CN102311274A - 一种轻质保温蜂窝陶瓷及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轻质保温蜂窝陶瓷及其制备方法，包括保温层和与保温层结合为一体的饰面层，所述保温层由包含重量比为25～50∶40～90∶10～30∶10～30∶1～15∶5～15的凝灰岩矿粉、珍珠岩矿粉、膨胀玻化微珠粉、玻璃粉、成孔剂和磷酸钠的组分烧制而成。本发明陶瓷强度高、吸水率低、饰面层与保温层连接牢固，使得具备保温隔热的功能同时还具备外墙装饰的效果，其制备方法工艺简单，生产成本低。

Description

一种轻质保温蜂窝陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明属于陶瓷领域，尤其涉及一种轻质保温蜂窝陶瓷及其制备方法。

背景技术

现在，在人类生活的广泛领域内，瓷器、陶器均有很大贡献，然而若举其特性上的缺点之一为比重大。一般说来，陶瓷器的比重为2.3-2.5。从该材料性质的优点来看，该重量是个大问题，从而强烈地希望轻质化。还有，主要在建筑材料或美术陶瓷壁画领域内，希望若能使有美丽的釉面、可自由雕刻、能自由着色，并耐候性及耐热性良好的陶瓷器轻质化，则其利用率将进一步提高。

迄今为止，为谋求陶瓷器的轻质化，曾采取若干措施。其一是通过混入发泡剂烧成而形成气泡的方法，其二是在主体陶瓷器中混入已发泡的发泡剂(例如轻质混凝材料等)的方法；另一种是混入于可燃材料在高温下气化，并使其在所存在的位置上产生空隙的方法。在前述其一、其二两种情况下，可向胶合剂中混入发泡剂，应用多孔性坯料(高领土或绢云母等)，但在粘土及孔隙中混入发泡剂制作气孔空隙时，难于做到气孔均匀化及平均化，且在强度上，两者都是非常低。在前述第三种的情况下，随着炉内的温度上升而发生气化。并由于情况不同而起火，烧坏瓷器主体。因而，虽然可制造器皿厚度为20mm以下的制品，但是不可能制造厚度超过20mm以上的制品。

再者，在一般瓷器的情况下，还存在着所谓的在成型后干燥时及烧成时发生很大收缩的问题。由于收缩大，烧成后的制品尺寸有误差。

因此，作为解决这样的问题来制造轻质陶瓷器或轻质陶板的方法，例如在原土中混入市售的粉末状陶瓷空心体(硅胶球、玻璃球等)，经挤压成型、旋转成型或加压成型而制得成型物的烧成方法。然而，在只是单纯地混入市售陶瓷空心体，例如多孔的硅胶球等情况下，烧成后的强度小，由于成为连续气泡，所以只能得到有吸水性的制品；还有，在用玻璃球的情况下，虽然烧成后的强度大，但由于其本身无吸水性，所以在由和泥机进行挤压成型时，水分不能均匀地遍及，随着时间的经过而发生分离，在成型上也有困难，并发生烧成的制品质量误差。还有，即使在挤压加工时，由于挤压的压力不能均匀地施加，所以即使使用高强度的陶瓷空心体，由于其空心结构不耐压力，部分受到破坏、吸水，强度或比重等均出现误差，因而，不适于制造或者大量生产具有大平面的成型物(陶板)。还有，在使用玻璃球的情况下，釉药的附着也可能变为不均匀。

本来，根据瓷土与原料和水充分混合，随时间一起熟化而增加可塑性等理由，所以即使在制造上作为制品其完成率高，但混入无吸水性陶瓷空心体时，发生了难于稳定地混合问题。还有，为改善这一缺陷，有在无可塑性原料中使用市售的有机粘合剂等的情况，该种粘合剂有多种多样的，现在可按用途或制品种类的不同并根据其经验或实验，需要有区别地使用。但由于费时间、粘合剂本身价格高，而且在烧成时气化以及制品本身连续发泡，所以难于制造为制作高强度只需独立气泡的烧成体，而且吸水率也变高，因此，其使用范围受到限制。还有人提出：在原土混合时，混入无机粘合剂硅酸钠(水玻璃)等的方法。但是，在这种方法中，难于达到均匀的分散，还有由于过度的混合而导致陶瓷空心体遭受破坏等问题。这一方法也难于提供均匀而稳定的制品。

