一种多孔陶瓷复合砖的制备方法

专利名称：一种多孔陶瓷复合砖的制备方法
技术领域：
本发明涉及陶瓷砖制造技术领域，特别是涉及一种多孔陶瓷复合砖的制备方法。
背景技术：
多孔陶瓷是具有较高气孔率的陶瓷材料，陶瓷内的气孔分为开口气孔和闭口气孔，根据陶瓷应用的要求，这两类气孔所占比例不同。对于化工催化剂载体、过滤和分离、渗透、吸湿、吸气、吸音及吸波隐形等应用来说，陶瓷内的气孔以开口气孔为主。对于隔热保温、隔音、轻质建材等应用来说，陶瓷内的气孔以闭口气孔为主。目前，多孔陶瓷的制备工艺技术主要有发泡工艺、添加成孔剂工艺、有机泡沫浸溃工艺、溶胶一凝胶工艺、挤出成型多孔蜂窝陶瓷、固相烧结工艺、凝胶注模工艺、冷冻干燥工艺、自蔓延高温合成(SHS)工艺、水热一热静压工艺、组织遗传制备工艺、离子交换法等。·
在建筑陶瓷砖生产中，多孔陶瓷砖的生产工艺技术一般采用发泡工艺(中国专利用蛋白质发泡法制备多孔陶瓷复合材料的方法，专利号201010288589。I)、添加成孔剂工艺(中国专利一种轻质保温陶瓷材料及制备方法，专利号201010150474。6 ;中国专利一种粘土粘接制备SiC多孔陶瓷的方法，专利号200910193875。7)、挤出成型多孔蜂窝陶瓷工艺(中国专利蜂窝陶瓷结构体及其制造方法，专利号01814404。7)、固相烧结工艺(中国专利生态渗水砖及其制造方法，专利号02128924。7 ;中国专利一种利用工业矿渣制备渗水砖的方法，专利号201110441509。6)。多孔陶瓷砖具有隔热、保暖、隔音、吸音、透水、防潮、调湿等功能，应用领域十分广阔，主要产品有渗水道路广场砖、轻质外墙砖、轻质内墙砖、温暖地砖、隔热砖、吸音砖、隔音砖、呼吸调湿砖等。目前，这些产品都是由整体的多孔陶瓷材料制成(整体式)，而由于多孔陶瓷材料存在吸湿性、抗冻性差、机械强度低、不耐磨、不耐污等缺点，限制了整体式多孔陶瓷产品应用领域的进一步推广。如能将多孔陶瓷与非多孔陶瓷相复合(复合式)，则可以使产品克服各自材料的缺点，发挥各类陶瓷材料各自的优点，扬长避短。但由于多孔陶瓷与非多孔陶瓷在生产工艺技术上存在许多差异，特别是在产品烧成时收缩和膨胀的差异，两类陶瓷材料难以复合成形后共同一次性烧成，目前一般是将烧好的两类陶瓷通过粘合剂复合为一体，这样做，存在能耗大，工艺复杂，设备多，生产成本高的问题。

发明内容
本发明的目的在于提供一种多孔陶瓷复合砖的制备方法，解决了多孔陶瓷与非多孔陶瓷一体共烧的难题，通过陶瓷成形技术在成形阶段将多孔陶瓷层与非多孔陶瓷层相复合，再入窑一次烧成，既可减少生产工序和多烧一次的能源消耗，又可获得所需的具有独特优良性能的多孔复合陶瓷产品。一种多孔陶瓷复合砖的制造方法，步骤包括a.制备普通陶瓷砖坯料备用；
b.制备多孔陶瓷砖坯料，所述多孔陶瓷砖坯料的重量组分包括 所述普通陶瓷砖坯料100份；坯体烧成收缩剂20 150份；发泡剂O. 03 20份；所述坯体烧成收缩剂为在陶瓷砖烧制过程中可以全部或部分烧失的物质，所述发泡剂为在陶瓷砖烧成温度下产生气体的物质；c.采用布料工艺将所述普通陶瓷砖坯料和多孔陶瓷砖坯料布料成为相互间隔的多层，再经高温一次共烧形成多孔层与非多孔层共存的多孔陶瓷复合砖。所述坯体烧成收缩剂选自碳粉、面粉、玉米粉、红薯粉、淀粉、酵母粉、石蜡、浙青 粉、木屑、植物纤维、明胶、凝胶中的一种或几种的混合物。所述发泡剂选自碳化硅、氮化硅、氮化硼、碳酸钙中的一种或几种的混合物。所述坯体烧成收缩剂的烧失温度低于或等于发泡剂的气体产生温度。所述坯体烧成收缩剂和发泡剂均匀地分散在所述多孔陶瓷砖坯料中，所述发泡剂的粒径小于50微米。