隔音降噪领域的新型材料——多孔吸声陶瓷播报文章
转自瓷录Ceramats
噪声,即噪音,通常被定义为“凡是人们不需要的声音”。近年来,随着工业现代化的发展和汽车数量的增强,工业噪声、道路交通噪声、建筑施工噪声、家庭和社会噪声等严重影响了人们的日常生活。噪声控制问题逐渐引起了科学工作者和国家相关部门的密切关注。采用吸声材料进行吸音降噪处理在目前是一种有效的吸音降噪方法。
多孔陶瓷是一种新型含有气孔的陶瓷基复合材料,其制造始于20世纪70年代。因其透过性好、密度低、硬度高、比表面积大、热导率低、耐高温、耐腐蚀等优良特性,使其在过滤分离、化工催化载体、生物医用植入、保温、隔热、吸声阻尼、燃烧和和阻火等方面具有良好的应用。
1 多孔结构吸声材料种类
多孔吸声材料具有许多连续、微小的孔洞。根据惠更斯原理,当声音入射到材料表面时,一部分在材料表面反射掉,另一部分则传入多孔体内部,引起孔隙中空气的振动并于陶瓷筋络发生摩擦。由于粘滞性和热传导效应,将声能转变为热能而消耗掉。声波在刚性壁面反射后,经过材料回到其表面时,一部分声波透射到空气中,一部分又反射回材料内部,声波通过这种反复传播,使能量不断转换消耗,如此反复,从而达到吸声的效果。
目前多孔结构吸声材料通常分为三大类,即有机多孔吸声材料、无机多孔吸声材料和多孔金属吸声材料。
2 多孔吸声陶瓷的制备方法
1978年美国首次成功研制了多孔陶瓷材料,他们利用氧化铝、高岭土等陶瓷材料制成多孔陶瓷用于铝合金铸造中的过滤,可以显著提高铸件的质量,降低废品率。此后,多个国家竞相开展了多孔陶瓷的研究,形成了一个新兴产业。研究者采用圆管理论模型,研究了多孔材料空隙率、孔径、材料厚度以及理论模型,研究了多孔材料孔隙率、孔径、材料厚度以及结构因子对吸声性能的影响。
结果表明:
控制多孔材料孔径和厚度不变,吸声性能随着孔隙率增加而提高;
控制多孔材料厚度和孔隙率不变,吸声性能随着孔径的减小而提高;
控制多孔材料孔径和孔隙率不变,其低频吸声性能随着材料厚度的增加而提高,而高频吸声性能有所下降;
在材料厚度、孔径和孔隙率保持不变的情况下,结构因子对材料低频吸声性能没有明显影响,而在中高频范围内出现吸声系数的周期性变化。采用不同的方法制备出多孔陶瓷的性能具有很大差异,孔隙率、材料厚度和孔径大小是影响多孔陶瓷具有良好吸声性能的重要因素。
目前制备多孔吸声陶瓷材料常用的方法有颗粒堆积烧结法、添加造孔剂法、有机泡沫浸渍法、发泡法、溶胶凝胶法等。
① 颗粒堆积烧结法
是利用骨料颗粒的堆积烧结而连接形成多孔陶瓷,骨料颗粒间可以通过添加与其组成相同的细微颗粒来连接,在一定温度下烧结将大颗粒连接起来;也可以使用一些高温下能与骨料间发生固相反应而将颗粒连接起来的添加剂,或是一些在烧结过程中可形成膨胀系数与化学组分都与骨料相匹配、并且能在高温下形成与骨料相浸润的液相的添加剂。
