在本说明书中关于现有技术的任何讨论都不应以任何方式视作承认该现有技术是众所周知的或构成本领域普通公知内容的一部分。
众所周知，抛光天然石料能提高该石料的美学吸引力和价值。经过抛光的大理石、花岗岩、磨石子地等是昂贵的建筑材料，但是提供了引人注意和持久的外观。还已知抛光混凝土能提高其价值。为了抛光石料和石料地面，已经花费了超过100年来生产专门的机械和设备。目前具有低成本、先进和持久的金刚石工具的先进自动化设备使得抛光石料变得快速和费用承担得起的。
几千年来，陶瓷已经广泛用作装饰性、观赏性和建筑材料。由于陶瓷具有强度、耐久性、容易制造、容易安装和相对低的成本，它经常成为用于地板、墙壁、镶板和陶器的选择材料。但是，在许多情况中，希望具有带着令人愉快的高光泽或闪光的墙壁或表面。在本领域中已知，由于烧制的陶瓷的物理性质的原因，无法抛光经过烧制的陶瓷。
目前已知的使得陶瓷具有光泽表面的唯一方法通常是进行施釉。几个世纪以来，陶瓷表面的施釉方法是众所周知的，包括在制品上涂刷可热活化的釉，然后烧制，提供光泽表面。
虽然用窑烧制的陶瓷的结构与例如混凝土中发现的结构类似，但是它们代表不同的性质。例如，陶瓷的主要成分是氧化钙，其含量通常为61-67％，相比之下，典型的烧制的陶瓷制品如砖包含约2.8％的氧化钙。相反，砖包含约66％的二氧化硅，而水泥中二氧化硅的含量约为23％。
经过烧制的陶瓷和混凝土的外观也不相同。陶瓷是经过烧制的，而混凝土是浇注的。这赋予它们不同的外观，但是，主要区别是化学上的区别，因为陶瓷在烧制之后变成完全不同的物质。在烧制过程中，陶瓷结构的物理和化学组成发生永久性且不可逆的改变。由于烧制过程使颗粒产生活化和迁移，使得陶瓷结构发生化学反应。超过1000摄氏度的酷热产生的化学反应导致形成陶瓷，其不同于混凝土，混凝土会因为这样的温度被完全破坏。陶瓷比水泥或大多数其他石料明显更软和更易碎，因此不能对陶瓷进行抛光。主要是由于世界各地能开采许多不同的粘土，例如高岭土、耐火粘土、球粘土、陶器和石器、以及这些粘土的混合物，来形成适合于制造特定产品的特定陶瓷，所以各种陶瓷具有明显的区别。除了粘土的不同以外，这些粘土还有许多混合组合。加入的大量填料有很多变化，能使陶瓷产生某种颜色、密度、含湿量、粒度和耐久性。由用窑烧制的陶瓷制造的多种产品包括各种形状、用途和尺寸，以及看上去无限多种设计。所有这些因素都使得对经过烧制的陶瓷进行抛光成为比抛光水泥或其他石料困难得多的命题。
瓷器是烧制的陶瓷中具有不同物理性质的一种独特形式。对高岭土、球粘土、研磨长石、燧石和其他添加剂的配方进行设计，生产具有不同和特定的性质如硬度、半透明性、密度的陶瓷，这种陶瓷能吸收非常少量的水。这些陶瓷是已知的，但是它们的化学性质也不同于砖和瓦之类的经过烧制的陶瓷，这些陶瓷也在明显更高的温度烧制。
本发明的一个目的是克服或改进现有技术的至少一种缺点，或者提供可用的替代品。
除非上下文中有另外的清楚要求，否则，在说明书和权利要求中，“包括”、“包含”等应理解为与排它或穷举含义相反的包含含义；就是说，是“包括但并不限于”的含义。
概述
根据本发明第一方面，提供一种抛光烧制的陶瓷制品的表面的方法，所述方法包括以下步骤：
a)向烧制的陶瓷制品的表面施用硬化/致密化混合物，所述混合物包含选自氢氧化物、硅酸盐、烃基硅醇盐(siliconate)、氟硅酸盐、硅氧烷、硅氮烷、硅烷、硅酯及其组合的成分；
b)使所述硬化/致密化混合物接触所述表面，接触时间足以使所述混合物浸入所述表面并发生化学反应，从而硬化/致密化所述表面；和
c)抛光所述表面。
抛光所述表面的方法优选进一步包括向所述陶瓷表面施用抛光混合物；和抛光所述陶瓷表面。
在所述方法中，更优选所述接触时间足以使所述混合物渗透并硬化所述表面，并且所述方法进一步包括以下步骤：
d)中和所述表面；
e)任选烧结所述表面；和
f)蒸汽清洁所述表面。
可以通过涂刷、浸渍、喷射等方式施用硬化/致密化溶液，或者可以在真空或压力条件下施用所述溶液，从而增大所述陶瓷制品的表面中的渗透率。
优选所述方法进一步包括以下步骤：
d)在抛光过程中，向所述陶瓷表面施用抛光混合物；或者
e)不使用抛光混合物，而是在用水润滑或干燥条件下使用抛光垫、盘、筒或带抛光所述陶瓷表面。
优选所述烧制的陶瓷制品是砖、瓦、板、墙壁或三维固体。最优选所述烧制的陶瓷制品是砖。在另一种实施方式中，优选所述表面是现场墙壁(in-situ wall)。