加之，对用这种制法所得到的烧成后的制品破坏并用显微镜将其表面放大进行观察时，发现在其破坏的面上陶瓷空心体与胶合剂(瓷土等)无剥离，陶瓷空心体自身几乎都被破坏了，被分成两个。因此，为了提高制品的强度，需要进一步强化陶瓷空心体本身。

目前与本发明相关的技术产品主要为膨胀珍珠岩制品和陶瓷类饰面制品。前者的保温效果虽然明显，但由于该类产品多为粘结型制品，加之膨胀珍珠岩本身的强度小，因此导致该类产品的强度较低，吸水率较高。而对于陶瓷类制品，近年来出现不少新型陶瓷材料如泡沫陶瓷等，但是其自身缺陷以及受装饰施工技术、质量的影响等问题，也仍然阻碍着建筑保温装饰陶瓷材料的应用与发展。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种包含保温层和饰面层的轻质保温蜂窝陶瓷，该陶瓷强度高、吸水率低、饰面层与保温层连接牢固，使得具备保温隔热的功能同时还具备外墙装饰的效果。

以及，提供一种轻质保温蜂窝陶瓷的制备方法，该方法工艺简单，生产成本低。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种轻质保温蜂窝陶瓷，包括保温层和与保温层结合为一体的饰面层，所述保温层由包含重量比为25～50∶40～90∶10～30∶10～30∶1～15∶5～15的凝灰岩矿粉、珍珠岩矿粉、膨胀玻化微珠粉、玻璃粉、成孔剂和磷酸钠的组分烧制而成。

以及，一种轻质保温蜂窝陶瓷制备方法，包括如下步骤：

提供保温层物料和饰面层物料，所述保温层物料包含重量比为25～50∶40～90∶10～30∶10～30∶1～15∶5～15的凝灰岩矿粉、珍珠岩矿粉、膨胀玻化微珠粉、玻璃粉、成孔剂和磷酸钠的组分；

将保温层物料与饰面层物料装入模具中进行烧制，形成结合为一体的保温层和饰面层，得到所述的轻质保温蜂窝陶瓷，或者将保温层物料装入模具中进行烧制得到保温层，然后将保温层与饰面层物料通过烧结或粘结而结合为一体，形成所述的轻质保温蜂窝陶瓷。

本发明轻质保温蜂窝陶瓷至少具备以下优点：

本发明轻质保温蜂窝陶瓷包含保温层和饰面层，其中，保温层包含的凝灰岩粉组分有效提高了该陶瓷的强度，包含的珍珠岩组分提高了该陶瓷的容重和成孔质量，该两种组分和其他组分共同作用，使得该陶瓷强度高，是现有保温产品的2～5倍，吸水率低，仅为现有保温产品的2％～3％；饰面层与保温层结合为一体，从而使得两者连接牢固，使得该陶瓷即具备保温隔热的功能同时还具备外墙装饰的效果。该轻质保温蜂窝陶瓷无需制胚工序，使得该陶制制备方法工序简单，降低了生产成本。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供的一种轻质保温蜂窝陶瓷，包括保温层和与保温层结合为一体的饰面层，所述保温层由包含重量比为25～50∶40～90∶10～30∶10～30∶1～15∶5～15的凝灰岩矿粉、珍珠岩矿粉、膨胀玻化微珠粉、玻璃粉、成孔剂和磷酸钠的组分烧制而成。

经测得，上述轻质保温蜂窝陶瓷含有重量百分数计的下列氧化物成分：SiO₂：56.43～72.8，Al₂O₃：4.51～10.76，Na₂O+K₂O：8.96～13.59，CaO：6.64～14.18，MgO：0.97～2.84，FeO+Fe₂O₃：0.91～2.54，P₂O₅：0.021～0.16。

