CN100412025C - 一种低温烧制良导热性刚玉-莫来石质陶瓷砖的方法 - Google Patents
一种低温烧制良导热性刚玉-莫来石质陶瓷砖的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种低温烧制良导热性能刚玉-莫来石质陶瓷砖的方法，该方法包括原料处理、粉料制备、压制成型、烧结。本发明所制备的具有节能效果的刚玉-莫来石质陶瓷砖，不仅提高了传统陶瓷砖的力学性能，而且提高了其导热性能，可有效利用大自然的地热资源，通过推广应用扩大其使用范围，在降低建筑能耗和保护生态环境方面具有良好的社会效益和经济效益。
Description
技术领域
本发明属于低温烧制良导热刚玉-莫来石质陶瓷砖的制作和烧成技术领域，具体是指一种低温烧制良导热性刚玉-莫来石质陶瓷砖的方法。
背景技术
低温烧制良导热刚玉-莫来石质陶瓷砖是指以粘土质原料为主，掺加氧化铝锂辉石、长石以及石英等原料，经过球磨、成型和在1180～1200℃温度范围内烧结获得的一种致密度较高导热性能良好的陶瓷砖。
传统制作陶瓷砖的方法，主要原料是塑性类原料(如球土，高岭土)、熔剂性原料(如长石)和瘠性类原料(如石英)。这种传统的工艺生产出来的产品，由于烧成周期和保温时间短，在较低温度1180～1200℃烧结时，导致产品玻化程度不够，烧结致密较差，表面气孔明显，大大降低了材料的导热性能和力学性能。近几年来，科研工作者不断的努力研究，通过调整原料配方或者工艺手段来完善材料的显微结构，减少气孔率，提高材料的致密度，从而达到良好的导热性能。
从国内外陶瓷砖的产量来看，中国大陆的产量就占据世界产量的50％以上，具有最大的生产基地，但是国内生产的陶瓷砖面向的市场仍然是中低端为主，在材料的材质性能方面的技术含量比较低，特别是对于这种具有良好导热系数和力学性能的低温烧结陶瓷砖目前未见报道。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于为目前能源消耗大的建筑领域提供一种具有良好导热性能的刚玉-莫来石质陶瓷砖，即采用氧化铝和锂辉石等原材料，改善现有陶瓷砖的主晶相，提高刚玉-莫来石质相含量，减少其缺陷，从而提高其导热性能，有效利用大自然的地热资源，不仅可获得较高的经济和社会效益，而且有利于节能。
本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：一种低温烧制良导热性能刚玉-莫来石质陶瓷砖的方法，包括如下工艺步骤和工艺条件：
(1)原料处理：称量原料球土、刚玉、高岭土、氧化铝、锂辉石、长石、石英和硅灰石，混合后添加按重量百分比计0.5％的三聚磷酸钠，然后对原料进行湿法球磨，获得含水率为31～33％的泥浆，筛余小于1％，其流动度在涂-4杯流出时间35s～45s。
(2)粉料制备：将泥浆在喷雾干燥塔中进行喷雾干燥，获得含水率在3～7％呈球粒状的粉料。
(3)压制成型：利用压力达到300～500MPa的压机，采用双面压的原理将上述粉料进行半干压制成型。
(4)烧结：在辊道窑中进行烧成，包括干燥、烧成和冷却三个阶段；干燥阶段温度为100～300℃，时间12～18min；烧成阶段温度为500～1220℃，时间30～60min，烧成阶段高温保温时间15～30min；冷却阶段降温至100℃以下出窑，冷却时间10～20min，即得到刚玉-莫来石质陶瓷砖。
所述原料组分按重量百分比计如下：
原料 重量百分比
球土 12～20％
刚玉 6～10％
高岭土 10～15％
氧化铝 8～14％
锂辉石 6～13％
长石 25～32％
石英 6～10％
硅灰石 7～12％。
本发明所使用的原料具有广泛性和互换性，当某一种主要原料短缺时可采用其它相关原料替换。
所述原料中各组分的化学成分，按重量百分比含量范围如下：
球土的烧失量5～10％，含有SiO2 42～53％，Al2O3 28～37％，Fe2O30.3～1％，CaO 0.5～1.5％，MgO 0.5～1.5％，K2O 2.2～4.2％，Na2O 2.2～5.5％。
刚玉的烧失量0.1～1％，含有SiO2 2～3％，Al2O3 92～96％，Na2O 0.1～1％。
高岭土的烧失量6～12％，含有SiO2 45～55％，Al2O3 27～32％，Fe2O30.4～1％，CaO 1～1.5％，MgO 1～1.5％，K2O 3～5％，Na2O 3～5％。
氧化铝的烧失量0.5～1％，含有Al2O3 97～99％。
