一种具有高强度生坯的陶瓷薄板及其制备方法
阅读：568发布：2020-05-08
专利汇可以提供一种具有高强度生坯的陶瓷薄板及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种如上所述的具有高强度生坯的陶瓷薄板的制备方法，其包括如下工艺步骤：1)按原料重量份将各原料组分采用湿法球磨，得固含量为55～59％的混合浆料；2)混合浆料，得含 水 率为10～16％的生坯粉料；3)生坯粉料经压机布料 压制成型 ，得生坯，经干燥，得高强度陶瓷薄板干坯；4)高强度陶瓷薄板干坯烧制成型，得陶瓷薄板成品。本发明有效降低配方中优质粘土原料的需求量，以 火山灰 替代优质粘土原料作为主要塑性原料，其不仅降低了制备成品，同时通过具体原料组分的特殊选用及配比，使得制备出的陶瓷薄板生坯强度提升超过100％、干坯强度提升超过200％，其成品性能优于国标要求。，下面是一种具有高强度生坯的陶瓷薄板及其制备方法专利的具体信息内容。
1.一种具有高强度生坯的陶瓷薄板，其特征在于按原料重量份计包括如下组分：火山灰30～55份、钾长石10～30份、钠长石10～30份、石英15～25份、煅烧氧化铝2～4份、分散剂
0.1～2份、羧甲基纤维素钠0.1～3份。
2.根据权利要求1所述的一种具有高强度生坯的陶瓷薄板，其特征在于：所述火山灰的化学成分按重量百分比计为65～68％的SiO2、11～13％的Al2O3、0.2～0.8％的Fe2O3、0.01～
0.05％的TiO2、1～2％的CaO、1.5～2.5％的MgO、1.5～2.5％的K2O、2～4％的Na2O、12.5～
14％的烧失量。
3.根据权利要求1所述的一种具有高强度生坯的陶瓷薄板，其特征在于：所述火山灰的比表面积为40～70m2/g、平均孔径为3～10mm、孔容为0.05～0.2cm3/g。
4.根据权利要求1所述的一种具有高强度生坯的陶瓷薄板，其特征在于：所述分散剂选自磷酸钠、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠和聚丙烯酸钠中的其中一种。
5.根据权利要求1所述的一种具有高强度生坯的陶瓷薄板，其特征在于：该陶瓷薄板的厚度为3～6mm。
6.一种如权利要求1～5任一项所述的具有高强度生坯的陶瓷薄板的制备方法，其特征在于包括如下工艺步骤：
1)按原料重量份将各原料组分置于球磨机中混合均匀，采用湿法球磨0.5～24h，得固含量为55～59％的混合浆料；
2)混合浆料经过筛、陈腐、除铁、喷雾干燥，得含水率为10～16％的生坯粉料；
3)生坯粉料经压机布料压制成型，得生坯，干燥，得高强度陶瓷薄板干坯；
4)在高强度陶瓷薄板干坯表面进行布施底釉、喷墨装饰、布施面釉后，烧制成型，再经冷却、磨边、抛光、打蜡，得陶瓷薄板成品。
7.根据权利要求6所述的一种具有高强度生坯的陶瓷薄板的制备方法，其特征在于：步骤2)中所述生坯粉料的比表面积为15～35m2/g。
8.根据权利要求6所述的一种具有高强度生坯的陶瓷薄板的制备方法，其特征在于：步骤2)中所述生坯粉料的颗粒级配控制为20目以上颗粒≤1％、40％≤40目以上≤60％、100目以下颗粒≤4.5％。
9.根据权利要求6所述的一种具有高强度生坯的陶瓷薄板的制备方法，其特征在于：步骤4)中所述烧制成型的烧成温度为1185～1215℃，烧成时间为90～120min。
一种具有高强度生坯的陶瓷薄板及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及建筑陶瓷技术领域，特别涉及一种具有高强度生坯的陶瓷薄板及其制备方法。
背景技术