所述普通陶瓷砖坯料中各组分的重量百分含量为Si02 67. 38 72. 00A1203 14. 66 18. 56CaO O. 59 3. 73MgO I. 18 2. 30K20 3. 15 5. 20Na20 3. 68 3. 93Fe2030. 39 I. 19Ti020. 44 I. 30。步骤a制备的所述普通陶瓷砖坯料经加水球磨、干燥、造粒，成形备用；步骤c采用二次布料技术和设备，在模具中分别布上多孔陶瓷砖坯料与普通陶瓷砖坯料，干压获得一层多孔陶瓷砖坯料和一层普通陶瓷砖坯料的双层陶瓷砖坯体。步骤a制备的所述的普通陶瓷砖坯料经加水球磨、过筛，放入泥浆池储存备用；步骤c先采用干压工艺将所述多孔陶瓷坯料压制成多孔陶瓷砖的坯体，该坯体经干燥后，采用淋浆工艺，将所述普通陶瓷砖坯料的泥浆料均匀地施加在所述多孔陶瓷砖的坯体的表面，然后干燥待烧。优选的，还包括在普通陶瓷砖坯料的一面进行抛光、渗花、布料装饰、丝网印刷、辊筒印刷、喷墨打印或施釉装饰的步骤。本发明由于多孔陶瓷与非多孔陶瓷一起烧成，两者之间的结合力更强，减少了生产加工工序，降低了能耗及生产成本，在产品使用性能上实现了不同材料性能的扬长避短。
具体实施例方式在相同烧成温度、烧后陶瓷材料组成类似的情况下，多孔陶瓷的烧成收缩一般没有非多孔的烧结致密陶瓷的烧成收缩大，有些多孔陶瓷甚至烧成后会发生体积膨胀，在这种情景下，要将多孔陶瓷与致密的陶瓷复合成整体并一次烧成，产品会出现变形、开裂、剥落等缺陷，导致产品无法使用而报废。因此，控制多孔陶瓷的烧成收缩及热膨胀系数与非多孔陶瓷材料相一致，是生产多孔陶瓷复合砖的关键技术。本发明是一种多孔陶瓷复合砖的制造方法，包括现有陶瓷砖的原料配料、球磨加工、喷雾干燥、干压成形或挤制成形、干燥、装饰、高温烧结、磨边处理等工序。与非多孔陶瓷配方相比，多孔陶瓷原料配方中含有坯体烧成收缩剂和发泡剂。在多孔陶瓷坯料中，普通陶瓷砖坯料占总重量的100份，坯体烧成收缩剂占总重量的2(Γ150份，发泡剂占O. 03 20份。坯体烧成收缩剂是在坯体烧成过程中可以全部或部分烧失的物质，包括但不限于碳粉、面粉、玉米粉、红薯粉、淀粉、酵母粉、石蜡、浙青粉、木屑、各类植物纤维、明胶、各类凝胶物质及其复合物等，从制造成本角度考虑，在保证产品质量的前题下，坯体烧成收缩剂以 价值低廉的物品为首选。坯体烧成收缩剂应在陶瓷坯体具有一定强度后开始烧失，并在陶瓷坯体内部出现液相前基本烧失完毕。由于坯体烧成收缩剂被烧掉，在陶瓷坯体内留下大量的空隙，当高温下陶瓷坯体内出现液相时，坯体烧成收缩剂留下的空隙被液相所占据，从而增加了陶瓷坯体的高温烧成收缩。利用这部分烧成收缩抵消了发泡剂所产生的体积膨胀，使多孔陶瓷的烧成收缩率与非多孔陶瓷的烧成收缩率相匹配，有利于两者的复合烧成。发泡剂是在陶瓷烧成过程中产生气体的物质，包括但不限于碳化硅、氮化硅、氮化硼、碳酸钙及其复合物等。坯体烧成收缩剂的烧失温度应低于或等于发泡剂的气体产生温度。坯体烧成收缩剂和发泡剂均匀地分散在陶瓷坯料中，发泡剂的粒径小于50微米。通过控制发泡剂的种类、数量和粒度，可以控制多孔陶瓷中气孔的大小、形状以及闭口与开口气孔的比例。烧成后多孔陶瓷的化学组成(wt%) Si0232 72、A120310 28、CaOO 15、MgOO 12、K20 2 8、Na201 6。该多孔陶瓷的烧后化学组成与同其相复合的非多孔陶瓷的烧后组成相近并相匹配。该多孔陶瓷可以与非多孔陶瓷在成形时相复合，采用多次布料压制、挤制或泥浆浇淋等成形工艺，得到在砖上同时具有多孔陶瓷层和非多孔陶瓷层的陶瓷砖坯体，经高温一次共烧后，获得多孔层与非多孔层共存的多层复合陶瓷砖，非多孔陶瓷层表面可以抛光，也可以渗花、布料装饰、丝网印刷、辊筒印刷、喷墨打印或施釉装饰。