锂辉石的烧失量4～7％，含有SiO2 38～55％，Al2O3 14～21％，Fe2O30.3～1％，Li2O 15～21％，K2O 2.2～5％，Na2O 2.2～5％。
长石的烧失量4～9％，含有SiO2 52～68％，Al2O3 14～20％，Fe2O30.2～1％，CaO 1～3.5％，K2O 4～8％，Na2O 3～8％。
石英的烧失量1～3％，含有SiO2 96～98％，K2O 0.1～1％，Na2O 0.1～1％。
硅灰石的烧失量2～4％，含有SiO2 62～67％，CaO 22～27％，K2O2.5～4％，Na2O 2～4％。
所述步骤(1)球磨的介质为氧化铝，球磨时间20～24h。
所述步骤(4)烧结过程中所需燃料重油的热值QfDW范围为41868～45218KJ/Kg。
所述步骤(4)烧结过程中烧成阶段高温的温度范围为1180～1220℃。根据有关报道，现有的传统刚玉-莫来石质陶瓷砖的烧成温度范围一般在1280～1350℃。可见本发明刚玉-莫来石质陶瓷砖，不仅烧结温度范围明显低于100℃以上，而且仅比莫来石质陶瓷砖高30℃左右，达到节约能源的目的。
实验研究和生产实践表明，在配方中增加氧化铝的含量，有利于提高刚玉-莫来石质陶瓷砖中刚玉相的含量，减少玻璃相，锂辉石作为熔剂在较低的温度下可生成较多的液相，促进烧结过程的进行，同时可减少刚玉-莫来石质陶瓷砖的气孔率，特别是显气孔率，从而提高其致密度、力学性能和导热性能。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、经过实验及配方优化研究结果表明，利用球土、氧化铝、长石和石英作为主要原料，可以有效提高刚玉-莫来石质陶瓷砖的铝含量，改变其主晶相，减少其玻璃相，提高其致密性，从而可制得具有较高导热系数的陶瓷砖。
2、通过改变常规的熔剂性原料，利用锂辉石替代部分长石等熔剂性原料，可以在相同的烧成温度下，获得更多的液相，以填补材料中的微裂纹和显气孔，促进刚玉-莫来石质陶瓷砖的烧结过程，降低其内部的气孔率，有利于提高刚玉-莫来石质陶瓷砖的抗折强度和导热性能。
3、本发明的刚玉-莫来石质陶瓷砖在相同的低温烧成工艺条件下，通过优化原料配方，采用少量的添加剂可有效地促进烧结过程，不仅烧结温度范围明显低于传统的刚玉-莫来石质陶瓷砖100℃以上，而且仅比莫来石质陶瓷材料高30℃左右，节能效果显著。
4、本发明的刚玉-莫来石质陶瓷砖的各项性能与国家标准GB/T4100.1-1999要求的对比以及与目前市场上同类产品的各项性能的对比，如表1所示，通过对比分析可以发现本发明的刚玉-莫来石质陶瓷砖的力学性能和导热性能明显优越于目前市场出售的同类产品的性能。
表1刚玉-莫来石质陶瓷砖性能与国家标准GB/T4100.1-1999要求的比较
5、本发明所制备的具有节能效果的刚玉-莫来石质陶瓷砖，不仅提高了传统陶瓷砖的力学性能，而且提高了其导热性能，可有效利用大自然的地热资源，通过推广应用扩大其使用范围，在降低建筑能耗和保护生态环境方面具有良好的社会效益和经济效益。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图2为本发明的烧成温度曲线。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
以高岭土、球土、氧化铝、长石、刚玉和锂辉石为主要原料，刚玉-莫来石质陶瓷砖的化学成分如表2所示，采用燃料的热值如表3所示。
如图1所示为本发明的工艺流程图；图2为本发明的烧成温度曲线。
(1)原料处理：包括原料粉碎和湿法球磨工艺过程，将原料粉碎，称量原料球土55.8Kg、高岭土45.3Kg、氧化铝33Kg、刚玉4.3Kg、长石97.8Kg、锂辉石13.2kg、石英27.9Kg和硅灰石34.8Kg相混合，添加按重量百分比计0.5％的三聚磷酸钠，然后对材料进行湿法球磨，球磨介质为氧化铝，球磨时间20h，获得含水率为31％的泥浆，筛余小于1％，流动度在涂-4杯流出时间36s左右。
(2)粉料制备：泥浆在喷雾干燥塔，进行喷雾干燥和造粒，粉料呈球状，含水率在3％。
(3)压制成型：利用压机采用双面压的原理将上述粉料压制成型，压力达到300～500MPa。