优选将硬化/致密化混合物加到溶剂中，所述溶剂选自水、醇和有机溶剂。优选以一定速率施用硬化/致密化混合物，所述速率足以渗透所述表面0.01-10毫米。如果使硬化/致密化混合物接触陶瓷表面，则优选在研磨之前使所述表面干燥并固化。
优选所述硬化/致密化混合物包含水和一种化合物，所述混合物选自氢氧化物、硅酸盐、烃基硅醇盐、氟硅酸盐、硅氧烷、硅氮烷、硅烷、硅酯及其组合，水和所述混合物的体积比约为8∶1至1∶1。
在一种实施方式中，所述硬化/致密化混合物包含存在于水中的氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铯或其混合物。最优选使用NaOH和KOH的溶液。
在另一种实施方式中，所述硬化/致密化混合物包含硅酸盐或硅酸盐混合物，优选是硅酸钠。对于陶瓷制品中包含低浓度的硅和/或非反应性形式的硅的情况，优选加入硅酸盐。
在一种特别优选的实施方式中，所述硬化/致密化混合物包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铯和热解法氧化硅。
在另一种实施方式中，所述硬化/致密化混合物包含氟硅酸盐或氟硅酸盐混合物。所述氟硅酸盐优选选自氟硅酸锌、氟硅酸镁及其混合物。
在另一种实施方式中，所述硬化/致密化混合物包含烃基硅醇盐或烃基硅醇盐混合物。所述烃基硅醇盐优选是甲基硅醇钠(sodium methyl siliconate)。
所述抛光混合物可以与所述硬化/致密化混合物相同或不同，但是，所述抛光混合物优选与所述硬化/致密化混合物相同。通常以溶液形式施用所述混合物。所述抛光混合物优选以一定速率、以大于所述硬化/致密化混合物的稀释率施用。
所述抛光混合物优选包含存在于溶剂中的氢氧化物、硅酸盐、烃基硅醇盐、氟硅酸盐、硅氧烷、硅氮烷、硅烷、硅酯及其组合，所述溶剂包含选自水和醇的成分。
所述抛光混合物优选包含水和一种化合物，所述化合物选自氢氧化物、硅酸盐、烃基硅醇盐、氟硅酸盐、硅氧烷、硅氮烷、硅烷、硅酯及其组合，水和所述化合物的体积比约为30∶1至1∶1，更优选约为10∶1。
优选用磨粒粗糙度约为20-10000的抛光盘、筒或垫对所述表面进行机械抛光。可以在处理之前对所述表面进行额外的研磨，例如使表面变平坦或变平滑。
根据第二方面，本发明提供一种抛光用窑烧制的陶瓷表面的方法，所述方法包括以下步骤：(a)以一定速率向所述陶瓷表面施用在水或醇中稀释的抛光混合物，所述速率足以充分渗透所述表面，所述混合物包含氢氧化物、硅酸盐、烃基硅醇盐、氟硅酸盐、硅氧烷、硅氮烷、硅烷、硅酯及其组合；和(b)抛光施用了所述混合物的陶瓷表面。
所述稀释的抛光混合物优选包含水和一种化合物，所述化合物选自氢氧化物、硅酸盐、烃基硅醇盐、氟硅酸盐、硅氧烷、硅烷、硅酯及其组合。
第二方面的方法优选进一步包括以下步骤：(c)清洁所述陶瓷表面；(d)再向所述陶瓷表面施用稀释的抛光混合物；和(e)用抛光垫、盘或筒抛光所述陶瓷表面，所述垫、盘或筒的磨粒小于之前抛光步骤中所用的磨粒。
可重复步骤(c)至(e)，直至所述表面具有所需水平的闪光。
根据第三方面，本发明提供研磨和抛光粗糙、不规则陶瓷表面的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)在使用或不使用润滑剂的条件下，用粗粒研磨垫、盘或筒研磨所述表面，产生基本平滑、均匀的表面；
(b)向所述陶瓷表面施用硬化/致密化混合物，所述混合物选自氢氧化物、硅酸盐、烃基硅醇盐、氟硅酸盐、硅氧烷、硅氮烷、硅烷、硅酯及其在溶剂中的溶液和混合物，所述溶剂包含选自水和醇的成分；
(c)使所述硬化/致密化混合物保持接触所述表面，接触时间足以渗透、硬化和固化所述陶瓷表面；和
(d)抛光所述陶瓷表面。
所述润滑剂优选是水。
第三方面的方法优选进一步包括以下步骤：
(e)清洁所述陶瓷表面；
(f)向所述陶瓷表面施用抛光混合物；
(g)用抛光垫、盘或筒抛光所述陶瓷表面，所述垫、盘或筒的磨粒小于之前抛光步骤中所用的磨粒；和
重复步骤(e)至(g)，直至所述表面在清洁之后具有所需水平的闪光。
所述抛光混合物优选是稀释的抛光混合物。
第三方面的方法进一步包括在向所述陶瓷表面施用所述硬化/致密化混合物的步骤之前，清洁所述陶瓷并使所述陶瓷表面干燥的预备步骤，或者，第三方面的方法进一步包括在研磨和抛光所述表面之前除去已有涂层，所述方法包括以下预备步骤：
(i)用粗糙的旋转磨盘和/或通过喷砂研磨所述表面；
(ii)施用化学剥除剂除去所述涂层的任何残留部分；和
(iii)清洁所述陶瓷表面。
根据本发明第四方面，提供从固化的陶瓷表面除去和平化柔软、多孔陶瓷并抛光所述表面的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)用粗糙的旋转研磨器研磨和除去所述柔软表面；
(b)清洁所述表面并使其干燥；
(c)向所述陶瓷表面施用硬化/致密化混合物，所述混合物选自氢氧化物、硅酸盐、烃基硅醇盐、氟硅酸盐、硅氧烷、硅氮烷、硅烷、硅酯及其在溶剂中的溶液和混合物，所述溶剂包含选自水和醇的成分；
(d)使所述硬化/致密化混合物保持接触所述表面，接触时间足以硬化和/或致密化所述陶瓷表面；
(e)用抛光垫、盘或筒抛光所述陶瓷表面，所述垫、盘或筒的磨粒粗糙度约为20-10000；
(f)清洁所述陶瓷表面；
(g)向所述陶瓷表面施用稀释的抛光混合物，所述混合物选自水和氢氧化物、硅酸盐、烃基硅醇盐、氟硅酸盐、硅氧烷、硅氮烷、硅烷、硅酯及其在溶剂中的溶液的混合物，所述溶剂包含选自水和醇的成分；
(h)用抛光垫、盘或筒抛光所述陶瓷表面，所述垫、盘或筒的磨粒粗糙度小于之前抛光步骤中所用的磨粒；和
(i)重复步骤(f)至(h)，直至所述表面在清洁之后具有所需水平的闪光。
本发明方法进一步包括用稀释的酸性溶液处理经过抛光的用窑烧制的固体陶瓷。向所述用窑烧制的固体粘土陶瓷的表面施用所述稀释的酸性溶液，并使其与所述表面保持接触一段时间，然后用水或蒸汽清洁器冲洗。
优选向所述用窑烧制的固体粘土陶瓷施用所述硬化/致密化溶液，从而形成铝硅酸盐玻璃、硅酸钙玻璃或多组分硅酸盐玻璃。
根据本发明第五方面，提供由本发明以上任一方面的方法制备的具有外观改变的表面的经过烧制的陶瓷。
根据本发明第六方面，提供具有抛光的铝硅酸盐玻璃表面、硅酸钙玻璃表面或多组分硅酸盐玻璃表面的经过烧制的陶瓷。优选所述烧制的陶瓷具有不发粘的表面。优选所述烧制的陶瓷具有耐受矿物质浸出的表面。优选所述烧制的陶瓷具有耐受油、漆、溶剂和其他化学品渗透的表面。优选所述烧制的陶瓷具有能反射光的表面。优选所述烧制的陶瓷具有耐磨和耐风化的表面。
优选所述烧制的陶瓷为砖或瓦或墙壁的形式。
发明详述
以下参考砖描述本发明，但是应理解，本发明可用于任何合适的陶瓷制品或结构。
用窑烧制的固体粘土陶瓷如砖的物理研磨和抛光不同于其他材料的研磨和抛光，原因在于，虽然所述陶瓷在高温下进行了烧制，但是其结构仍然是相对松散的。在进行粗磨时，所述陶瓷中不同组分之间的结合会使各组分脱离，破坏所述表面，留下凹坑，所述凹坑的深度大于磨轮的粒度(和形成的痕迹)。因此，持续的抛光并不会改善表面性质。
本发明人发现，在所述陶瓷表面上，与氢氧化物进行化学反应之后，或者与氢氧化物混合物(包含或不包含溶解的氧化硅)进行化学反应之后，或者通过各种硅化合物(如硅酸盐、烃基硅醇盐、氟硅酸盐、硅氧烷、硅氮烷、硅烷、硅酯)反应之后，可以最终将烧制的陶瓷制品如砖抛光至高光泽度，原因在于形成固结的硬陶瓷表面。如授予Jones等人的美国专利6454632中所述，已经使用硅酸盐、烃基硅醇盐、氟硅酸盐、硅氧烷、硅氮烷、硅烷、硅酯之类的化合物在抛光之前硬化/致密化混凝土。
不希望受限于理论，发明人相信，氢氧化物或氢氧化物混合物(包含或不包含溶解的氧化硅)或其他硅化合物能稳定化/致密化/硬化所述陶瓷制品表面。开始时可以将这种表面磨平，形成平滑规则的表面，准备用于化学用途。进一步研磨和抛光时，可以按照通常的方式用较细的抛光磨粒进行加工，用较细的磨粒对所述表面进行连续的再研磨，以除去早期研磨工艺留下的凹坑痕迹。
通常在任何化学处理之前进行第一次研磨。可以使用粒度为20-120的磨粒以湿法或干法进行这项操作。如果研磨操作以湿法进行，则必须在施用所述硬化/致密化混合物之前对所述陶瓷进行干燥。如果采用干法研磨，则应当用批准的除尘系统捕捉灰尘，以免对操作者健康造成危害。
使用粗磨轮研磨未改进陶瓷存在限制因素，原因在于用窑烧制的固体粘土/石灰陶瓷的特定性质。最主要的问题在于，由于所述陶瓷结构是易碎的，不能承受研磨压力，所以小颗粒和微颗粒离开所述结构，导致破坏所述表面。使用标准粗磨轮研磨所述陶瓷表面时，所述陶瓷的边缘产生碎屑。普通磨轮由附着于旋转轮、盘或筒的分段金刚石制成，当所述金刚石段“撞击”陶瓷边缘时会使所述边缘破碎，或者从所述表面扯出松散的未固结颗粒。这种作用力是明显的，每次金刚石段撞击所述陶瓷表面时，会对所述表面提供一次冲撞。在研磨过程中，当金刚石工具通过陶瓷表面时，所述陶瓷无法承受所述金刚石工具产生的中间压力。
消除由金刚石段产生的压力和冲击方面的这些波动的一种方式是使用树脂来“填充”金刚石段之间的空间，从而产生压力方面较高的均匀性。克服金刚石段的冲击的另一种方式是产生连续的金刚石表面。
在起始研磨过程中，一般在开始抛光过程之前对波形或不规则表面进行研磨。一旦对表面进行了化学改进，就随后使用粒度为200-10000的较细磨粒以产生更平滑的表面。这样使用较细的磨粒，就能够使用干燥或润滑的研磨剂实现比以前更高的光亮度。
本发明人发现，使陶瓷表面发生结构和化学变化，变成具有不同性质的全新物质时，可以抛光陶瓷。施用硬化剂/致密化剂能使表面变得更硬和/或更致密，能够将其抛光至高光泽度，所述硬化剂/致密化剂是单独使用的浓氢氧化钠、氢氧化钾和/或氢氧化铯，或者将它们与氧化硅或硅酸盐、烃基硅醇盐、氟硅酸盐、硅氧烷、硅氮烷、硅烷、硅酯一起混合。不希望受限于理论，含水氢氧化物的作用溶解热活化粘土中Si、Al、Mg、Ca等之类物质。然后所述化学物质的迁移性导致发生各种复杂的化学相互作用。化学物质缩合成稳定的无机聚合物网络结构，使陶瓷表面变成玻璃阵列。
除了氢氧化物/热解法氧化硅混合物以外，向所述溶液加入额外的Al、Mg、Ca和其他合适阳离子能定制反应，在陶瓷表面中获得所需的不同性质，如硬度和由此产生的耐刮擦性。由于将陶瓷转化成一种玻璃，所以加强了陶瓷的性质，使得所述陶瓷具有不同的用途。硬度增大使得所述表面的耐风化性、光反射性增大，由此在炎热气候时节约热能。所述陶瓷/玻璃表面还能更好地承受热量而不发生损坏。由于所述过程的碱性性质，其还能抑制霉菌和其他形式微生物的生长。
或者，可以用反应性硅化合物处理陶瓷，所述化合物是例如硅酸盐、烃基硅醇盐、氟硅酸盐、硅氧烷、硅氮烷、硅烷、硅酯块。以前已经使用这些化合物来处理混凝土，但是令人吃惊地发现，它们也能作为处理剂用于处理陶瓷，在抛光之前硬化/致密化所述表面。
参考砖描述了本发明，但是应该理解，本发明并不限于砖，而是包括所有用窑烧制的固体粘土/石灰陶瓷制品。
用窑烧制的基于粘土和/或石灰的陶瓷的化学组成和结构各不相同，但是一般包含粘土和/或石灰，一些种类的填料如砂，和水。从化学上说，它们主要包含石英、伊利石和高岭石，以及一些长石和碳酸盐(Buchwald，Kaps & Hohmann，2003)。实际百分数根据为了产生所需的颜色或其他性质如硬度加入的矿物质而变化，但是一般分析显示以下化学组成(Kaps & Buckwald，2002)：
  LiO   SiO2   Al2O3   Fe2O3   CaO   MgO   TiO2   K2O   Na2O   砖粉   0.9％   66.7％   15.8％   5.3％   2.8％   3.8％   0.53％   3.7％   0.79％
然后将各组分与水混合，形成砖、瓦、片和三维产品，然后在所要求的温度烧制，形成用窑烧制的固体粘土陶瓷。
通过脱羟基过程(Buckwald，Kaps & Hohmann，2003；Kaps & Buchwald，2002)，将用窑烧制的基于粘土/石灰的陶瓷中的组分热活化形成反应性物质(活化的粘土如偏高岭土)。然后用碱金属氢氧化物溶液(如KOH、NaOH、CsOH)使活化的粘土的固体网络结构经历分解过程，产生存在于溶液中的可反应的硅酸盐、碳酸盐和铝酸盐单体。然后在沉降过程中，所述硅酸盐、碳酸盐和铝酸盐单体发生缩合，形成稳定的无机聚合物网络结构(Kaps & Buchwald，2002)。实际上是一种多组分/铝硅酸盐玻璃(Mele，Biesemans & Wu，1996)。
一种研磨和抛光粗糙、不规则陶瓷表面的方法，所述方法包括以下步骤：(a)在使用或不使用润滑剂的情况下，用粒度为20-150的粗粒研磨垫、盘或筒研磨所述表面，形成基本平滑、均匀的表面；(b)向所述陶瓷表面施用在溶剂中的硬化/致密化混合物，所述混合物选自氢氧化物、硅酸盐、烃基硅醇盐、氟硅酸盐、硅氧烷、硅氮烷、硅烷、硅酯及其组合，所述溶剂包含选自水和/或醇的成分；(c)使所述硬化/致密化混合物保持接触所述表面，接触时间足以硬化和/或致密化所述陶瓷表面；(d)用粒度为80-150的磨粒研磨所述表面；(e)在砂磨和抛光过程中使用粒度为200-10000的更细的研磨盘、垫、筒，获得所需的抛光度；(f)所述硬化/致密化混合物与所述陶瓷反应并且进行了最后抛光之后，进行一些步骤以防止未反应的化合物迁移离开所述陶瓷。这种未反应的可用硬化/致密化混合物是非常不利的，因为在使用强氢氧化物混合物时，会在所述陶瓷表面上形成腐蚀性膜。这种膜使抛光面的光亮度降低，如果接触不受保护的皮肤/眼睛，可能是危险的。因此，即使及时的二氧化碳反应以及空气中的水蒸气会形成稀释的碳酸从而中和所述陶瓷，对所述经过抛光的陶瓷进行中和也是很重要的。建议通过施用稀释的酸如盐酸来中和陶瓷。虽然固化过程不需要加热而是主要根据时间(完全固化约28天)决定，但是建议通过向所述陶瓷表面施加热量来加快固化。改变强度和温度来适应所述陶瓷的性质。这种做法进一步抑制了未反应的可用化合物的迁移。还可以通过在施用硬化/致密化混合物之后进行热烧结过程来硬化新形成的玻璃/陶瓷表面。通过用水冲洗和/或用蒸汽清洁所述表面，进行清洗所述陶瓷的最后步骤，除去残留的表面残余物。
除了氢氧化物以外，还可以使用一些种类的含硅化合物来改善陶瓷表面的特性。
这些化合物中最适用的是硅酸盐、烃基硅醇盐和氟硅酸盐，最优选的是硅酸盐。但是，也可以使用硅氧烷、硅氮烷和硅烷化合物。事实上，根据本发明的原理，能与陶瓷表面上的开键位置反应的任何硅化合物都可以使用。硅氧烷和硅氮烷之类的化合物产生与硅酸盐类似的反应，除去烷氧化物或酰胺基团。以下讨论将考虑上述各化合物的相关方面。
1.可溶性无机硅酸盐：
这些材料与陶瓷表面中已有的硅酸盐材料反应，提高所述陶瓷表面的强度、表面硬度和疏水性特征。可溶性无机硅酸盐的化学通式为：
MxSiyOz
其中M是碱金属如锂、钠、钾、铷或铯，或其混合物；x是整数，如1、2、4、6、8、10等；y是整数，如1、2、5、11、14等；z是整数，如1、3、6、10、12、15、20等。对本领域技术人员显而易见的是，x、y和z是反映该元素在化学物质中的价态的数字。适用于本发明的可溶性无机硅酸盐的具体例子包括：Na4Si17O16，K4Si15O12，Na4SiO4，KHSi2O5，Na6Si2O7和K2Si2O5。
这些硅酸盐可作为纯化合物使用，或者更通常溶解在溶剂如水或醇中，作为溶剂混合物施用，有一种或多种上述物质存在于溶液中。还可按照需要加入表面活性剂，以及其他组分，如需要的催化剂、着色剂、颜料或染料。还可以加入以下讨论的其他化学物质。为了成本和实用性的原因，这些硅酸盐优选以包含所述物质或物质种类以及其他物质和混合物组分的溶液、混合物、或溶液混合物形式使用。
2.烃基硅醇盐：
如同上述可溶性无机硅酸盐，烃基硅醇盐也能与陶瓷表面中已有的硅酸盐材料相互作用，提高所述表面的强度、表面硬度和疏水性特征。烃基硅醇盐是具有加入的有机基团的硅酸盐。其代表性通式为：
(RSiOx)yMz
其中R是有机基团，通常是包含1-10个碳原子的小烷基(支化或非支化的)、或者包含6个碳原子的环的芳基，如甲基(CH3)、乙基(C2H5)、癸基(C10H21)或苯基(C6H5)；x是小整数，通常是1或3；y是小整数，通常为1-10，但是可以更大；z是整数，通常为1-4；M是碱金属，如上述的那些碱金属。或者，M还可以包括其他物质，如镁、锌或锡。适用于本发明的烃基硅醇盐的具体例子包括：CH3SiO3K3，C4H9SiO3Na3，二聚物(CH3SiO2)ONa4(一种聚合物形式)，和聚合物CH3SiO2Na(增量的聚合物形式)。
3.氟硅酸盐：
如同硅酸盐和烃基硅醇盐，氟硅酸盐也能与陶瓷表面中的硅酸盐材料相互作用以加强Si-O键，如上所述提高所述陶瓷的强度、表面硬度和疏水性特征。氟硅酸盐的一种通式是：
Mx(SiFy)z
其中M是碱金属如锂、钠、钾、铷或铯，或者碱土金属如镁，或者其他金属如锰、锌或锡；x是整数如1或2；y是整数如6；z是小整数如1或2。适用于本发明的氟硅酸盐的具体例子包括：Na2SiF6，MgSiF6，ZnSiF6和Sn(SiF6)2。
4.硅酯：
硅酯是具有与硅原子键合的羧酸的硅化合物。硅酯相对不溶于水中，而是可以作为在水中的分散体用于按照本发明原理处理陶瓷。硅酯的通式为：
RxSi(CO2R′)y
其中R是有机基团，通常是包含1-10个碳原子的小烷基(支化或非支化的)、或者包含6个碳原子的环的芳基，如CH3(甲基)、C4H9(丁基)或C8H17(辛基)；x和y是小整数，使得x+y＝4。R′是另一有机基团，可以与R相同或者是不同的有机基团，通常具有8-10个碳原子。可用于本发明的硅酯的例子包括CH3Si(COO-CH3)3(甲基三乙酰氧基硅烷)和(C4H9)2Si(COO-CH3)2(二丁基二乙酰氧基硅烷)。
5.硅氧烷
硅氧烷是硅烷氧化物(但是有时候错误地表示硅酯)，相对不溶于水中，很容易水解成SiO2和/或其他产物。但是，硅氧烷可以作为在水中的分散体用于按照本发明原理处理陶瓷。可用于本发明的硅氧烷的两种通式是：
RSi(OR′)3或Si(OR′)4
其中R是有机基团，通常是包含1-10个碳原子的小烷基(支化或非支化的)、或者包含6个碳原子的环的芳基，如CH3、C6H5或C8H17；R′是第二有机基团，与R类似也是小烷基或芳基，可以与R相同或不同，如C2H5或(CH3)2CH。或者，R基团可包含官能基如胺、醇、硫醇等。一种例子是H2N-CH2CH2-Si(OCH3)3。还可以使用这些化合物的聚合物作为硬化剂/致密化剂。还可以向硬化/致密化混合物加入催化剂，如锆(Zr)、铈(Ce)、铌(Nb)和钛(Ti)的金属有机化合物，例如Ti(OR′)4，用于改善与陶瓷的反应。
发明人相信，硅氧烷在硬化/致密化陶瓷表面方面的效果不大于上述一些其他物质，如硅酸盐和烃基硅醇盐。但是，这些物质仍然有助于为表面赋予疏水性，由此可按照本发明原理使用。
6.硅氮烷：
硅氮烷是有硅键合于基础氮的化合物。如同硅氧烷，硅氮烷也相对不溶于水中，如果使用，则优选作为在水中的分散体使用。通式为：
RxSi(NR′y)z
其中R是有机基团，通常是包含1-10个碳原子的小烷基(支化或非支化的)、或包含6个碳原子的环的芳基；R′是第二有机基团，与R类似也是小烷基或芳基，可以与R相同或不同；x是整数如1、2、3等；y是整数如1、2等；z是整数，使得x+z＝4。还可以使用这些硅氮烷的二聚物、三聚物和聚合物。适合于按照本发明原理使用的硅氮烷的具体例子是[(CH3)2Si]2(NCH3)。
如同硅氧烷，发明人相信，硅氮烷在硬化/致密化陶瓷表面方面的效果不大于硅酸盐、烃基硅醇盐和氟硅酸盐。但是，这些物质仍然有助于为表面赋予疏水性，由此可以按照本发明原理使用。
7.卤硅烷：
卤硅烷包括与卤素键合的硅烷。适用于本发明的卤硅烷的通式为：
RxSiXy
其中R是有机基团，通常是包含1-10个碳原子的小烷基(支化或非支化的)、或包含6个碳原子的环的芳基；X是卤素，如氯、溴、碘等；x和y是小整数，如1、2、3等，使得x+y＝4。
在碱如胺、苏打(碳酸钠)等存在下，卤硅烷有效地与Si和O物质反应，从而有助于改善陶瓷的性质。本领域技术人员将认识到，混合时，卤硅烷溶液通过与以上例子中讨论的溶液组分反应而快速形成硅氧烷。可以按照本发明原理使用的卤硅烷的工作例子是(C6H5)2SiCl2和(C8H17)SiBr3。还可以将反应性有机基团与硅烷一起使用，从而改进它们与陶瓷的反应。如本文所用，术语“硅烷”和“卤硅烷”都表示卤硅烷。
如同硅氧烷和硅氮烷，发明人相信，卤硅烷在硬化和致密化陶瓷表面方面的效果不大于硅酸盐、烃基硅醇盐和氟硅酸盐。但是，这些物质仍然有助于为表面赋予疏水性，由此可以按照本发明原理使用。应该理解，一些种类的卤硅烷形成会破坏陶瓷的酸性物质，必须予以解决，例如通过加入酸中和化合物解决。例如，丁基三氯硅烷倾向于形成酸性氯化物，其会在陶瓷表面形成凹坑。但是，加入合适量的三乙胺能有效地降低硬化/致密化混合物的酸度。
根据本发明原理的抛光/硬化陶瓷表面的一般方法包括首先向陶瓷施用基于氢氧化物、硅酸盐、烃基硅醇盐、氟硅酸盐、硅氧烷、硅氮烷、硅烷和/或硅酯的硬化/致密化混合物。以合适的速率将存在于溶液中的这种化合物施用于陶瓷表面，从而基本润湿所述表面，使其保持接触所述表面，接触时间足以使所述混合物全部浸渍到所述陶瓷表面中，使所述陶瓷硬化/致密化。然后可以向所述表面施用抛光混合物，在使用例如旋转抛光机磨光或抛光所述表面时形成抛光浆液。所述抛光混合物可只包含水，或者可包含稀释形式的硬化/致密化混合物，即，氢氧化物、硅酸盐、烃基硅醇盐、氟硅酸盐、硅氧烷、硅氮烷、硅酯和/或硅烷化合物的溶液。可以在抛光之前施用所述稀释的抛光混合物，或者与抛光步骤同时进行。
在硬化/致密化混合物中，水或醇与氢氧化物、硅酸盐、烃基硅醇盐、氟硅酸盐、硅氧烷、硅氮烷、硅酯和/或硅烷的体积比应当约为20∶1至1∶1。但是，优选比例约为3∶1或5∶1。在稀释的抛光混合物中，在并非单独使用水的时候，水或醇与氢氧化物、硅酸盐、烃基硅醇盐、氟硅酸盐、硅氧烷、硅氮烷、硅酯和/或硅烷的比例应当约为30∶1至1∶1。但是，优选比例应当约为10∶1。
所述混合物能渗透进陶瓷制品表面0.1-10毫米距离，取决于粗糙度和预期抛光程度。通常对于氢氧化物体系，在固化之前，在环境温度下使砖保持接触氢氧化物12小时(最长28天)，然后抛光。
合适的旋转抛光机在本领域中是众所周知的，通常结合有安装在抛光机底部的圆形研磨垫、盘或筒。合适的垫或盘能从本领域技术人员已知的来源购得，包括嵌入了金刚石的磨盘或磨筒。但是，本发明还可设想其他抛光方法。
要按照这种方法充分抛光表面，要求使旋转抛光机通过所述表面，使得粒度约为20-10000的旋转盘、垫或筒能够接触所述表面全部面积至少一次。但是，可以在交替方向通过多次，以获得更好的结果。在抛光过程中，可以存在抛光混合物的连续流以充分润滑抛光动作，或者不存在抛光混合物，为所述表面赋予所需的闪光。在指定表面上通过适当次数之后，清洁所述表面并检查确定是否达到所需的闪光水平。必须干燥所述表面以确定是否达到所需的闪光。
如果尚未达到所需的闪光水平，则要求每次使用粒度较小的研磨垫重复以上过程。如本领域中众所周知的，用一种数字表示研磨剂的粗糙度，较小的数字表示磨粒较粗，较大的数字表示磨粒较细。开始时用粒度为120-3000的研磨垫、盘或筒抛光处于良好条件下的典型陶瓷表面，取决于所需的光泽。连续重复所述抛光过程时，通常每次将所需垫的粒度增大200。可以用粒度为800-10000的垫、盘或筒获得令人满意的高光泽度，取决于优选的闪光水平。
或者，对粗糙或受损坏的陶瓷表面进行抛光时，在可以进行抛光过程之前，需要对所述表面进行研磨。首先清洁所述表面，然后优选用粒度为20、50或120的旋转研磨盘研磨至少一次。优选不使用水。这种过程可能要求进行更多次，或者从一个粒度水平至另一个粒度水平逐次进行。
所述表面变干燥、平滑和均匀之后，立刻向所述表面施用氢氧化物、硅酸盐、烃基硅醇盐、氟硅酸盐、硅氧烷、硅酯和/或硅烷硬化/致密化混合物(如上所述)，使其浸渍到所述表面中。可以以一定速率施用这种化合物，或者重复施用，主要取决于陶瓷的孔隙率，使所述混合物浸渍到所述表面中。在开始抛光之前，使所述表面彻底干燥。然后如上所述抛光所述表面，开始时优选使用粒度为20或50的垫、盘或筒，然后进阶至粒度为200、400、800，继续进行，直至获得所需的闪光。如果使用潮湿的金刚石工具，则建议将稀释的抛光混合物的连续流和磨粒一起使用，所述混合物包含水，或者包含水以及氢氧化物、硅酸盐、烃基硅醇盐、氟硅酸盐、硅氧烷、硅氮烷、硅酯和/或硅烷抛光混合物，优选如上所述按照10∶1用水稀释。
实施例
以下说明性非限制性实施例提出在各种条件下将上述本发明化合物用于面临各种挑战的陶瓷的方法。
实施例1：陶瓷-氢氧化钠/热解法氧化硅
将普通家用砖干燥之后，使用带有金刚石工具的旋转研磨机使其变得平坦和平滑，所述金刚石工具的磨粒粒度为20-120。
制备氢氧化钠、热解法氧化硅在水中的浓缩溶液(重量比为1∶1.4∶3)，将其施用于所述砖的平坦、平滑表面。足够的施用量不仅润湿了所述砖的表面，还渗透进所述砖中几毫米的深度。
通常在进行任何化学处理之前首先进行研磨。使用粒度为80的磨粒进行干法研磨。用批准的除尘系统捕捉灰尘，不至于危害操作者的健康。
不受限制地施用化学品，使其浸渍到表面中，所述化学品在陶瓷中获得较高渗透率之后，再次重复所述过程。使所述砖在环境干燥条件下固化12小时。
所述陶瓷表面转化成铝硅酸盐玻璃，使所述表面固结，能进行第二次研磨。使用粒度为120的金刚石垫进行第二研磨过程，除去之前过程留下的任何刮擦痕迹以及由于陶瓷破碎形成的凹坑。使用水作为润滑剂进行这种过程。由于是化学过程，所以表面上没有发生进一步损坏。在使用水作为润滑剂的条件下，逐次使用粒度为200、400、800、1500和3000的较细的磨粒使得所述砖表面产生高光泽。
硬化/致密化混合物与陶瓷反应并且进行了最终抛光之后，向所述砖表面施用稀释的盐酸，保持接触所述表面约10分钟，以中和通常从所述陶瓷迁移来的氢氧化物。对所述砖进行最终的蒸汽清洗步骤，清洁表面并除去残留的任何残余物。
制得的表面具有看上去令人愉悦的反射高光泽外观。所述砖的经过处理抛光的表面能耐受液体渗透。结果是，所述抛光面能耐涂污/耐粘着，耐风化，耐受向外浸出，防止所述砖内的矿物质脱离。
低粘土含量的陶瓷-氢氧化钠/氢氧化钾/热解法氧化硅
将普通家用砖干燥之后，使用带有金刚石工具的旋转研磨机使其变得平坦和平滑，所述金刚石工具的磨粒粒度为20-120。使用干法研磨，用批准的除尘系统捕捉灰尘，不至于危害操作者的健康。