[0002] 改革开放以来，我国国民经济取得飞速的发展、同时人们生活水平的得到了显著提高，在此过程中大量消耗了大量的建筑陶瓷。建筑陶瓷在生产过程中需要消耗优质的黏土资源，据统计，每年我国建筑陶瓷消耗的优质黏土量约为6000万吨。如此大规模的黏土消耗量，不仅破坏了环境，同时也使我国的优质黏土资源越来越少。因此，在国家大力推行建设资源节约型，环境友好型社会的重要战略背景下，减少粘土用量、减小坯体厚度是建筑陶瓷发展的主要方向。由于优质粘土资源日趋减少，人们不得不使用含有较多瘠性料的粘土，造成形成的坯体可塑性变差，使得生坯和干坯体强度低，产品容易出现缺边、掉角、裂纹等缺陷，且即使增大成型压力也难以达到生产工艺要求。如采用适当减薄的陶瓷产品的改善措施，由于薄且强度低，在输送和使用过程中，损坏或开裂的几率大幅增加。然而伴随着陶瓷产品规格有越做越大、越做越薄的趋势，如何提高陶瓷薄板坯体强度对于陶瓷薄板生产显得尤为重要。现时，提高陶瓷薄板坯体强度主要有两种方法：一种是选用优质粘土并增加粘土用量，这样不仅需要消耗更多的优质黏土，同时也会加速优质黏土资源的枯竭，同时导致原料成本增加；另一种是选用优质的坯体增强剂以减少粘土用量，虽然坯体强度有所提高，但是提升幅度有限，同时也造成了制造成本的提升。
[0003] 到目前为止，现有技术中有关陶瓷薄板坯体增强的专利有：“一种高效陶瓷坯体增强剂及制备方法与应用”(CN105777142B)、“一种具有坯体增强效果的陶瓷减水剂及其制备方法”(CN106046275B)、“一种对料浆具有解凝效果的陶瓷坯体增强剂的制备方法及其产品的应用方法”(CN107459358B)、“一种陶瓷坯体增强剂及其应用”(CN102584253B)、“一种改性聚乙烯醇共聚物交联型陶瓷坯体增强剂的制备方法”(CN105859945A)等。这些专利技术都使用有机类材料合成的有机坯体增强剂，虽然陶瓷坯体强度增加了30～80％，但是所使用的优质黏土量并没有减少，并且其增强剂材料本身合成成本高昂，因此陶瓷薄板的广泛应用一直受到制约。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种具有高强度生坯的陶瓷薄板及其制备方法。
[0005] 本发明所采取的技术方案是：一种具有高强度生坯的陶瓷薄板，其按原料重量份计包括如下组分：火山灰30～55份、钾长石10～30份、钠长石10～30份、石英15～25份、煅烧氧化铝2～4份、分散剂0.1～2份、羧甲基纤维素钠0.1～3份。
[0006] 具体地，本发明以火山灰为主，辅以钾长石、钠长石和石英，采用四种非粘土原料作为该陶瓷薄板的主要材料，使得整体配方中煅烧氧化铝即粘土原料的需求量大大减少。换言之，本发明通过引入大量储量丰富且价格低廉的火山灰替代优质粘土原料作为主要塑性原料，不仅降低了陶瓷薄板生产的原料成本，同时也解决了因无序开发优质黏土导致其快速枯竭的生态问题。
[0007] 同时，我国是一个火山资源丰富的国家，在北方尤其以吉林省长白山脉地区最为丰富，且品质较好。其中，吉林的火山灰分布在辉南、靖宇、抗松、长白、安图、龙井、恒江、柳河等八个市县区域。有火山灰的面积约6万平方公里，火山灰覆盖厚度可达四十多米，储量巨大。同时吉林的火山灰含有较高活性二氧化硅、活性氧化铝、氢氧化钙及绿脱石等组分，具有轻质、孔隙结构发达、比表面积高、吸附性能突出等特点。在有自由水分存在时，活性二氧化硅、活性氧化铝在干燥过程中分别与氢氧化钙反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸等反应产物，使得以火山灰为主要原料的粉体材料经半干压成型后可获得高强度的生坯和干坯。同时，火山灰中的绿脱石物相具有与蒙脱土类似的性质，为一种黏土矿物，具有可塑性、吸水膨胀和脱水收缩等特点。因此，在本发明中火山灰不仅能起到替代黏土原料可塑性功能的作用，同时能很好起到坯体增强的作用。