上述保温层的厚度优选为20～40mm；所述饰面层的厚度优选为1～4mm。

上述保温层配方中，凝灰岩矿粉优选为凝灰岩粉或/和凝灰岩加工中产生的废粉，其颗粒粒径优选为0.42～0.9mm，凝灰岩矿主要矿物成份为岩屑、晶屑、玻屑和火山尘，因其钠、钾含量较高，又称含碱玻璃原料，是一种很好的高强度陶瓷材料生产原料，其中高硅(＞70％)与富铝(＞14％)的特性可以适当调节陶瓷中硅铝含量，有效提高该陶瓷的强度。珍珠岩矿粉优选为珍珠岩粉或/和珍珠岩加工及膨胀玻化过程中产生的废粉，其颗粒粒径优选为0.42～0.9mm，如珍珠岩矿砂产生的200目以下的粉尘或者玻化处理过程中的玻化微珠产生的低于100目的微粉废料，珍珠岩主要矿物成份为玻璃质岩石和少量的斑晶、微晶，尤其是Na₂O+K₂O含量达到10％左右可以起到降低样品的熔点作用，在高温下体积瞬间能膨胀30倍以上的特性，将其用于轻质陶瓷原料时，有效降低了轻质陶瓷容重和成孔质量。之所以优选凝灰岩尾矿粉、珍珠岩尾矿粉作为原料，是为了能变废为宝，减少废弃物对环境的污染与破坏，同时降低了本实施例轻质保温蜂窝陶瓷的生产成本。

上述保温层配方中，玻璃粉为玻璃材质经破碎而成，其熔点优选在600～700℃，该玻璃材质优选为废弃的瓶罐玻璃，这是为了能变废为宝，减少废弃物对环境的污染与破坏，同时降低了本实施例轻质保温蜂窝陶瓷的生产成本，该玻璃粉粒粒径优选为0.42～0.9mm。玻璃粉组分的存在是为了降低材料的发泡温度，减少耗能，在本实施例中作为助熔剂和胶结剂使用。

上述保温层配方中，成孔剂优选为秸秆、木屑、锯末、炭中的至少一种和碳酸钙的混合物。其中，木屑、锯末、秸秆或炭至少一种的总量与碳酸钙的重量比优选为1∶20-100。成孔剂颗粒大小均≤0.074mm，成孔剂的存在，确保本实施例陶瓷在烧结过程中形成蜂窝状的空腔结构，不仅可以降低样品容重，同时又可提高样品的强度。

上述保温层配方中，磷酸钠(Na₃PO₄·12H₂O)的存在是为了降低材料的发泡温度，减少耗能，在本实施例中作为助熔剂使用，磷酸钠存在，能有效调节并保证该陶瓷在烧制成型过程中形成大小、分布均匀的气孔。

上述饰面层材质优选为金属、铝塑板、仿金属漆、普通质感涂料中的任一种，或者石料粉或者釉。

上述饰面层材质中的石料粉优选为石材边角料，或者通体烧结砖废品或/和废料研磨而成的石粉，或者抛光砖废品或/和废料研磨而成的石粉，当然也可以直接是石材、通体烧结砖或/和抛光砖良品研磨而成的石粉，之所以优选其废品或废料作为石料，是因为能变废为宝，减少废弃物对环境的污染与破坏，同时降低了本实施例轻质保温蜂窝陶瓷的生产成本。

上述饰面层材质中的釉优选包含如下的重量计的组分：凝灰岩尾矿粉∶珍珠岩尾矿粉∶钾长石粉∶膨润土∶颜料为10～30∶20～50∶30～50∶10∶1～2。其中，所用颜料为普通无机陶瓷颜料，如黑色颜料的主成分为Fe-Cr-Mn，黄色颜料主成分为Pr-Si-Zr，红色颜料主成分为Sb-Ti-Cr。

本发明轻质保温蜂窝陶瓷包含保温层和饰面层，其中，保温层包含的凝灰岩粉组分有效提高了该陶瓷的强度，包含的珍珠岩组分提高了该陶瓷的容重和成孔质量，该两种组分和其他组分共同作用，使得该陶瓷强度高，是现有保温产品的2～5倍，吸水率低，仅为现有保温产品的2％～3％；饰面层与保温层结合为一体，从而使得两者接合牢固，使得该陶瓷即具备保温隔热的功能同时还具备外墙装饰的效果。

