溶物,最后干燥获得泡孔结构。该法将硫化交联与发泡成孔分布进行,孔隙度及开孔率都由成孔剂的用量、形状决定,便于设计配方、工艺较易控制,有利于制品的高性能化,但存在可溶性物质残留和加工繁琐的问题。
（2）填充可膨胀微球发泡法 可膨胀微球是最近几年出现的橡胶泡沫成形新技术,主要用于加工外形规整、外观质量要求高的泡沫制品。微球壳壁材料大多是热塑性的丙烯酸树脂、聚碳酸脂或硅树脂等。球壳中可包含氦气、氮气等气体也可包含低分子液体。微球的软化点一般在40~200℃，粒径大小为0.1~500μm。硅橡胶中加入可膨胀热塑性树脂微球(或预膨胀的聚合物微球)后,高温下微球长
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大,硅橡胶硫化,便形成了包含聚合物空心微球的泡沫硅橡胶材料[12]。
1.4石英砂的用途
石英砂是一种应用非常广泛的非金属矿物原料，大量用于铸造工业、玻璃制造、陶瓷、建筑工业及塑料和填料工业；高质量的石英砂还应用于光学玻璃、航天、航海、军事工业和尖端科学仪器等工业部门。石英砂颗粒大小、砖坯含水率、砖坯pH值、增塑剂含量对砖坯塑性具有影响，因利用石英砂并采用可塑成型制备高性能的烧结砖。
宋杰光[13]等利用石英砂制备高性能石英砂烧结砖，通过对原料和砖体物相分析、砖体的显微结构分析以及砖体的物理性能分析，研究温度制度对砖体性能的影响。结果表明，在1100℃保温1h烧制的砖体物理性能最佳，密度2.4715g/cm3，抗压强度为35.0522MPa，达到烧结砖的国家标准。
石英砂所具有的独特的物理、化学特性，特别是其内在分子链结构、晶体形状和晶格变化规律，使其具有的耐高温、热膨胀系数小、高度绝缘、耐腐蚀、压电效应、谐振效应以及其独特的光学特性，在许多高科技产品中发挥着越来越重要的作用。
石英砂是重要的工业矿物原料，广泛用于玻璃、铸造、陶瓷及耐火材料、冶金、建筑、化工、塑料、橡胶、磨料等工业应用领域。玻璃、平板玻璃、浮法玻璃、玻璃制品（玻璃罐、玻璃瓶、玻璃管等）、光学玻璃、玻璃纤维、玻璃仪器、导电玻璃、玻璃布及防射线特种玻璃等的主要原料；陶瓷及耐火材料；瓷器的胚料和釉料，窑炉用高硅砖、普通硅砖以及碳化硅等的原料；冶金、硅金属、硅铁合金和硅铝合金等的原料或添加剂、熔剂 建筑 混凝土、胶凝材料、筑路材料、人造大理石、水泥物理性能检验材料（即水泥标准砂）等。
1.5研究的内容、目的与意义
由于国内外的墙体材料工业迅猛发展，烧结黏土砖消耗了大量的土地资源，国家将节约土地资源提上了日程，于是国内外纷纷出现各种各样的非黏土烧结砖或黏土烧结空心砖，以便达到节约土地的目的。利用低品位石英砂研制石英砂烧结砖，同时达到充分利用低品位石英砂矿物和节约黏土资源的目的，在国内外尚
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未见报道。由于石英砂属于低塑性原料，即使对其改性，塑性也难达到烧结砖成型时的要求，因此，需添加合适的黏土改善瘠性石英砂的塑性，以达到用石英砂制备的烧结砖成型时所需具备的塑性。
本研究了利用低品位石英砂在不同工艺条件下制备的高性能石英砂烧结砖的显微结构,并通过显微结构与烧结温度和烧结方式的关系分析,确立该烧结砖得到最高性价比时的最佳工艺条件。利用石英砂制备高性能烧结砖，相比石英砂用于建筑用沙和烧结粘土砖而言，既提高了石英砂的性价比，又节约了人类赖以生存的土地资源，这样不但对人类可持续发展有利，而且有很高的经济价值。
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第二章 实验方案设计
2.1 实验设备
本文实验采用的主要设备如表2-1所示。
表2-1 实验所采用的主要设备
仪器 行星式球磨机 电磁调速电机控制混料机 烘箱 硅碳烧结炉 真空碳管炉 微机控制电子式万能试验机 扫描电镜 QM-BP JQIA-90 型号 用途 物料的细化 混料 烘干试样 高温烧结 真空高温烧结 抗压强度的测量 观察形貌 RHY202-3 SX-8-16 ZT-50-22 WDW-E100D TESCAN VEGA Ⅱ 电磁调速电机控制器型号：为卧式筒形旋转装置（图2-1）。它主要由发动机，混料罐和旋转速率调节开关等构成。其工作原理为将装好料的混料罐夹紧在发动机夹头上，然后调节发动机转速，混料罐内装不同规格陶瓷球，罐体转动产生离心力将陶瓷球带到一定高度后落下，对物料产生研磨和混合作用。 图2-1 JQIA-90 型混料机
电热烘箱型号：是利用电热元件所发出的辐射热来烘烤物品的电热器具(如图2-2)。根据烘烤物品的不同需要，电热烘箱的温度一般可在室温-300℃范围内调节。电热烘箱主要由
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