CN103889925A - 陶瓷组合物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种陶瓷组合物，并且涉及用于制造该组合物的方法，并且涉及由所述陶瓷组合物生产的陶瓷体。将可发泡的无机物质颗粒与陶瓷组合物混合。将这些颗粒发泡到一个比重，该比重在未发泡颗粒的比重与如果这些颗粒在该陶瓷组合物的烧制温度下发泡的话则这些颗粒的比重所能最大降低到的比重之间。

Description

陶瓷组合物

本发明涉及一种陶瓷组合物，即一种旨在通过干燥和烧制来转化成一种陶瓷体的组合物，以及还有一种用于制造这种组合物的方法；以及还有由这种陶瓷组合物生产的陶瓷体。

用于形成瓷器体、耐火材料组合物、或砖的陶瓷组合物是如在公布物BG48381A1、CN101638324A、CN101659559A、CN101723648B、CN1418853A、DE1471068B2、DE2632084A1、DE2909653A1、DE3614943C1、DE3921278A1、GB1478904A、GB2377931B、RU2313504C1、RU2329996C1、RU2331607C2、RU2333899C1、RU2334718C1、RU2334723C2、RU2334726C2、RU2341486C2、RU2346910C1、RU2372310C1、RU2400449C1、US6458732B1、WO2009040147A2中所描述的，其中该陶瓷组合物包含珍珠岩，作为来自非膨胀微粒的砂或粉尘或作为由膨胀微粒制成的本体材料。

珍珠岩的问题将基于来自这个组的三个示例性文件进行讨论，作为将通过干燥和烧制来转化成陶瓷制品的陶瓷组合物中所有可发泡添加剂的代表：

在1964年DE1471068中已经提出生产了一种具有高吸音能力的板，其中在一个短暂而谨慎的混合程序中用一个由水性黏土组合物制成的薄层涂覆膨胀的珍珠岩颗粒，并且然后将该批次首先干燥并且然后在最低的可能的温度烧制。如此形成的板仅具有非常低的机械强度，但是由于陶瓷体的高孔隙率的结果具有非常好的吸音能力。出现低机械强度是因为膨胀珍珠岩颗粒仅具有非常低的机械强度并且已经在搅拌陶瓷组合物混合物时破裂。

DE2900653A1提出形成一种轻建筑砖块，其中将处于有待烧尽的材料形式的多孔剂（porosity agent）如木屑、泡珠等与典型地黏土组合物混合,并且此外还混合了非泡沫状珍珠岩。这些多孔剂在该陶瓷组合物烧制期间蒸发。剩余体积旨在由珍珠岩颗粒填满，珍珠岩颗粒在加热的情况下膨胀以形成高度多孔材料。该方法没有在惯例中流行。在混合期间以及在烧制操作期间进行排气的情况下，这些有机多孔剂引起问题。在完成体中在各种剩余物质之间的键是如此弱，使得如果实现了高孔隙率以及因此的良好的特定保温效果则强度是极低的。

DE36 14 943C1提出了形成一种具有高保温水平的砖，其中有待烧制的黏土组合物仅与膨胀珍珠岩颗粒混合并且没有多孔剂。由于在混合和捏合过程中纯泡沫珍珠岩颗粒会被粉碎，所以为珍珠岩颗粒配备一层秞，通过这样做使表面获得所要求的机械强度并且此外还变得足够致密使得珍珠岩颗粒在与含水黏土组合物接触期间不会被水浸透。陶瓷组合物的烧制是在比之前的珍珠岩颗粒的发泡更低的温度下进行，因此在烧制操作期间珍珠岩颗粒不会进一步生长。具有足够的机械强度的如此生产的砖，相对于不含泡沫珍珠岩的砖保温效果的改善并不是显著的。

例如，在AT504051B1中描述了目前用于从由火山岩玻璃（珍珠岩、松脂岩、琥珀石、黑曜岩）构成的泡沫颗粒生产粒料的常规工艺顺序。在一个第一加热步骤中从填满尽可能一致的粒度的材料的本体中抽出结晶水，直到材料中仅含有明确定义的较小比例的水。在一个第二加热步骤中，将粒子在竖式炉中充分加热，使得其玻璃质材料部分软化并且通过蒸发仍然位于粒子内部的结晶水而膨胀。

本发明所基于的目的是提供一种通过干燥和烧制可转化成多孔陶瓷的陶瓷组合物。该陶瓷将具有比具有相等的低比重和/或具有相等的低导热率的已知多孔陶瓷更高的机械强度。

为了实现该目的，如在现有技术中提到的那些公开物中所假定的，将可发泡的无机材料颗粒（例如珍珠岩）与该陶瓷组合物混合。

根据本发明提出的是，将可发泡的无机材料颗粒与陶瓷组合物在它们都已经有些发泡的但未到它们在陶瓷组合物的烧制温度下是可发泡的程度的状态下混合。与陶瓷组合物混合的颗粒因此具有的比重是在在未发泡的颗粒的比重与如果这些颗粒在陶瓷组合物的烧制温度下发泡的话这些颗粒的比重所能够最大降低到的比重之间。

因为这些颗粒在它们与陶瓷组合物混合的状态下还未最大化发泡，它们具有足够高的强度以不被破坏并且在陶瓷组合物的混合、捏合、和成型过程中几乎不吸收任何水。在烧制操作过程中，这些颗粒可以填满已经在干燥过程中出现或还有将在烧制过程中出现的空腔，并且因此改善在单独的材料组分之间的结合。由于它们仅稍微进一步发泡，在陶瓷的材料微结构中没有出现破坏性变化，并且然而产生了整体上相当低密度的陶瓷。

取决于陶瓷的起始材料以及可发泡无机材料的种类，这些效果是确实值得注意的，如果在与陶瓷组合物混合之前可发泡材料的颗粒是充分发泡的，使得它们具有的比重是如果它们在陶瓷组合物的烧制温度下单独膨胀将具有的比重的两倍到五倍。

在一个优选的实施例中，使用火山岩玻璃（珍珠岩、松脂岩、琥珀石、黑曜岩、蛭石）作为可发泡的无机材料。这些材料（全部是硅酸盐）相对频繁地出现在自然界中，并且是成本有效地并且以环境友好的方式以合适的纯度和粒度可获得的。

在使用火山岩玻璃粒子体填充物（bukl fill）作为可发泡材料时，实现了非常好的结果，如果混合到陶瓷组合物中的本体填充物被发泡到高达若个体粒子在陶瓷组合物的烧制温度下被最大化膨胀所可能具有的比重的三倍或四倍。

例如，在未发泡状态下具有的本体密度为近似1000kg/m³的珍珠岩粒子可以通过热预处理释放如此多的最初包含的结晶水，使得在的陶瓷常规烧制温度下它们可发泡到近似100kg/m³的本体密度。对于根据本发明的用途，如果珍珠岩粒子在将它们与陶瓷组合物混合之前仅发泡到近似350kg/m³的本体密度，随后将其模塑、干燥、并且烧制，这是理想的。总体上，如果泡沫珍珠岩粒子相对于陶瓷组合物比例是0.5%至50%体积时出现有利的效果，20vol.-%至40vol.-%的泡沫珍珠岩粒子是典型的。

除了火山岩玻璃作为可发泡无机材料之外，水玻璃，即无定形的水溶性硅酸钠和/或硅酸钾是非常适合于预期目的，作为一种预先发泡的与陶瓷组合物的混合物，仍可以进一步膨胀。像是由火山岩玻璃制成的粒子，可以使水玻璃粒子在一个第一加热步骤中在相对低温下释放过量结晶水而不膨胀。在一个第二更高水平的加热步骤中，其温度在陶瓷的典型烧制温度范围内，然后可以优选通过微波辐射使这些粒子熔化直到粘性、并且然后由于剩余的所含结晶水蒸发而膨胀。优选使这些粒子膨胀40%-80%体积，如果使它们在该陶瓷材料的烧制温度下膨胀到最大可能的程度而不与任何类型的本体接触的话，这是能实现的。

该由无机材料制成的可发泡颗粒（该可发泡颗粒将与该陶瓷组合物混合）的所希望的高机械强度以及所希望的低吸水能力不仅取决于这些粒子的密度，还取决于其形状和表面品质。尽可能类似球体并且具有壳型致密表面的粒子对于不成形的有角的具有开放表面的粒子是非常优选的，因为它们是更加机械稳定的并且在它们与潮湿的陶瓷组合物接触期间几乎不吸收水。

已经显示出所希望的几何结构和表面质量是容易实现的，如果这些粒子的发泡是在它们与该陶瓷组合物混合之前按以下工作步骤进行的话：

a)将这些粒子加热到这些粒子仍是固体但是已经失去结晶水一个温度。保持该升高的温度直到这些粒子仅仍仅包含定义的少量结晶水。就此而言的温度以及就此而言的持续时间对每种材料以及每种粒度通过经验而最好地确定。约300℃的温度和约几分钟到一小时的时间是典型的。

b)使这些粒子在至少近似于室温的下冷却。

c)将这些粒子加热到一个温度，在该温度下固体材料至少变得粘性并且现在通过仍保留的现在蒸发的结晶水而发泡。在发泡操作过程中，这些粒子将不与其他粒子或物体接触，并且有利的是如果在该发泡操作起始，温度尽可能快地上升到一个上限值并且然后稍微降低到极大降低直到这些粒子再次硬化。

在最典型的情况下，该第二加热步骤是在一个竖式炉中进行，该竖式炉通过它的夹套表面加热，其中将这些粒子从顶部断面引入到该炉身，下落或向下浮动通过该炉身，并且从炉身通过底部端面移除。

出人意料地，为了获得发泡粒子的封闭式的固体表面，步骤b（即在两个加热步骤之间的冷却）是显著有利的。

如以上已经解释的，根据本发明有意义的不将这些粒子发泡到尽可能大的程度，而是仅到某一程度，典型地到发泡所能实现的最低比重的两倍到八倍之间。可以通过每单位时间将粒子添加到炉身中以及还有通过该炉身长度上的温度曲线来控制发泡程度。最高温度可作用的时间越短，发泡出现的越少。每单位时间添加的粒子越多，用于单独粒子的热能越少，并且这些单独粒子将越少发泡。

在惯例中，必须通过实验找出最优化参数并且然后必须保持这些单独的参数尽可能恒定，即，必须精确监控以及调节温度曲线，必须将物料流控制一致，必须在尽可能窄的粒度分布中使用尽可能均匀的材料尽可能久。在本领域中常规测量的范围内，良好的结果是以可重现的方式完全可实现的。

有利的是如果这些已发泡的并且仍进一步可发泡的、要与陶瓷组合物混合的粒子是尽可能的小，其平均尺寸可以是例如小于十分之一毫米。因此可以很好地使用火山岩玻璃粉尘。这种粉尘在这些玻璃的许多应用过程中大量出现，但是迄今是难以可用或不能用的。具体地，蛭石，是层状硅酸盐并且因此优选破碎以形成非常细小的薄片以及极高的粉尘比例，由此是非常合用的。

将详细说明或简略地再次补充根据本发明的方法的优点：

-与根据本发明的可发泡的、已经部分发泡的材料混合的陶瓷组合物具有相对少的水/单位体积，因此可相对迅速地干燥并且还几乎不收缩，借此获得了生产时间，节约了能源，并且避免了收缩破裂。

-对于均匀的陶瓷砖的材料，根据本发明生产的用于砖的陶瓷材料典型具有增加了近似15%的比机械强度，降低了近似15%的比热传导系数，以及降低了近似15%的比重。此外，具体地，使用这种材料可非常好地生产薄壁砖。

-优选将添加到根据本发明的陶瓷组合物的添加剂改善了陶瓷组合物的可混和性。

-优选将添加到根据本发明的陶瓷组合物的添加剂允许，以同样良好的最终结果，使用所使用的较低品质的陶瓷起始材料、尤其是所使用的黏土。

-作为收缩率降低的结果，增强的比强度和良好的捏合能力，特别地薄壁陶瓷物体、尤其是同样特别的薄壁砖是通过根据本发明的方法可很好地生产的。

-根据本发明的方法使得由此生产的物体是更轻的，具有另外同样良好或改善的功能。例如，比之另外的等价物常规生产的贴砖，根据本发明生产的大量的贴砖可以使用卡车马上立刻运输。

Claims (14)

1.一种陶瓷组合物，该陶瓷组合物旨在通过干燥和烧制可转化成陶瓷体，其中该陶瓷组合物包含一种可发泡无机材料的颗粒，

其特征在于，

将这些可发泡无机材料的颗粒与陶瓷组合物以泡沫状态混合，使得其比重是在这些未发泡颗粒的比重与如果这些颗粒在该陶瓷组合物的烧制温度下发泡的话这些颗粒所能够最大降低的比重之间。

2.如权利要求1所述的陶瓷组合物，其特征在于，在与该陶瓷组合物混合之前将这些可发泡无机材料颗粒充分发泡，使得它们具有的比重是如果它们在该陶瓷组合物的烧制温度下膨胀到最大可能的程度它们将具有的比重的两倍到八倍。

3.如权利要求2所述的陶瓷组合物，其特征在于，在与该陶瓷组合物混合之前将这些可发泡无机材料颗粒充分发泡，使得它们具有比重是如果它们在该陶瓷组合物的烧制温度下膨胀到最大可能的程度它们将具有的比重的三倍到四倍。

4.如权利要求1至3中任一项所述的陶瓷组合物，其特征在于，该可发泡材料是一种硅酸盐并且含有结晶水。

5.如权利要求4所述的陶瓷组合物，其特征在于，该可发泡材料属于下组矿物：珍珠岩、松脂岩、琥珀石、黑曜岩、蛭石。

6.如权利要求4所述的陶瓷组合物，其特征在于，该可发泡材料是水玻璃。

7.如权利要求1至6中任一项所述的陶瓷组合物，其特征在于，该可发泡材料的比例是0.5%到50%体积。

8.如权利要求7所述的陶瓷组合物，其特征在于，该可发泡材料的比例是20%到40%体积。

9.一种陶瓷物体，该陶瓷物体通过干燥和烧制一种陶瓷组合物形成，其中该陶瓷组合物包含一种可发泡无机材料的颗粒，

其特征在于，

该陶瓷组合物是一种如权利要求1至8中任一项所述的陶瓷组合物。

10.如权利要求9所述的陶瓷物体，其特征在于，该陶瓷物体是一种砖。

11.如权利要求10所述的陶瓷物体，其特征在于，该陶瓷物体是一种贴砖。

12.一种用于生产陶瓷组合物的方法，其中将颗粒与通过干燥和烧制可将其转化成陶瓷制品的一种部分材料混合，这些颗粒由一种无机材料组成，该无机材料在烧制温度下熔融并且包封有结晶水，

其特征在于，

将所述颗粒在与该陶瓷组合物混合之前发泡，并且特别是发泡到一个比重，该比重小于这些颗粒在发泡前具有的比重但是大于如果这些将颗粒在该陶瓷组合的烧制温度下最大化发泡而没有与其他物体接触阻碍将具有的比重。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，这些颗粒的发泡是在一个两步加热操作中进行，其中在一个第一加热步骤中，将这些颗粒充分加热使得它们尚未熔融但是通过蒸发失去了结晶水，并且其中在一个在更高温度下的第二加热步骤中，将这些颗粒充分加热使得它们变成塑性可变形的并且通过蒸发剩余残余结晶水而膨胀，

其特征在于，

在这两个加热步骤之间允许将这些颗粒冷却到正常环境温度。

14.如权利要求12或13所述的方法，其特征在于该第二加热步骤在一个炉身中发生，将这些颗粒从顶部添加到该炉身中并且将这些颗粒在底部从该炉身排出。