[0008] 作为上述方案的进一步改进，本发明优选采用吉林的火山灰，其化学成分按重量百分比计为65～68％的SiO2、11～13％的Al2O3、0.2～0.8％的Fe2O3、0.01～0.05％的TiO2、1～2％的CaO、1.5～2.5％的MgO、1.5～2.5％的K2O、2～4％的Na2O、12.5～14％的烧失量。进一步地，所述火山灰的比表面积为40～70m2/g、平均孔径为3～10mm、孔容为0.05～0.2cm3/g，其与其它原料具有良好的适配性，同时在生产过程中表现出优异的加工性能。
[0009] 作为上述方案的进一步改进，所述分散剂选自磷酸钠、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠和聚丙烯酸钠中的其中一种，其溶于水后，会电离成离子后吸附于颗粒表面，颗粒表面形成一种双电层的结构，使其表面电荷密度提高，通过表面同种电荷斥力作用，克服了颗粒间的范德华吸引力，实现分散效果。
[0010] 作为上述方案的进一步改进，该陶瓷薄板的厚度为3.0～6.0mm，其符合陶瓷产品越做越薄的趋势，进一步起到节能降耗的作用。
[0011] 一种如上所述的具有高强度生坯的陶瓷薄板的制备方法，其包括如下工艺步骤：
[0012] 1)按原料重量份将各原料组分置于球磨机中混合均匀，采用湿法球磨0.5～24h，得固含量为55～59％的混合浆料；
[0014] 3)生坯粉料经压机布料压制成型，得生坯，干燥，得高强度陶瓷薄板干坯；
[0015] 4)在高强度陶瓷薄板干坯表面进行布施底釉、喷墨装饰、布施面釉后，烧制成型，再经冷却、磨边、抛光、打蜡，得陶瓷薄板成品。
[0016] 火山灰具有较强的塑性特性，但其含有的纳米孔洞的孔容大，毛细孔中会吸附大量的自由水，造成吸水能力强、显著降低陶瓷混合料浆的固含量的现象。而现有陶瓷砖的生产技术需要将低固含量的陶瓷混合浆料喷雾干燥成含水率为5.0～7.0％的陶瓷生坯粉体以达到后续成型加工的要求，这样便导致了生产能耗的大大增加。因此在现有的陶瓷砖生产技术中火山灰并不适宜作为主要原料之一。然而实际上，虽然用火山灰取代优质粘土原料会显著减低陶瓷料浆的固含量，但是由于火山灰中毛细管中吸附的自由水的结合力强，在喷雾造粒过程中大部分自由水被牢牢吸附在毛细管中，因此吸附有大量自由水的火山灰并不会造成陶瓷生坯粉料分散性能差的弊端。本发明正是创造性地采用了含水率高达55～59％的生坯粉料进行压制成型，利用火山灰中毛细管中吸附的自由水在压制过程中被挤出，造成粘膜现象，以获得高强度的陶瓷薄板生坯。
[0017] 具体地，普通陶瓷薄板的生坯粉料的比表面积为2～10m2/g，由于本发明采用了火山灰作为主要的塑性原料，其可得到比表面积较普通陶瓷薄板更大的生坯粉料。在相同的成型压力下，比表面积大的生坯粉料颗粒表面的原子吸引力大于普通生坯粉料颗粒表面的原子吸引力，从而可提高生坯强度；同时在干燥过程中，比表面积大的生坯粉料的毛细管中缓慢蒸发出的水会和粉体中的活性二氧化硅、活性氧化铝分别与氢氧化钙反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸等反应产物，使得干燥后的干坯强度大幅提升。作为上述方案的进一步改进，本发明步骤2)中所述生坯粉料的比表面积为15～35m2/g，其较普通生坯粉料的比表面积要大得多，因此有利于大幅提升该陶瓷薄板的生坯强度。
[0018] 作为上述方案的进一步改进，步骤2)中所述生坯粉料的颗粒级配控制为20目以上颗粒≤1％、40％≤40目以上≤60％、100目以下颗粒≤4.5％。具体地，颗粒级配合理的原料，成型后坯体各处密实度均匀，收缩率基本一样，干燥后各部位变化情况大体相当，不容易产生干燥裂纹。
[0019] 作为上述方案的进一步改进，步骤4)中所述烧制成型的烧成温度为1185～1215℃，烧成时间为90～120min。具体地，本发明对烧制成型工艺参数的限定不仅使该陶瓷薄板完全致密化，同时也能促进莫来石物相的形成，进一步提升其强度。
