CN101955367A - 一种耐久超轻纤维增强陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐久超轻纤维增强陶瓷材料及其制备方法 Download PDF

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赖建中
崔崇
陈�光
张士华
彭东文
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Abstract

本发明公开了一种耐久超轻纤维增强陶瓷材料，按重量百分比该材料包括以下组分：50％～68％的工业废弃物，30％～48％的膨胀性原生矿物，0.1％～2％的烧结改性剂，0.1％～5％的增强纤维，制备方法为：将工业废弃物、膨胀性原生矿物、烧结改性剂破碎混合，在球磨机中球磨，然后将增强纤维加入该混合物中继续搅拌，随后喷雾干燥，干燥造粒后的粉料装入可拆拼式耐火组合模具中烧制，生成含均匀封闭微孔的轻质纤维增强陶瓷制品。本发明提高了多孔陶瓷材料的综合性能，提高了材料的强度和孔隙率，降低材料的密度，具有低成本、低密度、耐高温、耐腐蚀、高抗裂、抗冲击、生态环保等特点。

Description

一种耐久超轻纤维增强陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种陶瓷材料，特别是一种耐久超轻纤维增强陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
专利号为CN200410026753.6的专利公布了一种制备轻质陶瓷板的方法，在矿物原料中加入烧失量为10％～15％的膨石粉，使砖坯内部形成气孔，制成密度为0.7～0.9g/cm3轻质材料。但陶瓷材料普遍具有韧性低、脆性大、易开裂的缺点，限制了此类材料的应用范围。通过发泡技术在陶瓷材料中形成均匀分布的气孔，可以制备出具有保温隔热性能的轻质多孔陶瓷材料，但其强度通常随着孔隙率的提高而降低。如何制备出高强、耐久和超轻的陶瓷材料是目前技术上的难点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐久超轻纤维增强陶瓷材料及其制备方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：本发明耐久超轻纤维增强陶瓷材料，按质量百分比该材料包括以下组分：
工业废弃物                  50％-65％
膨胀性原生矿物              30％-48％
烧结改性剂                  0.1％-2％
增强纤维                    0.1％-5％
制备方法为：将工业废弃物、膨胀性原生矿物、烧结改性剂破碎混合，在球磨机中球磨，然后将增强纤维加入该混合物中继续搅拌，随后喷雾干燥，干燥造粒后的粉料装入可拆拼式耐火组合模具中烧制，生成含均匀封闭微孔的轻质纤维增强陶瓷制品。
本发明与现有技术相比，其显著优点：本发明采用了纤维增强技术，充分发挥纤维的增强、增韧和阻裂效应，提高了多孔陶瓷材料的综合性能。在相同孔隙率的情况下，可以明显提高材料的强度；在相同强度的情况下，可以明显提高材料的孔隙率，降低材料的密度。本发明的原材料来源广泛，使用大量工业废弃物。本发明具有低成本、低密度、耐高温、耐腐蚀、高抗裂、抗冲击、生态环保等特点。本发明采用耐火组合模具，可以实现1800mm×1200mm大规格板材和异型件的无压坯成型。
具体实施方式
本发明的耐久超轻纤维增强陶瓷材料，按质量百分比该材料包括以下组分：
工业废弃物            50％-68％
膨胀性原生矿物        30％-48％
烧结改性剂            0.1％-2％
增强纤维              0.1％-5％
在上述各组分中，工业废弃物为废淤泥和/或陶瓷碎片，淤泥的氧化铝含量为14％～28％，氧化硅含量为55％～78％，陶瓷碎片为上釉或不上釉的废陶瓷。
在上述各组分中，膨胀性原生矿物为石灰石和/或透闪石和/或陶土。烧结改性剂是二氧化硅和/或碳化硅。纤维为氧化铝纤维和/或莫来石纤维和/或陶瓷纤维和/或玄武岩纤维。纤维直径为10μm-40μm，长度为2mm-15mm。本发明也可采用其它高强度耐高温的纤维。
本发明耐久超轻纤维增强陶瓷材料的制备方法为：
将工业废弃物、膨胀性原生矿物、烧结改性剂破碎混合，在球磨机中球磨16小时-24小时，然后将增强纤维加入该混合物中继续搅拌5分钟～10分钟，随后喷雾干燥，干燥造粒后的粉料装入可拆拼式耐火组合模具中，经过1100℃-1250℃烧制，生成含均匀封闭微孔的轻质纤维增强陶瓷材料制品。制品表面磨光后用切割机切成规定尺寸。
下面结合实施例对本发明作进一步说明，本发明不限于这些实施例。
实施例1
选取氧化铝含量19％、氧化硅含量62％的废陶瓷碎片54％，透闪石12％，石灰石6％，陶土28％，添加0.4％碳化硅微粉，破碎混合，球磨24小时，添加0.5％氧化铝纤维后继续搅拌5分钟，经过压滤、干燥、造粒、离心旋转成球，干燥后装入耐火组合模具，经过1170℃烧成，制成容重0.5g/cm3的陶瓷材料制品。抗折强度7.2MPa，在-20℃～20℃水中各冻融6小时，10次循环，无损坏现象，证明其抗冻性优良。
实施例2
选取氧化铝含量14％、氧化硅含量71％的废矿渣21％，淤泥30％，透闪石20％，石灰石4％，陶土25％，破碎混合，球磨20小时，添加2％陶瓷纤维后继续搅拌8分钟，经过干燥造粒，干压成型后经1160℃烧成，再冷加工制成800×800×30mm平板陶瓷材料制品。制品容重0.6g/cm3，抗折强度8.5MPa，在-20℃～20℃水中各冻融6小时，10次循环，无损坏现象，证明其抗冻性优良。
实施例3
选取氧化铝含量22％、氧化硅含量68％的废陶瓷碎片(上釉的)18％，(不上釉的)36％，透闪石17％，石灰石6％，陶土23％，添加0.4％碳化硅微粉，破碎混合，球磨20小时，添加5％玄武岩纤维后继续搅拌10分钟，经过干燥造粒，干压成型后经1220℃烧成，冷加工后的陶瓷材料制品容重为0.6g/cm3，抗折强度10.5MPa，在-20℃～20℃水中各冻融6小时，10次循环，无损坏现象，证明其抗冻性优良
实施例4
选取氧化铝含量14％、氧化硅含量71％的废矿渣30％，淤泥35％，透闪石16％，石灰石4％，陶土15％，破碎混合，球磨20小时，添加2％陶瓷纤维后继续搅拌8分钟，经过干燥造粒，干压成型后经1160℃烧成，再冷加工制成800×800×30mm平板陶瓷材料制品。制品容重0.7g/cm3，抗折强度9MPa，在-20℃～20℃水中各冻融6小时，10次循环，无损坏现象，证明其抗冻性优良。
实施例5
选取氧化铝含量22％、氧化硅含量68％的废陶瓷碎片(上釉的)25％，(不上釉的)40％，透闪石14％，石灰石6％，陶土15％，添加0.4％碳化硅微粉，破碎混合，球磨20小时，添加5％玄武岩纤维后继续搅拌10分钟，经过干燥造粒，干压成型后经1220℃烧成，冷加工后的陶瓷材料制品容重为0.71g/cm3，抗折强度10.8MPa，在-20℃～20℃水中各冻融6小时，10次循环，无损坏现象，证明其抗冻性优良。