本发明与现有技术相比，具有以下特点1、由于多孔陶瓷与非多孔陶瓷一起烧成，两者之间的结合力更强；2、减少了生产加工工序，降低了能耗及生产成本；3、在产品使用性能上实现了不同材料性能的扬长避短。实施例I一种多孔陶瓷复合砖的制备方法，该陶瓷复合砖适合用于外墙，步骤包括a.普通陶瓷砖坯料的制备采用粘土、石英、低温砂等矿物原料配制普通陶瓷砖坯料，所述普通陶瓷砖坯料的化学组成如下(wt%)Si02 69. 02A1203 17.89CaO I. 66MgO I. 18K20 5. 20
Na20 3. 93Fe203 0. 59Ti02 0. 53o配料经加水球磨、干燥、造粒，有待成形备用。b.多孔陶瓷砖坯料的制备在上述普通陶瓷砖坯料的基础上，按100份普通陶瓷砖坯料，加35份面粉，O. 2份碳化硅的重量比例混合，经加水球磨、干燥、造粒，有待成形备 用。c.采用二次布料技术和设备，在模具中分别布上多孔陶瓷砖坯料与普通陶瓷砖坯料，干压获得一层多孔陶瓷砖坯料和一层普通陶瓷砖坯料的双层砖坯体，经外表装饰、干燥后，进窑在1200°C烧成，得到多孔陶瓷复合砖，该砖的重量比相同规格的普通外墙砖轻三分之一或二分之一，隔热能力比普通外墙砖提高一倍或两倍。实施例2—种多孔陶瓷复合砖的制备方法，该复合砖在烧成后还可进行抛光形成抛光砖，步骤包括a.普通陶瓷砖坯料的制备采用粘土、石英、低温砂等矿物原料配制普通陶瓷砖坯料，所述普通陶瓷砖坯料的化学组成如下(wt%)Si02 71.62A1203 18. 56CaO O. 59MgO I. 39K20 3. 15Na20 3. 86Fe203 0. 39Ti02 0.44。配料经加水球磨、干燥、造粒，有待成形备用。b.多孔陶瓷砖坯料的制备在上述普通陶瓷砖坯料的基础上，按100份普通陶瓷砖坯料，加20份面粉，20份玉米粉，O. I份碳化硅，O. 2份氮化硼的重量比例混合，经加水球磨、干燥、造粒，有待成形备用。c.采用二次布料技术和设备，在模具中分别布上多孔陶瓷砖坯料与普通陶瓷砖坯料，干压获得一层多孔陶瓷砖坯料和一层普通陶瓷砖坯料的双层砖坯体，经外表装饰、干燥、进窑在1200°C烧成后，再将普通陶瓷砖坯料的一面进行抛光处理，经过磨边，得到多孔陶瓷复合抛光砖，该抛光砖的重量可比相同规格的普通抛光砖轻三分之一。实施例3一种多孔陶瓷复合砖的制备方法，该复合砖可用于制备木纹砖，步骤包括a.普通陶瓷砖坯料的制备采用粘土、石英、低温砂等矿物原料配制普通陶瓷砖坯料，所述普通陶瓷砖坯料的化学组成如下(wt%)Si02 67. 38A1203 16. 19CaO 3. 73
MgO 2. 30K20 4. 05Na20 3. 86Fe203 I. 19Ti02 1.30。配料经加水球磨、干燥、造粒，有待成形备用。b.多孔陶瓷砖坯料的制备在上述普通陶瓷砖坯料的基础上，按100份普通陶瓷砖坯料，加30份红薯粉，15份碳粉，10份淀粉，3份酵母份，O. 3份碳化硅，3份氮化硅的比例混合，经加水球磨、干燥、造粒，有待成形备用。 c.采用二次布料技术和设备，在模具中分别布上多孔陶瓷砖坯料与普通陶瓷砖坯料，干压获得一层多孔陶瓷砖坯料和一层普通陶瓷砖坯料的双层砖坯体，干燥后，在多孔陶瓷砖坯料的一面淋上一薄层木纹砖坯料的特制浆料，再在该表面进行木纹图案装饰，干燥后，进窑在1200°C烧成，出窑后经磨边，得到多孔陶瓷复合木纹砖，该外墙砖的重量比相同规格的普通木纹砖轻四分之一，由于多孔陶瓷的导热性与木材相近，所以该木纹砖的接触感比普通木纹砖更逼真。