(4)烧结：在辊道窑中进行烧成，主要包括三个阶段：干燥、烧成和冷却；干燥阶段温度为100～300℃，12min；烧成阶段温度在500～1220℃，经历时间约40min，其中高温1180℃保温10min；冷却阶段降温至100℃以下出窑，冷却时间约为15min；即可获得具有抗折强度43～46MPa、导热系数1.933～2.031W/m·K的刚玉-莫来石质陶瓷砖。
其烧成工艺条件：烧结温度范围为1200±15℃。
实施例2
以高岭土、球土、氧化铝、长石、刚玉和锂辉石为主要原料，刚玉-莫来石质陶瓷砖的化学成分如表2所示，采用燃料的热值如表3所示。在相同的工艺条件和添加剂作用下，采用锂辉石替代部分长石作为熔剂性原料。
(1)原料处理：包括原料粉碎和湿法球磨工艺过程，将原料粉碎，称量原料球土50.4Kg、氧化铝34.8Kg、高岭土41.1Kg、刚玉8.5Kg、长石88.5Kg、锂辉石28.2、石英25.2Kg、硅灰石31.5Kg相混合，添加按重量百分比计0.5％的三聚磷酸钠，然后对材料进行湿法球磨，球磨介质为氧化铝，球磨时间22h，筛余小于1％，获得含水率为32％的泥浆，其流动度在涂-4杯流出时间40s。
(2)粉料制备：包括泥浆喷雾干燥和造粒工艺过程，泥浆在喷雾干燥塔中进行喷雾干燥，获得含水率在5％呈球粒状的粉料。
(3)压制成型：利用压机采用双面压的原理将上述粉料压制成型，压力达到400MPa。
(4)烧结：在辊道窑中进行烧成，主要包括三个阶段：干燥、烧成和冷却；干燥阶段温度为200℃，16min；烧成阶段温度在1180～1220℃，经历时间约45min，其中高温1200℃保温时间20min；冷却阶段降温至100℃以下出窑，冷却时间约为20min；即可获得具有抗折强度46～51MPa、导热系数1.933～2.131W/m·K的刚玉-莫来石质陶瓷砖。
其烧成工艺条件：烧结温度范围为1190±15℃。
实施例3
以高岭土、球土、氧化铝、刚玉、长石和锂辉石为主要原料，刚玉-莫来石质陶瓷砖的化学成分如表2所示，采用燃料的热值如表3所示。在相同的工艺条件和添加剂作用下，采用锂辉石替代部分长石作为熔剂性原料，并通过增加刚玉作为主要原料，可提高刚玉质主晶相的含量。
(1)原料处理：包括原料粉碎和湿法球磨工艺过程，将原料粉碎，称量原料球土46.5Kg、氧化铝32.1Kg、高岭土37.8Kg、刚玉24Kg、长石81.9Kg、锂辉石26.1Kg、石英22.8Kg和硅灰石28.5Kg相混合，添加按重量百分比计0.5％的三聚磷酸钠，然后对材料进行湿法球磨，球磨介质为氧化铝，球磨时间24h，获得含水率为33％的泥浆，筛余小于1％，流动度在涂-4杯流出时间40s左右。
(2)粉料制备：泥浆在喷雾干燥塔，进行喷雾干燥和造粒，粉料呈球状，含水率在7％。
(3)压制成型：利用压机采用双面压的原理将上述粉料压制成型，压力达到500MPa。
(4)烧结：在辊道窑中进行烧成，主要包括三个阶段：干燥、烧成和冷却；干燥阶段温度为300℃，约18min；烧成阶段温度在500～1220℃，经历时间约50min，其中高温1220℃保温时间30min；冷却阶段降温至100℃以下出窑，冷却时间约为30min；即可获得具有抗折强度49～54MPa、导热系数2.109～2.413W/m·K的刚玉-莫来石质陶瓷砖。
其烧成工艺条件：烧结温度范围为1200±20℃。
表2刚玉-莫来石质陶瓷砖的化学成分
表3燃料的热值范围
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1. 一种低温烧制良导热性能刚玉-莫来石质陶瓷砖的方法，其特征在于包括如下工艺步骤和工艺条件：
(1)原料处理：称量原料球土、刚玉、高岭土、氧化铝、锂辉石、长石、石英和硅灰石，混合后添加按重量百分比计0.5％的三聚磷酸钠，然后对原料进行湿法球磨，获得含水率为31～33％的泥浆，筛余小于1％，其流动度在涂-4杯流出时间35s～45s；
(2)粉料制备：将泥浆在喷雾干燥塔中进行喷雾干燥，获得含水率在3～7％呈球粒状的粉料；
(3)压制成型：利用压力达到300～500MPa的压机，采用双面压的原理将上述粉料进行半干压制成型；
(4)烧结：在辊道窑中进行烧成，包括干燥、烧成和冷却三个阶段；干燥阶段温度为100～300℃，时间12～18min；烧成阶段温度为500～1220℃，时间30～60min，高温保温时间15～30min；冷却阶段降温至100℃以下出窑，冷却时间10～20min，即得到刚玉-莫来石质陶瓷砖；
所述原料组分按重量百分比计如下：
原料 重量百分比
球土 12～20％
刚玉 6～10％
高岭土 10～15％