[0020] 本发明的有益效果是：
[0021] 本发明有效降低配方中优质粘土原料的需求量，以火山灰替代优质粘土原料作为主要塑性原料，其不仅降低了制备成品，同时通过具体原料组分的特殊选用及配比，使得制备出的陶瓷薄板生坯强度提升超过100％、干坯强度提升超过200％，其成品性能优于国标要求。
[0022] 本发明的制备方法工艺简单、可控性强，有利于大规模工业化生产。
具体实施方式
[0023] 下面结合实施例对本发明进行具体描述，以便于所属技术领域的人员对本发明的理解。有必要在此特别指出的是，实施例只是用于对本发明做进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术熟练人员，根据上述发明内容对本发明作出的非本质性的改进和调整，应仍属于本发明的保护范围。同时下述所提及的原料未详细说明的，均为市售产品；未详细提及的工艺步骤或制备方法为均为本领域技术人员所知晓的工艺步骤或制备方法。
[0024] 实施例1
[0025] 一种具有高强度生坯的陶瓷薄板，其厚度为5.5mm，按原料重量份计包括如下组分：火山灰40份、钾长石25份、钠长石15份、石英18份、煅烧氧化铝2份、三聚磷酸钠分散剂2份、羧甲基纤维素钠0.5份。
[0026] 其中，所述火山灰的化学成分按重量百分比计为68％的SiO2、11％的Al2O3、0.8％的Fe2O3、0.01％的TiO2、2％的CaO、1.5％的MgO、2.5％的K2O、2％的Na2O、13％的烧失量；所述火山灰的比表面积为41.3m2/g、平均孔径为3.1mm、孔容为0.07cm3/g。
[0027] 制备方法：
[0028] 1)按原料重量份将各原料组分置于球磨机中混合均匀，采用湿法球磨24h，得固含量为58.2％的混合浆料；
[0029] 2)混合浆料经过筛、陈腐、除铁、喷雾干燥，得含水率为13.5％的比表面积为20m2/g的生坯粉料，同时控制生坯粉料颗粒级配为20目以上颗粒占0.5％、40目以上颗粒占56.2％、100目以下颗粒占3.9％；
[0030] 3)生坯粉料经压机布料压制成型，得生坯，干燥，得高强度陶瓷薄板干坯；
[0031] 4)在高强度陶瓷薄板干坯表面进行布施底釉、喷墨装饰、布施面釉后，经烧成温度为1190℃、烧成时间为120min烧制成型，再经冷却、磨边、抛光、打蜡，得实施例1陶瓷薄板成品。
[0032] 取实施例1陶瓷薄板成品试样10份分别进行性能检测，其检测结果显示其高强度陶瓷薄板生坯的平均抗折强度为0.9MPa、干坯的平均抗折强度为3.5MPa、烧成后成品的平均抗折强度为42.5MPa。
[0033] 对比例1
[0034] 一种普通陶瓷薄板，其厚度为5.5mm，按原料重量份计包括如下组分：高岭土25份、球土5份、膨润土10份、钾长石25份、钠长石15份、石英18份、煅烧氧化铝2份、三聚磷酸钠分散剂2份、羧甲基纤维素钠0.5份。
[0035] 制备方法：
[0036] 1)按原料重量份将各原料组分置于球磨机中混合均匀，采用湿法球磨24h，得固含量为61.5％的混合浆料；
[0037] 2)混合浆料经过筛、陈腐、除铁、喷雾干燥，得含水率为5.5％的比表面积为5.4m2/g的生坯粉料，同时控制生坯粉料颗粒级配为20目以上颗粒占0.3％、40目以上颗粒占54.2％、100目以下颗粒占4.3％；
[0038] 3)生坯粉料经压机布料压制成型，得生坯，干燥，得陶瓷薄板干坯；
[0039] 4)在陶瓷薄板干坯表面进行布施底釉、喷墨装饰、布施面釉后，经烧成温度为1190℃、烧成时间为90min烧制成型，再经冷却、磨边、抛光、打蜡，得对比例1陶瓷薄板成品。