实施例4一种多孔陶瓷复合砖的制备方法，其具有较好的屋顶隔热效果，步骤包括a.普通陶瓷砖坯料的制备采用粘土、石英、低温砂等矿物原料配制普通陶瓷砖坯料，所述普通陶瓷砖坯料的化学组成如下(wt%)Si02 72.00A1203 14. 66CaO I. 09MgO 2. 21K20 4. 92Na20 3. 68Fe203 0. 89Ti02 0. 55o配料经加水球磨、过筛，放入泥浆池储存备用。b.多孔陶瓷砖坯料的制备在上述普通陶瓷砖坯料的基础上，按100份普通陶瓷砖坯料，加45份木屑，15份明胶，20份浙青粉，20份碳酸钙的比例混合，经加水球磨、干燥、造粒，有待成形备用。c.先采用干压工艺将多孔陶瓷坯料压制成多孔陶瓷砖的坯体，该坯体经干燥后，采用淋浆工艺，将所述普通陶瓷砖坯料的泥浆料均匀地施加在所述多孔陶瓷砖坯的坯体的表面，如果需要一定的厚度，可以多淋几遍，表面装饰、干燥后，进窑在1180°C烧成，出窑后，经磨边，得到多孔陶瓷复合地砖，该地砖的重量比相同规格的普通地砖轻二分之一以上，隔热能力可比普通地砖提高三到五倍，表面耐磨性比现用泡沫隔热材料高。实施例5一种多孔陶瓷复合砖的制备方法，步骤包括a.普通陶瓷地砖坯料的制备采用粘土、石英、低温砂等矿物原料配制普通陶瓷砖还料，所述普通陶瓷砖还料的化学组成如下(wt%):Si02 68. 39A1203 17.24CaO 2. 98MgO I. 39 K20 3. 84Na20 3. 69Fe203 I. 18Ti02 1.29。配料经加水球磨、干燥、造粒，有待成形备用。b.多孔陶瓷砖坯料的制备在上述普通陶瓷砖坯料的基础上，按100份普通陶瓷砖坯料，加40份石蜡、40份植物纤维、70份凝胶和O. 3份碳化硅的比例混合，经加水球磨、干燥、造粒，有待成形备用。C.采用二次布料技术和设备，在模具中分别布上多孔陶瓷砖坯料与普通陶瓷砖坯料，干压获得一层多孔陶瓷砖坯料和一层普通陶瓷砖坯料的双层砖坯体，干燥后，进窑在1200°C烧成，出窑后经磨边，得到多孔陶瓷复合砖，该砖的重量比相同规格的普通陶瓷砖轻四分之一。实施例6一种多孔陶瓷复合砖的制备方法，其具有较好的隔热效果和抗折强度，步骤包括a.普通陶瓷砖坯料的制备采用粘土、石英、低温砂等矿物原料配制普通陶瓷砖坯料，所述普通陶瓷砖坯料的化学组成如下(wt%)Si02 72.00A1203 14.66CaO I. 09MgO 2. 21K20 4.92Na20 3.68Fe203 0. 89Ti02 0. 55。配料经加水球磨、过筛，放入泥浆池储存备用。b.多孔陶瓷砖坯料的制备在上述普通陶瓷砖坯料的基础上，按100份普通陶瓷砖坯料，80份烤焦的木屑，110份含O. 5% 3%碳化硅的陶瓷抛光砖废料的比例混合，经加水球磨、干燥、造粒，有待成形备用。本发明利用陶瓷抛光砖废料这种含有碳化硅的陶瓷工业废料作为制备多孔陶瓷复合砖的发泡剂，既可以废物利用，节省成本，而且环保。c.采用多次布料工艺和设备，在模具中分别按一层普通坯料、一层多孔坯料、一层普通坯料、一层多孔坯料、一层普通坯料，相隔五层，经干压工艺将五层的坯料压制成五层陶瓷砖的坯体，该坯体经干燥后，进窑在1200°C烧成，出窑后，经磨边，得到多层多孔陶瓷复合砖，该地砖的重量比相同规格的普通砖轻三分之一以上，隔热能力可比普通陶瓷砖提高一到三倍，抗折强度比通体多孔陶瓷砖高一到二倍。以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。·
权利要求
