CN106630948A - 一种抗冲击强度大的建筑用复合陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗冲击强度大的建筑用复合陶瓷材料及其制备方法，其由下列重量份的原料制成：氧化镁4‑9份、氧化铝2‑7份、二氧化硅1‑5份、石英砂5‑12份、煤矸石8‑12份、海泡石2‑5份、粘土10‑18份、方解石3‑6份、硅灰石2‑6份、氢氧化钾2‑3份、硝酸钾2‑4份、甲基氢二氯硅烷1‑4份、聚二甲基硅氧烷1‑2份、分散剂1‑4份、稳定剂2‑5份、偶联剂1‑2份。制备而成的抗冲击强度大的建筑用复合陶瓷材料,其施工操作简单、抗冲击强度大、耐候耐老化。同时，还公开了这种抗冲击强度大的建筑用复合陶瓷材料的制备方法。

Description

一种抗冲击强度大的建筑用复合陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷材料领域，特别涉及到一种抗冲击强度大的建筑用复合陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
近年来，中国陶瓷行业发展迅速，陶瓷产量不断增加，中国已经成为当之无愧的陶瓷生产和贸易大国。其中，中国的建筑陶瓷、卫生陶瓷、日用陶瓷、艺术陶瓷等在世界上占有重要位置。凡是用于修饰墙面、铺设地面、安装上下水管、装备卫生间以及作为建筑和装饰零件用的各种陶瓷材料制品，统称为建筑陶瓷。建筑陶瓷质地均匀，构造致密。强度和硬度都较高，耐水耐磨耐化学腐蚀，耐久性好，品种繁多，是常用的建筑、装饰及卫生设备材料。但是，近几年来，我国各大陶瓷产地都存在一些的问题。如山东淄博，虽然建陶产业体系健全，但发展方式较为粗放，存在着能源、原材料枯竭，环保压力大，节能降耗任务艰巨，企业自主创新能力有待加强；行业自律缺失等五大问题。所以本发明致力于研究建筑陶瓷，提高材料的性能，使其在加大抗冲击强度的同时，兼具耐候、耐老化的性能。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种抗冲击强度大的建筑用复合陶瓷材料及其制备方法，通过采用特定原料进行组合，配合相应的生产工艺，得到的抗冲击强度大的建筑用复合陶瓷材料，其施工操作简单、抗冲击强度大、耐候耐老化，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种抗冲击强度大的建筑用复合陶瓷材料，由下列重量份的原料制成：氧化镁4-9份、氧化铝2-7份、二氧化硅1-5份、石英砂5-12份、煤矸石8-12份、海泡石2-5份、粘土10-18份、方解石3-6份、硅灰石2-6份、氢氧化钾2-3份、硝酸钾2-4份、甲基氢二氯硅烷1-4份、聚二甲基硅氧烷1-2份、分散剂1-4份、稳定剂2-5份、偶联剂1-2份。
优选地，所述分散剂为焦磷酸钠、正磷酸钠、酒石酸钠、硅酸钠中的一种或几种。
优选地，所述稳定剂为氯硅酸钠复合物、硬脂酸锂、苯甲酸钙、月硅酸钙中的任意一种。
优选地，所述偶联剂选自磷酸氨苄酯、双十六烷基硼酸异丙酯、乙烯基三乙氧基硅烷 、γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷 中的任意一种或几种。
所述的抗冲击强度大的建筑用复合陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照重量份称取各原料；
（2）将石英砂、煤矸石、海泡石、粘土、方解石、硅灰石加入管式炉内进行热处理，热处理温度为450-550℃，时间为30分钟，然后自然降温冷却至室温，静置30分钟;
（3）将氧化镁、氧化铝、二氧化硅、氢氧化钾、硝酸钾、步骤（2）的混合物加入球磨机，球磨机中球料比为16:1，球磨时间为3-5小时，球磨机的转速为100-200转/分钟；
（4）将步骤（3）的球磨粉碎物、甲基氢二氯硅烷、聚二甲基硅氧烷、分散剂一起加入高速加压匀质机中，转速3000-5000转/分钟，压强为1-2MPa，混合搅拌30分钟；
（5）将步骤（4）的匀质混合物过筛分选，收集过筛混合物；
（6）将步骤（5）的过筛混合物、稳定剂、偶联剂注入模具中，在高温煅烧炉中进行加压成型，煅烧温度以6-8℃/分的升温速度升至800-900℃，然后在温度为800-900℃时保温60分钟，加压速度为0.05-0.1MPa/分，成型压力为2-5MPa；
（7）将步骤（6）的煅烧模型降至室温后，去模、脱蜡、放于氮气保温箱中养护2-4小时，即得成品。