[0040] 取对比例1陶瓷薄板成品试样10份分别进行性能检测，其检测结果显示其陶瓷薄板生坯的平均抗折强度为0.4MPa、干坯的平均抗折强度为1.1MPa、烧成后成品的平均抗折强度为39.5MPa，即相较实施例1的检测数据而言各项性能均大幅下降。
[0041] 实施例2
[0042] 一种具有高强度生坯的陶瓷薄板，其厚度为4.5mm，按原料重量份计包括如下组分：火山灰30份、钾长石30份、钠长石10份、石英25份、煅烧氧化铝2份、六偏磷酸钠分散剂0.1份、羧甲基纤维素钠3份。
[0043] 其中，所述火山灰的化学成分按重量百分比计为66.4％的SiO2、12.3％的Al2O3、0.5％的Fe2O3、0.03％的TiO2、1.2％的CaO、2.1％的MgO、2.5％的K2O、3.5％的Na2O、12.5％的烧失量；所述火山灰的比表面积为59.6m2/g、平均孔径为10.2mm、孔容为0.19cm3/g。
[0044] 制备方法：
[0045] 1)按原料重量份将各原料组分置于球磨机中混合均匀，采用湿法球磨0.5h，得固含量为55.3％的混合浆料；
[0046] 2)混合浆料经过筛、陈腐、除铁、喷雾干燥，得含水率为16％的比表面积为15m2/g的生坯粉料，同时控制生坯粉料颗粒级配为20目以上颗粒占0.7％、40目以上颗粒占56.9％、100目以下颗粒占4.2％；
[0047] 3)生坯粉料经压机布料压制成型，得生坯，干燥，得高强度陶瓷薄板干坯；
[0048] 4)在高强度陶瓷薄板干坯表面进行布施底釉、喷墨装饰、布施面釉后，经烧成温度为1215℃、烧成时间为90min烧制成型，再经冷却、磨边、抛光、打蜡，得实施例2陶瓷薄板成品。
[0049] 取实施例2陶瓷薄板成品试样10份分别进行性能检测，其检测结果显示其高强度陶瓷薄板生坯的平均抗折强度为0.85MPa、干坯的平均抗折强度为3.2MPa、烧成后成品的平均抗折强度为44.3MPa。
[0050] 实施例3
[0051] 一种具有高强度生坯的陶瓷薄板，其厚度为3.5mm，按原料重量份计包括如下组分：火山灰55份、钾长石10份、钠长石30份、石英15份、煅烧氧化铝4份、聚丙烯酸钠分散剂2份、羧甲基纤维素钠0.1份。
[0052] 其中，所述火山灰的化学成分按重量百分比计为65.2％的SiO2、12.9％的Al2O3、0.3％的Fe2O3、0.03％的TiO2、1.1％的CaO、2.4％的MgO、2.4％的K2O、3.8％的Na2O、13.9％的
2 3
烧失量；所述火山灰的比表面积为68.8m/g、平均孔径为5mm、孔容为0.1cm/g。
2 3
烧失量；所述火山灰的比表面积为68.8m/g、平均孔径为5mm、孔容为0.1cm/g。
[0053] 制备方法：
[0054] 1)按原料重量份将各原料组分置于球磨机中混合均匀，采用湿法球磨12h，得固含量为56％的混合浆料；
[0055] 2)混合浆料经过筛、陈腐、除铁、喷雾干燥，得含水率为10％的比表面积为35m2/g的生坯粉料，同时控制生坯粉料颗粒级配为20目以上颗粒占0.3％、40目以上颗粒占50％、100目以下颗粒占4％；
[0056] 3)生坯粉料经压机布料压制成型，得生坯，干燥，得高强度陶瓷薄板干坯；
[0057] 4)在高强度陶瓷薄板干坯表面进行布施底釉、喷墨装饰、布施面釉后，经烧成温度为1185℃、烧成时间为120min烧制成型，再经冷却、磨边、抛光、打蜡，得实施例3陶瓷薄板成品。
[0058] 取实施例3陶瓷薄板成品试样10份分别进行性能检测，其检测结果显示其高强度陶瓷薄板生坯的平均抗折强度为0.93MPa、干坯的平均抗折强度为3.4MPa、烧成后成品的平均抗折强度为44.1MPa。
[0059] 上述实施例为本发明的优选实施例，凡与本发明类似的工艺及所作的等效变化，均应属于本发明的保护范畴。
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