1.一种多孔陶瓷复合砖的制造方法，其特征在于，步骤包括 a.制备普通陶瓷砖坯料备用； b.制备多孔陶瓷砖坯料，所述多孔陶瓷砖坯料的重量组分包括 所述普通陶瓷砖坯料100份； 坯体烧成收缩剂20 150份； 发泡剂O. 03 20份； 所述坯体烧成收缩剂为在陶瓷砖烧制过程中可以全部或部分烧失的物质，所述发泡剂为在陶瓷砖烧成温度下产生气体的物质； c.采用布料工艺将所述普通陶瓷砖坯料和多孔陶瓷砖坯料布料成为相互间隔的多层，再经高温一次共烧形成多孔层与非多孔层共存的多孔陶瓷复合砖。
2.根据权利要求I所述的一种多孔陶瓷复合砖的制造方法，其特征在于，所述坯体烧成收缩剂选自碳粉、面粉、玉米粉、红薯粉、淀粉、酵母粉、石蜡、浙青粉、木屑、植物纤维、明胶、凝胶中的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求I所述的一种多孔陶瓷复合砖的制造方法，其特征在于，所述发泡剂选自碳化硅、氮化硅、氮化硼、碳酸钙中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求I所述的一种多孔陶瓷复合砖的制造方法，其特征在于，所述坯体烧成收缩剂的烧失温度低于或等于发泡剂的气体产生温度。
5.根据权利要求I所述的一种多孔陶瓷复合砖的制造方法，其特征在于，所述坯体烧成收缩剂和发泡剂均匀地分散在所述多孔陶瓷砖坯料中，所述发泡剂的粒径小于50微米。
6.根据权利要求I一 5任意一项所述的一种多孔陶瓷复合砖的制造方法，其特征在于，所述普通陶瓷砖坯料中各组分的重量百分含量为Si02 67. 38 72. 00A1203 14.66 18. 56CaO O. 59 3. 73MgO I. 18 2. 30K20 3. 15 5. 20Na20 3. 68 3. 93Fe203 O. 39 I. 19Τ 02 O. 44 I. 30。
7.根据权利要求I所述的一种多孔陶瓷复合砖的制造方法，其特征在于，步骤a制备的所述普通陶瓷砖坯料经加水球磨、干燥、造粒，成形备用；步骤c采用二次布料技术和设备，在模具中分别布上多孔陶瓷砖坯料与普通陶瓷砖坯料，干压获得一层多孔陶瓷砖坯料和一层普通陶瓷砖坯料的双层陶瓷砖坯体。
8.根据权利要求I所述的一种多孔陶瓷复合砖的制造方法，其特征在于，步骤a制备的所述的普通陶瓷砖坯料经加水球磨、过筛，放入泥浆池储存备用；步骤c先采用干压工艺将所述多孔陶瓷坯料压制成多孔陶瓷砖的坯体，该坯体经干燥后，采用淋浆工艺，将所述普通陶瓷砖坯料的泥浆料均匀地施加在所述多孔陶瓷砖的坯体的表面，然后干燥待烧。
9.根据权利要求7或8所述的一种多孔陶瓷复合砖的制造方法，其特征在于，还包括在普通陶瓷砖坯料的一面进行抛光、渗花、布料装饰、丝网印刷、辊筒印刷、喷墨打印或施釉装饰的 步骤。
全文摘要
一种多孔陶瓷复合砖的制造方法，包括现有陶瓷砖的原料配料、球磨加工、喷雾干燥、干压成形或挤制成形、干燥、装饰、高温烧结、磨边处理等工序；将多孔陶瓷与非多孔陶瓷在成形时相复合并一次共烧，多孔陶瓷的原料配方中含有坯体烧成收缩剂和发泡剂，在多孔陶瓷坯料中，普通陶瓷砖坯料占总重量的100份，坯体烧成收缩剂占总重量的20～150份，发泡剂占0.03～20份；通过陶瓷成形技术在成形阶段将多孔陶瓷层与非多孔陶瓷层相复合，再入窑一次烧成，既可减少多烧一次的能源消耗，又可获得所需的具有独特优良性能的多孔复合陶瓷产品。
文档编号C04B38/02GK102910935SQ20121041360
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月25日 优先权日2012年10月25日
发明者蔡晓峰, 于伟东, 冯裕普 申请人:佛山市中国科学院上海硅酸盐研究所陶瓷研发中心