以及，本实施例还提供上述轻质保温蜂窝陶瓷制备方法，包括如下步骤：

S1.提供保温层物料和饰面层物料，所述保温层物料包含重量比为25～50∶40～90∶10～30∶10～30∶1～15∶5～15的凝灰岩矿粉、珍珠岩矿粉、膨胀玻化微珠粉、玻璃粉、成孔剂和磷酸钠的组分；

S2.将保温层物料与饰面层物料装入模具中进行烧制，形成结合为一体的保温层和饰面层，得到所述的轻质保温蜂窝陶瓷，或者将保温层物料装入模具中进行烧制得到保温层，然后将保温层与饰面层物料通过烧结或粘结而结合为一体，形成所述的轻质保温蜂窝陶瓷。

上述步骤S1中的各组分来源和特点等如上述所述，在此不重述。

上述步骤S2中的保温层与饰面层通过烧结或粘结结合为一体优选通过以下三种形成步骤中任意一种实现：

S21.将保温层装入模具中，再在保温层物料层上铺上饰面层物料，然后进行一次烧制，得到所述的轻质保温蜂窝陶瓷，所述饰面层物料为石料粉；或者，

S22.将保温层装入模具中，再进行一次烧制，得到所述保温层，然后在保温层上涂上饰面层物料，接着进行二次烧制，得到所述的轻质保温蜂窝陶瓷，所述饰面层物料为釉；或者，

S23.将保温层装入模具中，再进行一次烧制，得到所述保温层，然后在保温层涂上粘结剂，并将饰面层与保温层压合，得到所述的轻质保温蜂窝陶瓷，所述饰面层为金属、铝塑板、仿金属漆、普通质感涂料中的任一种。

上述S21至S23三种方法中的一次烧制的烧制温度优选为850～1100℃，烧制时间为30～50min；

上述S21方法中，石料粉中还可添加占石料粉重量5％～20％的助熔剂，该石料粉铺在保温层物料层上的厚度优选为2～10mm，此时，该厚度范围的石料粉的重量占保温层物料总量的10％～35％。所述的助熔剂优选但不仅仅限于水合磷酸钠(Na₃PO₄·12H₂O)，助熔剂的存在是为了降低材料的发泡温度，减少耗能。采用石料作为饰面层材质时，生产出的轻质保温蜂窝陶瓷不需再加工，表面有石材质感，也可进行抛光处理，形成表面抛光砖效果。

上述S22方法中的二次烧制的烧制温度优选为550～800℃，烧制时间优选为20～30min。釉层涂在保温层物料层上的厚度优选为2～10mm。

上述S23方法中的粘结剂优选为瞬干粘结剂、厌氧粘结剂、压敏粘结剂、热熔粘结剂、热固性树脂粘结剂、乳液和乳胶型粘结剂、耐高温粘结剂或者本技术领域常用的其他粘结剂，其用量为4～6kg/m²。饰面层与保温层压合的压力应适中，压力大小应保证饰面层或/和保温层的完整，不至于在压合过程中出现饰面层或/和保温层的破损。

上述轻质保温蜂窝陶瓷将混合后保温层物料和饰面层物料置于模具中进行一次性烧制而成，或者先烧制保温层，再在该保温层上点釉进行二次性烧制而成，或者先烧制保温层，再在该保温层上粘结饰面层制备而成，无需制胚工序，使得该陶制制备方法工序简单，降低了生产成本。

