一种石墨烯增强的陶瓷砖的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种石墨烯增强的陶瓷砖，通过将钾长石、锂辉石、广西白泥、凹凸棒土、刚玉、水、石墨烯、三聚磷酸钠和钢化纤维作为坯体原料，长石、高岭土、石英、烧滑石、石灰石、氧化铁、五氧化二硼、氧化铝、硅藻土、氧化镁、硅酸锆、氧化钛、氧化锌、氧化铽、氧化钐、氧化镥、金属纳米颗粒作为釉料原料，通过喷釉或淋釉的方式把釉料施于生坯表面上，得到具有良好力学机械性能的石墨烯增强的陶瓷砖，且其釉面美观大方。
【专利说明】一种石墨烯增强的陶瓷砖
[0001]
【技术领域】
[0002] 本发明属于耐火陶瓷砖领域，特别涉及一种石墨烯增强的陶瓷砖。
【背景技术】
[0003] 随着我国建筑陶瓷行业的飞速发展，我国对于建筑陶瓷材料的需求也越来越旺 盛，尤其是石墨烯增强的陶瓷砖领域。在该领域，人们也越来越重视新材质对于石墨烯增强 的陶瓷砖的影响。并且通过引入新材质，可以提高石墨烯增强的陶瓷砖的外在美观、内在的 物化性能以及健康环保。
[0004] 而在材料领域，石墨烯（Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材 料。是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子 厚度的二维材料。石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只 吸收2. 3%的光；导热系数高达5300 W/m · K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率 超过15000 cm2/V · s，又比纳米碳管或娃晶体高，而电阻率只约10-6 Ω · cm,比铜或银更 低，为世上电阻率最小的材料。石墨烯由于其具有的优异的力学、电学和化学性能，具有广 阔的应用前景，将石墨烯应用到陶瓷领域也是现在科学家们研究的重点，通过将石墨烯引 用到氧化铝陶瓷中，可以大大提高氧化铝陶瓷的机械性能和力学性能。但是将石墨烯应用 到石墨烯增强的陶瓷砖领域的研究依旧存在颇多的挑战。同时，金属纳米材料由于具有不 同尺寸的具有不同的光学等物化性能，如何将金属纳米材料的优异化学性能引入到石墨烯 增强的陶瓷砖的釉面也是现在研究的一个难点。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对上述问题，研制出一种将石墨烯引入到坯体，将金属纳米材 料引入到釉料的石墨烯增强的陶瓷砖， 坯体重量份组成为： 钾长石ΚΓ45份；锂辉石ΚΓ20份；广西白泥15?20份；凹凸棒土 30?50份；刚玉 2(Γ30份；水30?50份；石墨烯1?3份；三聚磷酸钠1?2份；钢化纤维1飞份； 釉料重量份组成为： 长石15?25份，高岭土 1(Γ15份，石英8?10份，烧滑石10?20份，石灰石13?22 份，氧化铁〇. 5?5份，五氧化二硼3?9份，氧化错8?15份，娃藻土 5?12份，氧化镁 6?15份,娃酸锫5?14份,氧化钛f 10份,氧化锌f 10份,氧化试1、份,氧化杉f 10 份，氧化镥1飞份，金属纳米颗粒1飞份； 所述石墨烯增强的陶瓷砖由如下制备方法制得： (1)将坯体原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30-100min，得到混合均一的浆料，通过过筛、喷雾造粒后，通过等静压压制 成型、并在室温下陈化1-2天，得到生坯，随后在80(T830°C下对生坯进行素烧30-40min ; (2)将釉料原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30-100min，得到混合均一的釉料； (2) 采用喷釉或淋釉的方式把釉料施于生坯表面上，然后在辊道窑烧成，烧成温度为 1195?1205°C，烧成周期为5(T55min，通过后续加工，得到石墨烯增强的陶瓷砖成品。
[0006] 作为优选，所述金属纳米颗粒为金纳米颗粒、银纳米颗粒或者铜纳米颗粒。
[0007] 作为优选，所述金属纳米颗粒尺寸为l_30nm。
[0008] 作为优选，所述坯体重量份组成为：钾长石38份；锂辉石16份；广西白泥18份； 凹凸棒40份；刚玉27份；水47份；石墨烯2份；三聚磷酸钠1份；钢化纤维4份。
[0009] 作为优选，所述釉料重量份组成为：长石18份，高岭土 14份，石英9份，烧滑石 15份，石灰石20份，氧化铁3份，五氧化二硼6份，氧化铝9份，硅藻土 10份，氧化镁8份， 硅酸锆7份，氧化钛7份，氧化锌8份，氧化铽4份，氧化钐6份，氧化镥3份，金属纳米颗 粒4份。