制备氢氧化钠、氢氧化钾和热解法氧化硅在水中的浓缩溶液(重量比为0.05∶0.05∶1.4∶3)，将其施用于所述砖的平坦、平滑表面。足够的施用量不仅润湿了所述砖的表面，还渗透进所述砖中几毫米的深度。
使所述砖在环境干燥条件下固化12小时。
所述陶瓷表面转化成铝硅酸盐玻璃，使所述表面固结，能进行第二次研磨。使用粒度为120的金刚石垫进行第二研磨过程，除去之前过程留下的任何刮擦痕迹以及由于陶瓷破碎形成的凹坑。使用水作为润滑剂进行这种过程。由于是化学过程，所以表面上没有发生进一步损坏。在使用水作为润滑剂的条件下，逐次使用粒度为200、400、800、1500和3000的较细的磨粒使得所述砖表面产生高光泽。
硬化/致密化混合物与陶瓷反应并且进行了最终抛光之后，向所述砖表面施用稀释的盐酸，保持接触所述表面约10分钟，以中和通常从所述陶瓷迁移来的氢氧化物。对所述砖进行最终的蒸汽清洗步骤，清洁表面并除去残留的任何残余物。
制得的表面具有看上去令人愉悦的反射高光泽外观。所述砖的经过处理抛光的表面能耐受液体渗透。结果是，所述抛光面能耐涂污/耐粘着，耐风化，耐受向外浸出，防止所述砖内的矿物质脱离。
高石灰含量陶瓷
研磨砖表面使其变平坦之后，将所述砖置于窑中，加热至800摄氏度，使其完全干燥，并使其热活化。
加入氢氧化钠/热解法氧化硅/水的浓缩溶液，使其浸渍到表面中。12小时的固化过程之后，在400摄氏度烧制所述砖，使其烧结，然后按照以上实施例的方法进行研磨和抛光。
制得的表面具有看上去令人愉悦的反射高光泽外观。所述砖的经过处理抛光的表面能耐受液体渗透。结果是，所述抛光面能耐涂污/耐粘着，耐风化，耐受向外浸出，防止所述砖内的矿物质脱离。
氢氧化钠/氢氧化钾
研磨砖表面使其变平坦之后，向所述砖施用氢氧化钠/氢氧化钾/水的混合物(1∶1∶3)，使其固化12小时。然后按照“低粘土含量陶瓷”实施例中所述对所述砖进行研磨和抛光。
制得的表面具有看上去令人愉悦的反射高光泽外观。所述砖的经过处理抛光的表面能耐受液体渗透。结果是，所述抛光面能耐涂污/耐粘着，耐风化，耐受向外浸出，防止所述砖内的矿物质脱离。
硬化/致密化溶液的浸渍
对陶瓷进行初次研磨之后使其干燥，然后在真空室中将其浸入硬化/致密化溶液中。在施加真空的条件下将所述陶瓷完全浸没。注意到排出大部分空气之后，关闭真空，使空气再次进入该室中。一段时间之后，从所述溶液中取出所述陶瓷，使其固化并干燥12小时。对于薄壁多孔陶瓷，由于浸渍产生的溶液渗透总计为10毫米。这种操作不仅使所述陶瓷表面发生化学变化，还使所属陶瓷的整个薄壁发生化学变化。所述硬化/致密化溶液渗透了所述陶瓷的全部厚度。然后按照以上实施例中所述对所述陶瓷进行研磨和抛光。中和和蒸汽清洁之后，所述陶瓷具有高光泽抛光面。
实施例2：陶瓷-硅酯
使用硅酯如二丁基二乙酰氧基硅烷在柔软陶瓷制品如砖(而非混凝土)上进行美国专利6454632的实施例1或2，形成具有非常高光泽抛光面的硬化陶瓷表面。
实施例3：陶瓷-硅烷
使用硅烷如辛基三氯硅烷、丁基三氯硅烷、丁基三乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷等在柔软陶瓷制品如砖(而非混凝土)上进行美国专利6454632的实施例3、4、7或8，形成具有非常高光泽抛光面的硬化陶瓷表面。
实施例4：陶瓷-硅氮烷
使用硅氮烷如六甲基二硅氮烷、六丁基二硅氮烷等在柔软陶瓷制品如砖(而非混凝土)上进行美国专利6454632的实施例5或6，形成具有非常高光泽抛光面的硬化陶瓷表面。
实施例5：陶瓷-氟硅酸盐
使用氟硅酸盐如氟硅酸锌、氟硅酸镁等在柔软陶瓷制品如砖(而非混凝土)上进行美国专利6454632的实施例9或10，形成具有非常高光泽抛光面的硬化陶瓷表面。
实施例6：硅酸盐
使用硅酸盐如硅酸钠等在柔软陶瓷制品如砖(而非混凝土)上进行美国专利6454632的实施例11或13，形成具有非常高光泽抛光面的硬化陶瓷表面。
实施例7：烃基硅醇盐
使用烃基硅醇盐如甲基硅醇钠、辛基硅醇钠等在柔软陶瓷制品如砖(而非混凝土)上进行美国专利6454632的实施例12或14，形成具有非常高光泽抛光面的硬化陶瓷表面。
应该理解，上述安排和实施例只是本发明原理的运用示例。在不背离本发明原理和范围的条件下，本领域技术人员可以设计各种改进和替代的安排，所附权利要求意在包括这些改进和安排。