由于本实施例轻质保温蜂窝陶瓷强度高，吸水性低，保温性能好，以及同时具有装饰效果等等优点，因此，该轻质保温蜂窝陶瓷可优选但不仅仅限于在以下多种情况中应用：

1、建筑围护结构的保温隔热层及外墙装饰层；

2、油库、粮库外保温隔热层及外墙装饰层；

3、建筑外墙保温饰面材料；

4、工业窑炉外壁保温隔热层；

5、防水、防潮、防火、隔热工程；

6、地铁、地下工程，

7、环境比较恶劣但需要保温隔热要求的工程；

以下通过多个实施例来举例说明本实施例轻质保温蜂窝陶瓷的组分及其制备方法，以及其性能等方面。

实施例1

一次性烧制制备轻质保温蜂窝陶瓷：

1)提供制备保温层物料和饰面层物料，保温层物料配方为凝灰岩尾矿粉∶珍珠岩尾矿粉∶膨胀玻化微珠废尾粉∶玻璃粉∶木屑∶碳酸钙∶磷酸钠＝25∶90∶30∶10∶0.2∶6∶10；饰面层物料为石料粉和占石料粉7％的磷酸钠；

2)将保温层采用振动布料的方式装入模具中，再在保温层物料层上铺上6mm厚的饰面层物料，然后放入窑炉中在950℃下进行一次烧制，烧制时间为40min，得到本实施例的轻质保温蜂窝陶瓷。

本实施例制备的轻质保温蜂窝陶瓷性能见表1，由表可知，该轻质保温蜂窝陶瓷强度、容重和成孔质量稿，吸水率低。

实施例2

一次性烧制制备轻质保温蜂窝陶瓷：

1)提供制备保温层物料和饰面层物料，保温层物料配方为凝灰岩尾矿粉∶珍珠岩尾矿粉∶膨胀玻化微珠废尾粉∶玻璃粉∶炭∶碳酸钙∶磷酸钠＝50∶40∶10∶30∶0.1∶10∶15；饰面层物料为石料粉和占石料粉3％的磷酸钠；

2)将保温层采用振动布料的方式装入模具中，再在保温层物料层上铺上6mm厚的饰面层物料，然后放入窑炉中在1000℃下进行一次烧制，烧制时间为30min，得到所述的轻质保温蜂窝陶瓷。

实施例3

二次性烧制制备轻质保温蜂窝陶瓷：

1)提供制备保温层物料和饰面层物料，保温层物料配方为凝灰岩尾矿粉∶珍珠岩尾矿粉∶膨胀玻化微珠废尾粉∶玻璃粉∶锯末∶碳酸钙∶磷酸钠＝50∶40∶10∶30∶0.1∶10∶15；饰面层物料为釉，该釉的配方为凝灰岩尾矿粉∶珍珠岩尾矿粉∶钾长石粉∶膨润土∶颜料＝15∶50∶40∶10∶1.5；

2)将保温层采用振动布料的方式装入模具中，再在950℃下进行一次烧制45min，得到所述保温层，然后在保温层上涂上上述配方的饰面层物料，接着在600℃下进行二次烧制20min，得到所述的轻质保温蜂窝陶瓷。

实施例4

1)提供制备保温层物料和饰面层物料，保温层物料配方为凝灰岩矿粉∶珍珠岩矿粉∶膨胀玻化微珠尾粉∶玻璃粉∶锯末∶碳酸钙∶磷酸钠＝50∶40∶10∶30∶0.1∶10∶15；饰面层物料为铝塑板；

2)将保温层采用振动布料的方式装入模具中，再在1000℃下进行一次烧制35min，得到所述保温层，然后在保温层涂上耐热阻燃性糊状粘结剂，并将饰面层物料铝塑板与保温层压合，得到所述的轻质保温蜂窝陶瓷。

本实施例制备的轻质保温蜂窝陶瓷性能见表2，由表可知，该轻质保温蜂窝陶瓷强度、容重和成孔质量稿，吸水率低。

表1轻质保温蜂窝陶瓷

表2复合型轻质保温蜂窝陶瓷

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轻质保温蜂窝陶瓷，包括保温层和与保温层结合为一体的饰面层，所述保温层由包含重量比为25～50∶40～90∶10～30∶10～30∶1～15∶5～15的凝灰岩矿粉、珍珠岩矿粉、膨胀玻化微珠粉、玻璃粉、成孔剂和磷酸钠的组分烧制而成。