[0010] 本发明的有益效果： (1)本发明通过创造性的将各种坯体原料和釉料原料进行有机的组合，并且通过优化 制备工艺，得到机械性能好，耐火隔热、健康环保、导热性能系数小、重量轻、吸水率低、釉料 色泽明显且可调、耐腐蚀的石墨烯增强的陶瓷砖。
[0011] (2)本发明通过引入石墨烯作为陶瓷坯体材料，不仅增韧了陶瓷坯体的机械性能， 并且也降低了陶瓷坯体的重量； (3) 本发明通过将金属纳米颗粒引入到釉料，将其与稀土釉料结合起来，大大提升了釉 料的色泽度。
[0012] (4)本发明制备的石墨烯增强的陶瓷砖制备工艺简单，环保，且便于工业化生产。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合具体的实施例，并参照数据进一步详细描述本发明。应理解，这些实施例 只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。
[0014] 实施例1 : 一种石墨烯增强的陶瓷砖，坯体重量份组成为： 钾长石10份；锂辉石10份；广西白泥15份；凹凸棒土 30份；刚玉20份；水30份；石 墨烯1份；三聚磷酸钠1份潮化纤维1份； 釉料重量份组成为： 长石15份，高岭土 10份，石英8份，烧滑石10份，石灰石13份，氧化铁0.5份，五氧 化二硼3份，氧化铝8份，硅藻土 5份，氧化镁6份，硅酸锆5份，氧化钛1份，氧化锌1份， 氧化试1份，氧化杉1份，氧化镥1份，金纳米颗粒1份；所述金纳米颗粒尺寸为l〇nm ; 所述石墨烯增强的陶瓷砖由如下制备方法制得： (1) 将坯体原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的浆料，通过过筛、喷雾造粒后，通过等静压压制成型、 并在室温下陈化1天，得到生坯，随后在800°C下对生坯进行素烧30min ; (2) 将釉料原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的釉料； (2)采用喷釉或淋釉的方式把釉料施于生坯表面上，然后在辊道窑烧成，烧成温度为 1195°C，烧成周期为50min，通过后续加工，得到石墨烯增强的陶瓷砖成品。
[0015] 实施例2: 一种石墨烯增强的陶瓷砖，坯体重量份组成为： 钾长石10份；锂辉石10份；广西白泥15份；凹凸棒土 30份；刚玉20份；水30份；石 墨烯1份；三聚磷酸钠1份潮化纤维1份； 釉料重量份组成为： 长石15份，高岭土 10份，石英8份，烧滑石10份，石灰石13份，氧化铁0.5份，五氧 化二硼3份，氧化铝8份，硅藻土 5份，氧化镁6份，硅酸锆5份，氧化钛1份，氧化锌1份， 氧化铽1份，氧化钐1份，氧化镥1份，银纳米颗粒1份；所述银纳米颗粒尺寸为l〇nm ; 所述石墨烯增强的陶瓷砖由如下制备方法制得： (1) 将坯体原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的浆料，通过过筛、喷雾造粒后，通过等静压压制成型、 并在室温下陈化1天，得到生坯，随后在800°C下对生坯进行素烧30min ; (2) 将釉料原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的釉料； (2)采用喷釉或淋釉的方式把釉料施于生坯表面上，然后在辊道窑烧成，烧成温度为 1195°C，烧成周期为50min，通过后续加工，得到石墨烯增强的陶瓷砖成品。
[0016] 实施例3: 一种石墨烯增强的陶瓷砖，坯体重量份组成为： 钾长石10份；锂辉石10份；广西白泥15份；凹凸棒土 30份；刚玉20份；水30份；石 墨烯1份；三聚磷酸钠1份潮化纤维1份； 釉料重量份组成为： 长石15份，高岭土 10份，石英8份，烧滑石10份，石灰石13份，氧化铁0.5份，五氧 化二硼3份，氧化铝8份，硅藻土 5份，氧化镁6份，硅酸锆5份，氧化钛1份，氧化锌1份， 氧化试1份，氧化杉1份，氧化镥1份，铜纳米颗粒1份；所述铜纳米颗粒尺寸为l〇nm ; 所述石墨烯增强的陶瓷砖由如下制备方法制得： (1) 将坯体原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的浆料，通过过筛、喷雾造粒后，通过等静压压制成型、 并在室温下陈化1天，得到生坯，随后在800°C下对生坯进行素烧30min ; (2) 将釉料原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的釉料； (2)采用喷釉或淋釉的方式把釉料施于生坯表面上，然后在辊道窑烧成，烧成温度为 1195°C，烧成周期为50min，通过后续加工，得到石墨烯增强的陶瓷砖成品。
