高强度陶瓷体及其制造方法

本发明涉及以粉煤灰为基础的高强度陶瓷体及其制造方法。

粉煤灰是燃烧煤之后产生的废弃物，每年产生膨胀的量，因而，通过工业废弃物的再利用而解决公害问题的角度，以及从开发取代资源的角度考虑，在全球范围内不厌其烦，不可松懈地探索其再利用方法。

作为再利用粉煤灰的过去的技术如下。

（1）在日本特开昭63-107853号中，揭示了将粉煤灰和大约5N的NaOH水溶液的混合物放入成形模，并用大约300大气压的高压空气加压之后，在200～400℃温度加热，一边进行水热反应，一边进行冷却，以制造绝热板的技术。

（2）在日本特开昭63-310716号中，揭示了将粉煤灰50g与1-4N浓度的NaOH或者Na2CO3水溶液500ml的混合物，用2～20kg/cm2的压力进行高压釜处理，将在粉煤灰中含有的SiO2作为水玻璃挤压，回收，并将残余粉煤灰用水洗涤、进行干燥后，使用水泥固化剂而进行固化的技术。

（3）在日本特开昭64-90079号中，揭示了将粉煤灰70～80重量%与5N浓度的NaOH30～15重量%，在温度200～400℃，压力为100kg/cm2以上的条件下进行水热反应而固化粉煤灰的技术。

（4）在WO92/22514号中，揭示了将粉煤灰，NaOH，水溶性硅酸盐，水，添加剂以及粘合剂混合后，进行成形，并在大约100℃温度大约养护7日而进行固化的技术。

但是，上述（1）的方法，由于使用大约300大气压的高压空气，因而不仅其处理不便而且所制造的板的强度不够，难以制品化。

（2）的技术在获得水玻璃方面是有用的，但为得到硬化体就需要使用另外的水泥固化剂，而且需要干燥工艺，用水洗涤的工艺等，因此就存在工艺复杂，特别是所得的硬化体其强度和耐水性不足，不能作为建材而使用的问题。

由（3）的技术所制造的制品，由于其抗压强度高，则是可作为建材再利用的非常有用的技术，但需要长时间加100kg/cm2以上的压力，因而能量损失和机械磨损严重，特别是所制造的制品的耐水性不足，存在难以制品化的问题。

通过（4）的技术制造的制品可作为填充剂使用，但其强度和耐水性不足难以作为建材使用。

因此，由于本发明鉴于过去存在的上述问题而进行的，因此其目的在于提供一种将粉煤灰作为主要原料使用，并用简单的工艺得到能作为建材使用的强度和耐水性优异的陶瓷体。

本发明的另一个目的是将工业废弃物的粉煤灰大量地再利用于能够使用于建筑用，电子部件用等的材料中。

本发明者们为达到上述目的进行研究的结果，发现将粉煤灰作为主要材料使用（70重量%以上），并将其与氢氧化钠水溶液混合，用10～70kg/cm2的压力进行成形后，加热至600～1400℃的温度，得到高强度的陶瓷制品，并在其中若添加氧化铝粉末，锯末，碳酸 氢钠等时，可以得到轻质陶瓷体。

下面根据附图详细说明本发明。

在本发明中可使用的粉煤灰，只要其二氧化硅含量为20重量%以上的话均可使用，但比较理想的是水分含量和杂质含量少的粉煤灰。

在本发明中使用的氢氧化钠水溶液的合适的浓度为5～60N，其使用量为，光以氢氧化钠为基准时，对于100份重量粉煤灰（以下将重量份简称为“份”）而言10～30份，比较理想的是12～25份，而将以氢氧化钠水溶液为基准时，15～40份。

使用的氢氧化钠的浓度低于上述范围时，最终制品的强度不够，特别是产生耐水性降低的问题，而氢氧化钠的浓度高于上述范围时，不仅其搅拌混合及成形不可能，而且由于粉煤灰结构成分间的反应不充分，就产生最终制品强度降低的问题。

另外，氢氧化钠的使用量为上述范围以下时，粉煤灰的成分间的反应不充分，而超过上述范围时，比起制品的性能的提高，其制造成本过度上升，同时存在最终制品的碱度过高的问题。

这里需要加压成形粉煤灰和氢氧化钠水溶液混合物的工艺，其适宜的成形压力为10～70kg/cm2，较好的是15～40kg/cm2左右。该范围以下的情况下最终制品的强度不够，而该范围以上的情况下就存在最终制品的表面产生龟裂或者脱落现象等问题。