2.如权利要求1所述的轻质保温蜂窝陶瓷，其特征在于：所述轻质保温蜂窝陶瓷含有重量百分数计的下列氧化物成分：SiO₂：56.43～72.8，Al₂O₃：4.51～10.76，Na₂O+K₂O：8.96～13.59，CaO：6.64～14.18，MgO：0.97～2.84，FeO+Fe₂O₃：0.91～2.54，P₂O₅：0.021～0.16。

3.如权利要求1所述的轻质保温蜂窝陶瓷，其特征在于：

所述保温层的厚度为20～40mm，所述饰面层的厚度为1～4mm；

所述凝灰岩尾矿粉为凝灰岩粉或/和凝灰岩加工中产生的废粉，所述凝灰岩尾矿粉的粒径为0.42～0.9mm；所述珍珠岩尾矿粉为珍珠岩粉或/和珍珠岩加工及膨胀玻化过程中产生的废粉，所述珍珠岩尾矿粉的粒径为0.42～0.9mm；

所述成孔剂包含的组分有木屑、锯末、秸秆或炭中的至少一种以及碳酸钙，所述木屑、锯末、秸秆或炭中的至少一种的总量与碳酸钙的重量比为1∶20～100。

4.如权利要求1所述的轻质保温蜂窝陶瓷，其特征在于：所述饰面层材质为金属、铝塑板、仿金属漆、涂料中的任一种或者石料粉或者釉。

5.如权利要求4所述的轻质保温蜂窝陶瓷，其特征在于：所述石料粉为石材边角料，或者是通体烧结砖废品或/和废料研磨而成的石粉，或者是抛光砖废品或/和废料研磨而成的石粉。

6.如权利要求4所述的轻质保温蜂窝陶瓷，其特征在于：所述釉包含如下的重量比计的组分：凝灰岩尾矿粉∶珍珠岩尾矿粉∶钾长石粉∶膨润土∶颜料为20～40∶40～60∶20～30∶20∶1～2。

7.一种轻质保温蜂窝陶瓷制备方法，包括如下步骤：

提供保温层物料和饰面层物料，所述保温层物料包含重量比为25～50∶40～90∶10～30∶10～30∶1～15∶5～15的凝灰岩矿粉、珍珠岩矿粉、膨胀玻化微珠粉、玻璃粉、成孔剂和磷酸钠的组分；

将保温层物料与饰面层物料装入模具中进行烧制，形成结合为一体的保温层和饰面层，得到所述的轻质保温蜂窝陶瓷，或者将保温层物料装入模具中进行烧制得到保温层，然后将保温层与饰面层物料通过烧结或粘结而结合为一体，形成所述的轻质保温蜂窝陶瓷。

8.如权利要求7所述的轻质保温蜂窝陶瓷制备方法，其特征在于：所述保温层与饰面层结合为一体是通过以下三种形成步骤中任意一种实现：

将保温层装入模具中，再在保温层物料层上铺上饰面层物料，然后进行一次烧制，得到所述的轻质保温蜂窝陶瓷，所述饰面层物料为石料粉；

或者，将保温层装入模具中，进行一次烧制，得到所述保温层，然后在保温层上涂上饰面层物料，接着进行二次烧制，得到所述的轻质保温蜂窝陶瓷，所述饰面层物料为釉；

或者，将保温层装入模具中，再进行一次烧制，得到所述保温层，然后在保温层涂上粘结剂，并将饰面层物料与保温层压合，得到所述的轻质保温蜂窝陶瓷，所述饰面层物料为金属、铝塑板、仿金属漆、涂料中的任一种。

9.如权利要求8所述的轻质保温蜂窝陶瓷制备方法，其特征在于：所述三种形成步骤中的一次烧制的烧制温度为850～1100℃，烧制时间为30～50min；

所述二次烧制的烧制温度为550～800℃，烧制时间为20～30min。

10.如权利要求8所述的轻质保温蜂窝陶瓷制备方法，其特征在于：

所述饰面层物料为石料粉时，该石料粉中还包含占石料粉重量5％～20％的助熔剂，所述石料粉铺在保温层物料层上的厚度为2～10mm；所述饰面层物料为釉时，釉层涂在保温层物料层上的厚度为2～10mm。