[0017] 实施例4: 一种石墨烯增强的陶瓷砖，坯体重量份组成为： 钾长石38份；锂辉石16份；广西白泥18份；凹凸棒40份；刚玉27份；水47份；石墨 烯2份；三聚磷酸钠1份；钢化纤维4份； 釉料重量份组成为： 长石18份，高岭土 14份，石英9份，烧滑石15份，石灰石20份，氧化铁3份，五氧化 二硼6份，氧化铝9份，硅藻土 10份，氧化镁8份，硅酸锆7份，氧化钛7份，氧化锌8份， 氧化试4份，氧化杉6份，氧化镥3份，金纳米颗粒1份；所述金纳米颗粒尺寸为10nm ; 所述石墨烯增强的陶瓷砖由如下制备方法制得： (1) 将坯体原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的浆料，通过过筛、喷雾造粒后，通过等静压压制成型、 并在室温下陈化1天，得到生坯，随后在800°C下对生坯进行素烧30min ; (2) 将釉料原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的釉料； (2)采用喷釉或淋釉的方式把釉料施于生坯表面上，然后在辊道窑烧成，烧成温度为 1195°C，烧成周期为50min，通过后续加工，得到石墨烯增强的陶瓷砖成品。
[0018] 实施例5: 一种石墨烯增强的陶瓷砖，坯体重量份组成为： 钾长石38份；锂辉石16份；广西白泥18份；凹凸棒40份；刚玉27份；水47份；石墨 烯1份；三聚磷酸钠1份；钢化纤维4份； 釉料重量份组成为： 长石18份，高岭土 14份，石英9份，烧滑石15份，石灰石20份，氧化铁3份，五氧化 二硼6份，氧化铝9份，硅藻土 10份，氧化镁8份，硅酸锆7份，氧化钛7份，氧化锌8份， 氧化试4份，氧化杉6份，氧化镥3份，金纳米颗粒4份；所述金纳米颗粒尺寸为30nm ; 所述石墨烯增强的陶瓷砖由如下制备方法制得： (1) 将坯体原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的浆料，通过过筛、喷雾造粒后，通过等静压压制成型、 并在室温下陈化1天，得到生坯，随后在830°C下对生坯进行素烧30min ; (2) 将釉料原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的釉料； (2)采用喷釉或淋釉的方式把釉料施于生坯表面上，然后在辊道窑烧成，烧成温度为 1205°C，烧成周期为55min，通过后续加工，得到石墨烯增强的陶瓷砖成品。
[0019] 对比例1 : 一种石墨烯增强的陶瓷砖，坯体重量份组成为： 钾长石10份；锂辉石10份；广西白泥15份；凹凸棒土 30份；刚玉20份；水30份；三 聚磷酸钠1份；钢化纤维1份； 釉料重量份组成为： 长石15份，高岭土 10份，石英8份，烧滑石10份，石灰石13份，氧化铁0.5份，五氧 化二硼3份，氧化铝8份，硅藻土 5份，氧化镁6份，硅酸锆5份，氧化钛1份，氧化锌1份， 氧化试1份，氧化杉1份，氧化镥1份，金纳米颗粒1份；所述金纳米颗粒尺寸为l〇nm ; 所述石墨烯增强的陶瓷砖由如下制备方法制得： (1)将坯体原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的浆料，通过过筛、喷雾造粒后，通过等静压压制成型、 并在室温下陈化1天，得到生坯，随后在800°C下对生坯进行素烧30min ; (2)将釉料原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的釉料； (2)采用喷釉或淋釉的方式把釉料施于生坯表面上，然后在辊道窑烧成，烧成温度为 1195°C，烧成周期为50min，通过后续加工，得到石墨烯增强的陶瓷砖成品。
[0020] 对比例2 : 一种石墨烯增强的陶瓷砖，坯体重量份组成为： 钾长石10份；锂辉石10份；广西白泥15份；凹凸棒土 30份；刚玉20份；水30份；石 墨烯1份；三聚磷酸钠1份潮化纤维1份； 釉料重量份组成为： 长石15份，高岭土 10份，石英8份，烧滑石10份，石灰石13份，氧化铁0.5份，五氧 化二硼3份，氧化铝8份，硅藻土 5份，氧化镁6份，硅酸锆5份，氧化钛1份，氧化锌1份， 氧化铽1份，氧化钐1份，氧化镥1份； 所述石墨烯增强的陶瓷砖由如下制备方法制得： (1) 将坯体原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的浆料，通过过筛、喷雾造粒后，通过等静压压制成型、 并在室温下陈化1天，得到生坯，随后在800°C下对生坯进行素烧30min ; (2) 将釉料原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的釉料； (2)采用喷釉或淋釉的方式把釉料施于生坯表面上，然后在辊道窑烧成，烧成温度为 1195°C，烧成周期为50min，通过后续加工，得到石墨烯增强的陶瓷砖成品。