Claims (8)

1.一种耐久超轻纤维增强陶瓷材料，其特征在于：按重量百分比该材料包括以下组分：
工业废弃物        50％～68％
膨胀性原生矿物    30％～48％
烧结改性剂        0.1％～2％
增强纤维          0.1％～5％
2.根据权利要求1所述的耐久超轻纤维增强陶瓷材料，其特征在于：其中工业废弃物为废淤泥和/或废陶瓷碎片。
3.根据权利要求1所述的耐久超轻纤维增强陶瓷材料，其特征在于：其中膨胀性原生矿物为石灰石和/或透闪石和/或陶土。
4.根据权利要求1所述的耐久超轻纤维增强陶瓷材料，其特征在于：其中烧结改性剂为二氧化硅和/或碳化硅。
5.根据权利要求1所述的耐久超轻纤维增强陶瓷材料，其特征在于：其中增强纤维为氧化铝纤维和/或莫来石纤维和/或陶瓷纤维和/或玄武岩纤维。
6.一种耐久超轻纤维增强陶瓷材料的制备方法，其特征在于该方法为：将工业废弃物、膨胀性原生矿物、烧结改性剂破碎混合，在球磨机中球磨，然后将增强纤维加入该混合物中继续搅拌，随后喷雾干燥，干燥造粒后的粉料装入可拆拼式耐火组合模具中烧制，生成含均匀封闭微孔的轻质纤维增强陶瓷制品。
7.根据权利要求6所述的耐久超轻纤维增强陶瓷材料的制备方法，其特征在于：球磨时间为16小时-24小时，搅拌时间为5分钟～10分钟。
8.根据权利要求6所述的耐久超轻纤维增强陶瓷材料的制备方法，其特征在于：烧制温度为1100℃-1250℃。
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