② 添加造孔剂法
该工艺在多孔陶瓷制备中具有广泛的应用,它是通过在陶瓷配料中添加挥发性或可燃性造孔剂,如木屑、煤粉、塑料粉等,同时利用这些造孔剂在高温下挥发或燃尽而在陶瓷基体中留下孔隙。
此法的关键在于造孔剂的选择,目的使多孔材料的气孔率得到提高。常用的造孔剂一般分为无机物和有机物两大类。前者包括易挥发性无机物碳酸氢铵、碳酸铵、氯化铵等,通过在高温下无机物的分解产生大量气体,冷却后材料会形成多孔;后者包括淀粉、碳粉等一些天然纤维、高分子聚合物,在模具压制成型的过程中自身占据一定尺寸的空间,在随后高温烧结条件下氧化,并形成一定的气孔。
③有机泡沫浸渍法
该工艺最早1963年获得专利,此后获得较大发展并成为制备多孔陶瓷应用最广泛的技术之一。其独特之处在于它凭借有机泡沫体所具有的开孔三维网状骨架的特殊结构,将配置好的浆料涂覆在有机泡沫体上,然后烧除有机物并烧结陶瓷体即得多孔陶瓷产品。
该工艺制备的多孔体的尺寸主要取决于有机泡沫体的孔隙尺寸,同时也与浆料在有机体上的涂覆厚度以及浆料的干燥、烧结收缩有关。一般而言,制得的多孔陶瓷孔隙尺寸会略小于原有机泡沫体的尺寸。同时该方法过程简单,操作方便,制备成本低,是一种经济实用且具有广泛发展前景的多孔陶瓷制造工艺。
④ 发泡法
此法发明于20世纪70年代,它是在陶瓷原料中添加无机或者有机物质在烧结器件产生挥发性的气体,从而使陶瓷中产生,经过干燥和烧结制备成多孔陶瓷。通常以碳酸钙、氢氧化钠、硫酸铝和双氧水等作发泡剂。
发泡法和有机泡沫浸渍法相比,其优点是制品的形状、成分和密度容易控制,特别适合闭孔陶瓷的生产,其缺点是对原料的要求较高,工艺上不易控制。
⑤ 溶胶-凝胶法
该工艺主要是用来制备孔径在纳米级的微孔陶瓷材料,特别是微孔陶瓷薄膜。同时该法也是制备高规整度多孔性材料的主要方法。其制备过程是将金属醇盐溶于低级醇中,缓慢滴入水以进行水解-缩聚反应,使溶液变成凝胶,干燥凝胶并结合热处理,即得到多孔制品。
此法制备的多孔陶瓷孔径分布范围很窄,孔径大小可以通过溶液组成和热处理工艺来控制,但缺点是多孔制品的形状受到一定的限制,同时该工艺较复杂、成本较高、产量较低等。有研究者采用铝粉在氯化铝溶液中水解方式制备铝溶胶,并直接将成孔剂与之混合来制备氧化铝多孔陶瓷。
除了以上常见的几张方法,多孔陶瓷的新型制备工艺方法还有冷冻干燥法、木制陶瓷化法、凝胶注模法、自蔓延高温合成法、高能球磨法、碳热还原法、固态置换法等。
随着人们对生活质量要求的提高,吸声材料由原来应用于大型会议室、音乐厅等转向一般家庭建筑中。与传统的吸声材料相比较,多孔吸声材料有其独特的优势,尤其是多孔陶瓷材料,它具有三维网状开孔结构、耐气候、抗腐蚀、耐热和抗震等特点。但由于陶瓷材料性脆,因而它的应用范围受到很大限制。若想进一步提高多孔陶瓷材料的应用领域,陶瓷材料的增韧研究可能会成为今后的研究重点。

音乐系女孩21岁回村当支书
11月末的清晨,平顶山叶县刁庄村,七八个身着志愿者红马甲的人正在打扫路上的卫生。看到记者一行人过来,他们纷纷停下手头的工作。一个身材瘦高,留着披肩长发的姑娘走上前来:“你们来啦……”

她便是刁庄村的村支书吴寅涛。吴寅涛, 1999年11月出生,2021年初,刚刚年满21岁的她当选为刁庄村村支书。这样一个朴素的河南姑娘,一个音乐系的毕业生,刚刚迈出学校大门,凭借21岁的稚嫩肩膀,能扛起一个村的重担吗?

音乐表演专业的女大学生成了村支书
刚过完22岁生日的吴寅涛,担任刁庄村的支部书记快一年了,从2021年1月5日走马上任,这一年她过得很辛苦,也很充实。偶尔夜深人静的时候,躺在床上,回想这一路走来的磕磕绊绊,吴寅涛恍惚间会感觉到这一切似乎是在做梦。

“我从来没想过自己会当上村干部,我学的是音乐表演专业,毕业后想当一名老师,我的很多同学都当了老师。”

2020年12月,村里换届选举要给村干部的队伍注入新鲜血液,吸引更多的年轻人回乡干事,大学就入党的吴寅涛成了当时那一届村干部们动员争取的对象。

刁庄村361户,1340人,其中党员35名,要在这35名党员中选举1名支部书记,2名支部委员,对于选举结果,吴寅涛最初没有抱任何希望。“10进5选举的时候,我都没考虑好要不要回来,因为我觉得自己年轻,也没什么经验,顶多就是凑个数。”

抱着打酱油的心态,却一路逆袭,成了最后的赢者,这让吴寅涛没有想到。不过,刁庄村的村民却想得透彻。

村头的一位姓吴的大爷告诉记者,小吴年轻,又是大学生,脑子活,办法多,电脑、手机也玩得溜,让她当领头人,村民有奔头。

从选举到上任,吴寅涛似乎都是在被大家推着走,可是一旦上任,就不能当一天和尚撞一天钟。刁庄村一千多口人,大到当前的疫情防控、疫苗接种,小到妯娌纷争、家长里短,事无巨细,都考验着一个村支书的办事能力。

“刚开始,感觉自己就像个木偶,不知道该干啥,好在乡里派的有驻村干部,还有咱县供电公司的第一书记,有他们的帮助,我才不至于两眼一抹黑。”

仙台镇包村干部王春青告诉记者,吴寅涛是乡里年龄最小的村支书,刚上任那会儿,因为经验不足或者考虑问题不周到,难免处理问题时个别群众不满意,有时候甚至会被骂哭。

在村里,吴寅涛年纪小,辈分低,被人说上几句、骂上几嘴在所难免,脸上挂不住,只能晚上躺在床上偷偷抹泪。吴寅涛的母亲心疼女儿,又怕女儿再干下去,把村里的叔伯姑婶们都给得罪光了,几次劝女儿不要再干了。可吴寅涛偏偏有自己的主意,她铁了心地要把这个村支书做下去。

“刁庄村是新班子、新成员,带头的又是个刚毕业的小姑娘,刚开始我心里也发怵,怕弄不成,乡里的工作,落实不了咋办?”王春青告诉记者,初到刁庄村,她也很担心,但是几个月后,吴寅涛的韧劲儿把她的这份担心打消了。

处理纠纷、蹚水排险、砖渣垫路、谋划蔬菜大棚
11月28日的上午11点多,一位村民吵吵嚷嚷地来到村部,要村干部为她做主。原来,她和自己的弟弟在金钱上有了纠纷,弟弟气不过,在背地里埋怨了她。用这位村民自己的话说,她一心为了娘家,为弟弟操碎了心,这会儿又落埋怨,心里委屈得很。

吴寅涛和在场的村干部先安抚了这名村民的情绪,又和王春青等几人一起去找到这名村民的弟弟,经过近一小时的调解,姐弟俩终于重归于好。

处理完姐弟俩的矛盾,大家返回村委,王春青对记者说道:“村里就是这样,小事儿、杂事儿可多,不过也很锻炼人。以前吴寅涛不爱说话,有点儿内向,现在大方敢说,干活也迅速。群众和她可亲,都喊她涛涛、小涛,有事儿就找她。”

9月26日,当地大雨,村委门口干涸许久的池塘很快被注满,路上的雨水排不及上涨很快。https://t.cn/A6xYfZLS ,吴寅涛和其他村干部打着手电,蹚着到大腿的积水,在村里的低洼处排查险情。

吴君红是村里的妇女委员,平日里,吴寅涛管她叫姑。在她眼里,吴寅涛还是个孩子,可自从当上村支书,似乎一下子长大了。“那一次三天两夜,我们都没咋睡觉,我和小涛一个班,夜里一小时一排查,看涨水没有,看那几户孤寡老人住的是不是安全。别看小涛年轻,能吃苦。困了就在我家沙发上歪一会儿,她都不敢回家,怕她妈担心。”

群众的眼睛是雪亮的。吴寅涛的付出,大家伙看到了,渐渐地,也没有人再为难这个小村支书,相反是遇到事情,大家一呼百应,都积极地去支持她的工作。

10月9日,大雨过后,田间的小路还十分泥泞,村民们下不了地。人误地一时,地误人一年。吴寅涛看在眼里,急在心里。她和父亲开着自家的三轮找遍了周边村落,终于在县城附近一个拆迁的村子找到了免费的砖渣,在她的呼应下,村里的男女老少自发组织了十二辆拖拉机,去拉砖渣垫路。许多上了年纪的大爷大婶都拿着铁锹前去帮忙。他们说:“小涛没私心,一心给村里老百姓干事儿,咱没啥能力,能帮多少是多少。”

这一次,乡亲们的凝聚力让吴寅涛十分感动,也让她坚定了接下来做好这个领头人,带着乡亲们一起奔好日子、过富日子的决心。

11月28日下午,吴寅涛一行又来到脱贫户检测对象岳玉兆老人的家里。老人的妻子、儿子都因病残疾,还有一个小孙子尚在上学,一家人仅靠岳玉兆老人一人支撑。村里为岳玉兆提供了公益性岗位以及一系列的帮扶政策,平日里还定期来老人家里帮忙打扫卫生,询问生活上的困难。临走时,老人拉着吴寅涛的手对记者说:“俺这日子比前些年好多了,小涛他们跑得可勤,隔两天就来一趟,还不断打电话。”

刁庄村集体经济相对薄弱,村民们的主要经济来源就是那几亩地,如何发展村里的集体产业,让乡亲们不出家门,都能挣到钱,过上更好的日子?一直以来,吴寅涛都在琢磨这个问题。

“我调查了很久,也查了很多资料,打算明年在村里发展蔬菜大棚经济。先弄几亩地试试,可行的话带动村民种植大棚蔬菜。”

吴寅涛的想法也得到了驻村干部王春青的支持:“她这个想法也通过了多方面调查和考虑,我告诉她,可以尝试,咱有这方面的资源,我本身大学学的就是农林专业,这方面也帮得上忙。村里的发展需要资金,乡村振兴咱也得靠自己,以这个为抓手,干干试试嘛。”

办一台刁庄村自己的“春晚”
通常,中午时分,趁着天气暖和,吴寅涛会和村里的信息专干王改蓉拉着音响,在村委前面的广场上排练广场舞。

王改蓉平常负责村里的信息录入,工作之余,也是村舞蹈队的组织者和骨干力量。从网上自学舞蹈、健身操,并尝试着在抖音上发布,目前王改蓉在抖音上积攒了不少的人气。唱歌、跳舞又是吴寅涛的专长,两个人强强联合,一下子就调动了乡亲们的积极性。

“我们商量着选什么舞蹈,自己先学会了,到晚上六七点钟,就在广场上,教大家跳。只要不刮风下雨,基本上每天都有。”王改蓉边排练新的健身操,边和记者介绍,“这个健身操要录制视频,准备参加县里的一个比赛。”

周围陆续有村民加入其中,他们跟着王改蓉的动作迈着步伐,挥动手臂,几个孩子淘气地在他们的队伍中跑来跑去,偶尔也停下来,好奇地看着跳舞的大人们,也不忘伸出胳膊来比画比画。

吴寅涛告诉记者,她还筹划着准备在过年期间,办一台属于刁庄村自己的“春晚”,“因为我学的是这个专业,在学校也当过主持人,办过晚会,我想着怎么发挥特长,把我们刁庄村的文艺演出也办起来,让大家闲暇之时也有点儿娱乐。”

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