[0021] 对比例3 :-种石墨烯增强的陶瓷砖，坯体重量份组成为： 钾长石10份；锂辉石10份；广西白泥15份；凹凸棒土 30份；刚玉20份；水30份；三 聚磷酸钠1份；钢化纤维1份； 釉料重量份组成为： 长石15份，高岭土 10份，石英8份，烧滑石10份，石灰石13份，氧化铁0.5份，五氧 化二硼3份，氧化铝8份，硅藻土 5份，氧化镁6份，硅酸锆5份，氧化钛1份，氧化锌1份， 氧化铽1份，氧化钐1份，氧化镥1份； 所述石墨烯增强的陶瓷砖由如下制备方法制得： (1) 将坯体原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的浆料，通过过筛、喷雾造粒后，通过等静压压制成型、 并在室温下陈化1天，得到生坯，随后在800°C下对生坯进行素烧30min ; (2) 将釉料原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的釉料； (2)采用喷釉或淋釉的方式把釉料施于生坯表面上，然后在辊道窑烧成，烧成温度为 1195°C，烧成周期为50min，通过后续加工，得到石墨烯增强的陶瓷砖成品。
[0022] 通过将对比例1-3和实施例1相比较，当添加有石墨烯作为坯体原料时，坯体的机 械性能和力学性能提高幅度达到了 30%，这对于石墨烯增强的陶瓷砖来说是一个很大的进 步；而通过将金属纳米颗粒引入到釉料中，由于不同尺寸的金属纳米颗粒具有不同的颜色， 因此，将有助于调节釉料的色彩，并且具有金属光泽的釉料，将大大提高石墨烯增强的陶瓷 砖的美观程度。
【权利要求】
1. 一种石墨烯增强的陶瓷砖，其特征在于： 坯体重量份组成为： 钾长石ΚΓ45份；锂辉石ΚΓ20份；广西白泥15?20份；凹凸棒土 30?50份；刚玉 2(Γ30份；水30?50份；石墨烯1?3份；三聚磷酸钠1?2份；钢化纤维1飞份； 釉料重量份组成为： 长石15?25份，高岭土 1(Γ15份，石英8?10份，烧滑石10?20份，石灰石13?22 份，氧化铁〇. 5?5份，五氧化二硼3?9份，氧化错8?15份，娃藻土 5?12份，氧化镁 6?15份,娃酸锫5?14份,氧化钛f 10份,氧化锌f 10份,氧化试1、份,氧化杉f 10 份，氧化镥1飞份，金属纳米颗粒1飞份； 所述石墨烯增强的陶瓷砖由如下制备方法制得： (1) 将坯体原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30-100min，得到混合均一的浆料，通过过筛、喷雾造粒后，通过等静压压制 成型、并在室温下陈化1-2天，得到生坯，随后在80(T830°C下对生坯进行素烧30-40min ; (2) 将釉料原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30-100min，得到混合均一的釉料； (2)采用喷釉或淋釉的方式把釉料施于生坯表面上，然后在辊道窑烧成，烧成温度为 1195?1205°C，烧成周期为5(T55min，通过后续加工，得到石墨烯增强的陶瓷砖成品。
2. -种如权利要求1所述的石墨烯增强的陶瓷砖，其特征在于所述金属纳米颗粒为金 纳米颗粒、银纳米颗粒或者铜纳米颗粒。
3. -种如权利要求1或2所述的石墨烯增强的陶瓷砖，其特征在于所述金属纳米颗粒 尺寸为l_30nm。
4. 一种如权利要求3所述的石墨烯增强的陶瓷砖，其特征在于所述坯体重量份组成 为：钾长石38份；锂辉石16份；广西白泥18份；凹凸棒40份；刚玉27份；水47份；石墨 烯2份；三聚磷酸钠1份；钢化纤维4份。
5. -种如权利要求4所述的石墨烯增强的陶瓷砖，其特征在于所述釉料重量份组成 为：长石18份，高岭土 14份，石英9份，烧滑石15份，石灰石20份，氧化铁3份，五氧化二 硼6份，氧化铝9份，硅藻土 10份，氧化镁8份，硅酸锆7份，氧化钛7份，氧化锌8份，氧 化铽4份，氧化钐6份，氧化镥3份，金属纳米颗粒4份。
【文档编号】C04B33/13GK104150872SQ201410382807
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】崔德柱 申请人:苏州科德溯源仪器有限公司