在成形后需要煅烧工艺，其适宜的温度为500～1200℃，较好的为600～1000℃。在该温度范围以下时，在粉煤灰结构成分之间的反应不充分，其最终制品的强度和耐水性不够，而超过上述范围时，比起制品性能提高程度，其生产成本过度上升，并严重产生制 品表面的熔融现象。

通常为了防止制品的龟裂，在成形后，煅烧之前需要几小时或者几天的干燥养护工艺，但在本发明中可以成形后立即煅烧。成形后立即煅烧时（即，省略干燥养护工艺）就有大大提高生产性的优点。

此外，根据使用目的可以添加碳酸氢钠，氧化锌，氧化铝粉末、锯末等。例如，为了使最终制品更加轻质化，可以添加碳酸氢钠或者氧化铝粉末3重量%以下，而为了更加提高强度，可以添加硅砂，甲酸钠，硼酸等为10重量%以下。而且可以添加作为粘合剂或者龟裂防止剂而通常使用的硅酸钠5重量%以下，并可以添加作为煅烧时的变形防止剂而使用的碳酸钠5重量%以下。

本发明不仅适用于粉煤灰，而且也适用于含有SiO2和Al2O3成分分别为20重量%以上和15重量%以上的物质。

本发明的实施例为如下。

在本发明实施例以及比较例中使用的粉煤灰组成为如下。

·水分含量：大约10%

·成分（重量%）：SiO2：54.57，Al2O3：25.65，Fe2O3：10.63，MgO：0.27，K2O：3.04，Na2O：1.08，其它：4.76

·粒度分布：40μm以下的为57.6%

·未燃碳部分（重量%）：3.55

实施例1～4

将粉煤灰900g放入在70CC水中已溶解了98%氢氧化钠130g的溶液中，并很好地进行搅拌混合后，倒入190×85×55mm的型模中，用成形压力15kg/cm2进行成形后，不进行干燥工艺而立即 在700～1000℃的煅烧温度中分别进行煅烧、退火而制造试片，该试片的物性评估结果示于表1中。

（表1） 区分 煅烧温度 （℃） 煅烧时间 （時） 抗压强度 （kg/cm2) 耐水性＊ 実施例1 700 1.5 220 良好 実施例2 800 1.0 250 良好 実施例3 900 0.5 280 良好 実施例4 1000 0.2 282 良好

＊所谓的“耐水性”，指的是在水中浸泡7天的情况下一点没有破碎。

实施例5～11

将粉煤灰900g放入在70CC水中已溶解了98%氢氧化钠130g的溶液中，并好好进行搅拌混后，倒入190×85×55mm的型模中，用成形压力10～70kg/cm2进行成形后，不进行干燥工艺而在900℃的煅烧温度煅烧30分钟，并退火制造试片，该试片的物性评估结果 示于表2中。

（表2） 区分 成形压力 （kg/cm2) 煅烧时间 (kg/cm2) 耐水性 表面状態＊ 実施例5 10 150 良好 良好 実施例6 20 276 良好 良好 実施例7 30 280 良好 良好 実施例8 40 282 良好 普通 実施例9 50 283 良好 普通 実施例10 60 280 良好 普通 実施例11 70 270 良好 不良

＊表面状态是用肉眼判定区分了样品的表面龟裂以及脱落程度。

比较例1～5

将煅烧温度变为200～550℃，煅烧时间变为1小时，此外的条件与实施例1相同，所得试片的物性结果示于下面记载的表3中。

比较例6

将氢氧化钠的用量减至50g，其余条件与实施例1同样施行，所得试片的物性评估结果示于表3中。

（表3） 区分 煅烧温度（℃） 抗压强度(kg/cm2) 耐水性 比较例1 200 36 不良 比较例2 300 40 不良 比较例3 400 45 不良 比较例4 500 55 不良 比较例5 550 80 普通 比较例6 700 68 不良

实施例12

将粉煤灰900g，98%氢氧化钠10g，氧化铝粉末0.5g进行混合，并粉碎成其粒度为250目之后，倒入100CC水，边搅拌边倒入190×85×55mm的型模中，在300℃，加热熟化4小时，之后在700℃煅烧30分钟而制造的发泡体，其物性为比重0.7，抗压强度60kg/cm2。

正如从上述实施例中所看到的那样，本发明的陶瓷体，由于具有高强度和耐水性，可以作为砖，人行道预制件，板材等的建材而使用，并由于具有优异的加工性和耐热性，可以作为电子制品的部件，汽车零件等用途而有用地使用，而且由于其可以轻质化，则可作为轻质砖等的用途而使用。另外，将目前日趋成为深刻问题的粉煤灰大量进行处理而可以再利用。