氧化铝 8～14％
锂辉石 6～13％
长石 25～32％
石英 6～10％
硅灰石 7～12％。
2. 根据权利要求1所述的一种低温烧制良导热性能刚玉-莫来石质陶瓷砖的方法，其特征在于：所述原料中各组分的化学成分，按重量百分比含量范围如下：
球土的烧失量5～10％，含有SiO2 42～53％，Al2O3 28～37％，Fe2O30.3～1％，CaO 0.5～1.5％，MgO 0.5～1.5％，K2O 2.2～4.2％，Na2O 2.2～5.5％；
刚玉的烧失量0.1～1％，含有SiO2 2～3％，Al2O3 92～96％，Na2O 0.1～1％；
高岭土的烧失量6～12％，含有SiO2 45～55％，Al2O3 27～32％，Fe2O30.4～1％，CaO 1～1.5％，MgO 1～1.5％，K2O 3～5％，Na2O 3～5％；
氧化铝的烧失量0.5～1％，含有Al2O3 97～99％；
锂辉石的烧失量4～7％，含有SiO2 38～55％，Al2O3 14～21％，Fe2O30.3～1％，Li2O 15～21％，K2O 2.2～5％，Na2O 2.2～5％；
长石的烧失量4～9％，含有SiO2 52～68％，Al2O3 14～20％，Fe2O3 0.2～1％，CaO 1～3.5％，K2O 4～8％，Na2O 3～8％；
石英的烧失量1～3％，含有SiO2 96～98％，K2O 0.1～1％，Na2O 0.1～1％；
硅灰石的烧失量2～4％，含有SiO2 62～67％，CaO 22～27％，K2O 2.5～4％，Na2O 2～4％。
3. 根据权利要求1所述的一种低温烧制良导热性能刚玉-莫来石质陶瓷砖的方法，其特征在于：所述步骤(1)球磨的介质为氧化铝，球磨时间20～24h。
4. 根据权利要求1所述的一种低温烧制良导热性能刚玉-莫来石质陶瓷砖的方法，其特征在于：所述步骤(4)烧结过程中所需燃料重油的热值Qf DW范围为41868～45218KJ/Kg。
5. 根据权利要求1所述的一种低温烧制良导热性能刚玉-莫来石质陶瓷砖的方法，其特征在于：所述步骤(4)烧结过程中烧成阶段高温的温度范围为1180～1220℃。
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| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Yingde Ausheng New Material Co., Ltd. Assignor: South China University of Technology Contract fulfillment period: 2008.9.26 to 2015.9.25 contract change Contract record no.: 2009440000660 Denomination of invention: Low temperature baking process of heat conductive corundum-mullite ceramic tile Granted publication date: 20080820 License type: Exclusive license Record date: 2009.7.17 |
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| LIC | Patent licence contract for exploitation submitted for record |
Free format text: EXCLUSIVE LICENSE; TIME LIMIT OF IMPLEMENTING CONTACT: 2008.9.26 TO 2015.9.25; CHANGE OF CONTRACT Name of requester: YINGDE CITY AOSHENG NEW MATERIAL LIMITED LIABILITY Effective date: 20090717 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20080820 Termination date: 20151201 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |