CN104628415A - 一种轻质低导热陶瓷及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于陶瓷制备技术领域的一种轻质低导热陶瓷及其制备方法。所述的轻质低导热陶瓷由釉料和基体组成，所述基体由空心球、发泡剂、稳泡剂、粘结剂、助熔剂按质量份比80～100：0.5～5：0.1～2：0.5～5：2～10组成。本发明将各原料混合均匀，得到预混料；将预混料放入模具中，于加热炉内烧结得到基体；对基体上釉，自然干燥，得到陶瓷坯体；对陶瓷坯体进行烧结，得到上述轻质低导热陶瓷。本发明利用空心球制备轻质低导热陶瓷，制备工艺简单，能耗低、成本低，发泡过程可控，可规模化生产；制备的轻质陶瓷容重可控，微观结构均匀，隔热保温，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷制备技术领域，特别涉及一种轻质低导热陶瓷及其制备方法。
背景技术
根据使用领域的不同，传统陶瓷可分为日用陶瓷、艺术陈列陶瓷、建筑陶瓷、卫生陶瓷、化工陶瓷、化学瓷、电瓷及其它工业用陶瓷。日用陶瓷在餐具、茶具等领域具有较大的市场，但由于其质量过重，导致烧成、运输成本提高，在使用过程中，存在导热过快、保温效果差、易烫手等缺点，使用安全性低。艺术陈列陶瓷大多制作精美，但是质量过重导致烧成成本高、搬运过程不安全、施工困难等问题，且烧成过程易开裂。建筑陶瓷市场大、用量多、装饰效果好，但是其重量大，导致生产成本高、能源消耗大，且产品除具有装饰效果外，不具备保温隔热及隔音作用。卫生陶瓷用量大、品种多，但是卫生陶瓷尺寸和重量均较大，要消耗大量的矿产资源和燃料能源，生产成本较高，人工劳动强度大，运输和安装成本高。
因此，开发一种轻质陶瓷应用于传统陶瓷领域很有必要。轻质陶瓷的基体属于多孔陶瓷材料，从多孔陶瓷材料成孔角度进行分析，多孔陶瓷材料的制备方法可以分为三大类：(1)陶瓷成型前成孔：使用含有孔结构的原料，制备多孔陶瓷材料；(2)陶瓷成型过程中成孔：制备包含孔洞(或有机物)的陶瓷材料坯体，再经过烧结，得到多孔陶瓷材料；(3)陶瓷烧结过程中成孔：高温直接发泡，制备多孔陶瓷材料。
上述方法中，方法(1)可以通过添加轻质多孔的添加剂实现，如沸石、硅藻土、膨胀玻璃微珠等，但是此方法存在原料成本较高的问题；方法(2)包括有机泡沫浸渍法、添加造孔剂法和直接发泡法，三种方法成型工艺复杂，均受多种工艺参数影响；方法(3)可以通过添加高温发泡剂或可膨胀原料实现，此方法操作简单，成本低，但是发泡过程难以控制，容易出现发泡不均匀的现象。
发明内容
本发明的目的在于，克服上述现有技术的不足，提供一种轻质低导热陶瓷及其制备方法。本发明利用空心球制备轻质低导热陶瓷，制备工艺简单，能耗低，具有普适性；制备的轻质陶瓷容重可控，微观结构均匀，隔热保温，使用安全。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种轻质低导热陶瓷，由釉料和基体组成，所述基体由空心球、发泡剂、稳泡剂、粘结剂、助熔剂按质量份比80～100：0.5～5：0.1～2：0.5～5：2～10组成。
所述空心球为空心微珠，由玻璃粉、粘土、高岭土、长石、石英中的一种或多种组成。
所述空心微珠的容重为0.20～0.80g/cm3，直径为40～800μm。
所述发泡剂为碳酸钙、碳酸镁、方解石、石灰石、菱镁矿、白云石、碳黑中的一种或多种。
所述稳泡剂为六偏磷酸钠、硫酸钠、磷酸钠、硼酸中的一种或多种。
所述粘结剂为水玻璃、聚乙烯醇溶液中的一种或多种。
所述助熔剂为Na2SiF6、Na2CO3、Na2B4O7、CaSO4中的一种或多种。
上述轻质低导热陶瓷的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将各原料混合均匀，得到预混料；
(2)将预混料放入模具中，于加热炉内烧结，得到基体；
(3)对基体上釉，自然干燥，得到陶瓷坯体；
(4)对陶瓷坯体进行烧结，得到轻质低导热陶瓷。
其中，
步骤(2)中所述烧结的工艺为以2～10℃/min升温至400～600℃，保温30～60min，然后以5～15℃/min升温至700～1500℃，保温60～120min，最后以10～20℃/min降温至400～500℃，之后随炉冷却。
步骤(4)中所述烧结的工艺为以2～10℃/min升温至700～1500℃，保温60～120min。
本发明所制备基体的容重为0.1～1.5g/cm3，孔径尺寸为0.05～2mm，导热系数为0.02～0.1W/(m·K)。
本发明的有益效果：
(1)本发明利用空心球制备轻质低导热陶瓷，制备工艺简单，能耗低、成本低，发泡过程可控，具有普适性，可规模化生产，能够有效降低运输成本。
(2)本发明制备的轻质陶瓷容重可控，微观结构均匀，隔热保温，使用安全，外观上和传统陶瓷没有区别，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为轻质低导热陶瓷的制备工艺流程图。
图2为实施例1制备的轻质低导热平盘基体的扫描电镜图像。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步说明，但不能理解为对本发明保护范围的限制。任何熟悉该领域的技术人员根据上述本发明内容对本发明所做的一些非本质的改进和调整，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。
下述实施例1～4中的空心微珠都是采用公开号为CN 101870588A的专利中的方法制备的，其容重为0.30～0.60g/cm3，直径为50～300μm。
实施例1
本实施例公开了一种轻质低导热日用陶瓷(平盘)的制备方法，具体过程如下：
(1)将空心微珠(由50％玻璃粉、20％高岭土与30％粘土组成)、碳酸钙、六偏磷酸钠、水玻璃和碳酸钠按质量份比100：2.6：0.5：1.0：2.0混合均匀，得到预混料；
(2)将预混料放入模具中，于加热炉内烧结，以5℃/min升温至400℃，保温60min，然后以5℃/min升温至750℃，保温120min，发泡结束后，以10℃/min降温至400℃，之后随炉冷却，得到基体；
(3)对基体上透明釉，自然干燥，得到平盘坯体；
(4)将平盘坯体放入加热炉内烧结，以5℃/min升温至750℃，保温120min，得到轻质低导热平盘。
上述制备过程的工艺流程图如图1所示。平盘基体的扫描电镜图像如图2所示，由图可见，该轻质陶瓷基体含大量气孔，微观结构均匀，孔壁薄，且孔壁上无开孔，气孔多为闭孔结构。
上述日用陶瓷基体的容重为0.15g/cm3，平均孔径大小为0.8mm，导热系数为0.043W/(m·K)。
实施例2
本实施例公开了一种轻质低导热建筑陶瓷(墙面砖)的制备方法，具体过程如下：
(1)将空心微珠(由40％玻璃粉与60％高岭土组成)、方解石、磷酸钠、水玻璃和硫酸钙按质量份比90：1.0：0.5：1.5：5.0混合均匀，得到预混料；
(2)将预混料放入模具中，于加热炉内烧结，以10℃/min升温至500℃，保温30min，然后以10℃/min升温至900℃，保温60min，发泡结束后，以15℃/min降温至500℃，之后随炉冷却，得到基体；
(3)对基体上白釉，自然干燥，得到墙面砖坯体；
(4)将墙面砖坯体放入加热炉内烧结，以10℃/min升温至900℃，保温60min，得到轻质低导热墙面砖。
上述建筑陶瓷基体的容重为0.50g/cm3，平均孔径大小为0.5mm，导热系数为0.085W/(m·K)。
实施例3
本实施例公开了一种轻质低导热卫生陶瓷(洗面器)的制备方法，具体过程如下：
(1)将空心微珠(由50％粘土、20％玻璃粉与30％高岭土组成)、白云石、硫酸钠、水玻璃和Na2B4O7按质量份比85：2.0：0.5：1.5：8.0混合均匀，得到预混料；
(2)将预混料放入模具中，于加热炉内烧结，以3℃/min升温至600℃，保温30min，然后以5℃/min升温至1100℃，保温60min，发泡结束后，以10℃/min降温至500℃，之后随炉冷却，得到基体；
(3)对基体上特白釉，自然干燥，得到洗面器坯体；
(4)将洗面器坯体放入加热炉内烧结，以3℃/min升温至1100℃，保温60min，得到轻质低导热洗面器。
上述轻质低导热卫生陶瓷基体的容重为0.40g/cm3，平均孔径大小为1.5mm，导热系数为0.073W/(m·K)。
实施例4
本实施例公开了一种轻质低导热艺术陈列陶瓷(瓷板画)的制备方法，具体过程如下：
(1)将空心微珠(由40％粘土、10％玻璃粉、20％长石与30％高岭土组成)、菱镁矿、硫酸钠、水玻璃和碳酸钠按质量份比80：1.0：1.0：1.0：5.0混合均匀，得到预混料；
(2)将预混料放入模具中，于加热炉内烧结，以10℃/min升温至500℃，保温30min，然后以15℃/min升温至1200℃，保温90min，发泡结束后，以20℃/min降温至400℃，之后随炉冷却，得到基体；
(3)对基体上蓝釉，自然干燥，得到瓷板画坯体；
(4)将瓷板画坯体放入加热炉内烧结，以10℃/min升温至1200℃，保温90min，得到轻质低导热瓷板画。
上述轻质低导热艺术陈列陶瓷基体的容重为0.75g/cm3，平均孔径大小为0.3mm，导热系数为0.095W/(m·K)。
Claims (10)
1.一种轻质低导热陶瓷，其特征在于，由釉料和基体组成，所述基体由空心球、发泡剂、稳泡剂、粘结剂、助熔剂按质量份比80～100：0.5～5：0.1～2：0.5～5：2～10组成。
2.根据权利要求1所述的一种轻质低导热陶瓷，其特征在于，所述空心球为空心微珠，由玻璃粉、粘土、高岭土、长石、石英中的一种或多种组成。
3.根据权利要求2所述的一种轻质低导热陶瓷，其特征在于，所述空心微珠的容重为0.20～0.80g/cm3，直径为40～800μm。
4.根据权利要求1所述的一种轻质低导热陶瓷，其特征在于，所述发泡剂为碳酸钙、碳酸镁、方解石、石灰石、菱镁矿、白云石、碳黑中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种轻质低导热陶瓷，其特征在于，所述稳泡剂为六偏磷酸钠、硫酸钠、磷酸钠、硼酸中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种轻质低导热陶瓷，其特征在于，所述粘结剂为水玻璃、聚乙烯醇溶液中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种轻质低导热陶瓷，其特征在于，所述助熔剂为Na2SiF6、Na2CO3、Na2B4O7、CaSO4中的一种或多种。
8.权利要求1所述轻质低导热陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将各原料混合均匀，得到预混料；
(2)将预混料放入模具中，于加热炉内烧结，得到基体；
(3)对基体上釉，自然干燥，得到陶瓷坯体；
(4)对陶瓷坯体进行烧结，得到轻质低导热陶瓷。
9.根据权利要求8所述的轻质低导热陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述烧结的工艺为以2～10℃/min升温至400～600℃，保温30～60min，然后以5～15℃/min升温至700～1500℃，保温60～120min，最后以10～20℃/min降温至400～500℃，之后随炉冷却。
10.根据权利要求8所述的轻质低导热陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述烧结的工艺为以2～10℃/min升温至700～1500℃，保温60～120min。
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