优选地，所述筛孔径为200-300目。
优选地，所述保温箱温度为65-75℃。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
（1）本发明的抗冲击强度大的建筑用复合陶瓷材料，以石英砂、煤矸石、海泡石、粘土、方解石、硅灰石、氧化镁、氧化铝、二氧化硅为主要成分，通过加入氢氧化钾、硝酸钾、甲基氢二氯硅烷、聚二甲基硅氧烷、分散剂、稳定剂、偶联剂，辅以加热处理、球磨粉碎、加压匀质、过筛分选、高温煅烧、去模脱蜡、养护成型等工艺，使得制备而成的抗冲击强度大的建筑用复合陶瓷材料，其施工操作简单、抗冲击强度大、耐候耐老化，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。
（2）本发明的抗冲击强度大的建筑用复合陶瓷材料原料廉价、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。
具体实施方式
下面结合具体实施例对发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
（1）按照重量份称取氧化镁4份、氧化铝2份、二氧化硅1份、石英砂5份、煤矸石8份、海泡石2份、粘土10份、方解石3份、硅灰石2份、氢氧化钾2份、硝酸钾2份、甲基氢二氯硅烷1份、聚二甲基硅氧烷1份、焦磷酸钠1份、氯硅酸钠复合物2份、磷酸氨苄酯1份；
（2）将石英砂、煤矸石、海泡石、粘土、方解石、硅灰石加入管式炉内进行热处理，热处理温度为450℃，时间为30分钟，然后自然降温冷却至室温，静置30分钟;
（3）将氧化镁、氧化铝、二氧化硅、氢氧化钾、硝酸钾、步骤（2）的混合物加入球磨机，球磨机中球料比为16:1，球磨时间为3小时，球磨机的转速为100转/分钟；
（4）将步骤（3）的球磨粉碎物、甲基氢二氯硅烷、聚二甲基硅氧烷、焦磷酸钠一起加入高速加压匀质机中，转速3000转/分钟，压强为1MPa，混合搅拌30分钟；
（5）将步骤（4）的匀质混合物过筛分选，收集过筛混合物，筛孔径为200目；
（6）将步骤（5）的过筛混合物、氯硅酸钠复合物、磷酸氨苄酯注入模具中，在高温煅烧炉中进行加压成型，煅烧温度以6℃/分的升温速度升至800℃，然后在温度为800℃时保温60分钟，加压速度为0.051MPa/分，成型压力为2MPa；
（7）将步骤（6）的煅烧模型降至室温后，去模、脱蜡、放于氮气保温箱中养护2小时，即得成品，保温箱温度为65℃。
制得的抗冲击强度大的建筑用复合陶瓷材料的性能测试结果如表1所示。
实施例2
（1）按照重量份称取氧化镁6份、氧化铝4份、二氧化硅2份、石英砂8份、煤矸石9份、海泡石3份、粘土13份、方解石4份、硅灰石3份、氢氧化钾2份、硝酸钾3份、甲基氢二氯硅烷2份、聚二甲基硅氧烷1份、正磷酸钠2份、硬脂酸锂3份、双十六烷基硼酸异丙酯1份；
（2）将石英砂、煤矸石、海泡石、粘土、方解石、硅灰石加入管式炉内进行热处理，热处理温度为480℃，时间为30分钟，然后自然降温冷却至室温，静置30分钟;
（3）将氧化镁、氧化铝、二氧化硅、氢氧化钾、硝酸钾、步骤（2）的混合物加入球磨机，球磨机中球料比为16:1，球磨时间为4小时，球磨机的转速为120转/分钟；
（4）将步骤（3）的球磨粉碎物、甲基氢二氯硅烷、聚二甲基硅氧烷、正磷酸钠一起加入高速加压匀质机中，转速4000转/分钟，压强为1.3MPa，混合搅拌30分钟；
（5）将步骤（4）的匀质混合物过筛分选，收集过筛混合物，筛孔径为220目；
（6）将步骤（5）的过筛混合物、硬脂酸锂、双十六烷基硼酸异丙酯注入模具中，在高温煅烧炉中进行加压成型，煅烧温度以7℃/分的升温速度升至820℃，然后在温度为820℃时保温60分钟，加压速度为0.07MPa/分，成型压力为3MPa；
（7）将步骤（6）的煅烧模型降至室温后，去模、脱蜡、放于氮气保温箱中养护3小时，即得成品，保温箱温度为67℃。
制得的抗冲击强度大的建筑用复合陶瓷材料的性能测试结果如表1所示。
实施例3
（1）按照重量份称取氧化镁8份、氧化铝6份、二氧化硅4份、石英砂10份、煤矸石11份、海泡石4份、粘土16份、方解石5份、硅灰石5份、氢氧化钾3份、硝酸钾3份、甲基氢二氯硅烷3份、聚二甲基硅氧烷2份、酒石酸钠3份、苯甲酸钙4份、乙烯基三乙氧基硅烷2份；
（2）将石英砂、煤矸石、海泡石、粘土、方解石、硅灰石加入管式炉内进行热处理，热处理温度为520℃，时间为30分钟，然后自然降温冷却至室温，静置30分钟;
（3）将氧化镁、氧化铝、二氧化硅、氢氧化钾、硝酸钾、步骤（2）的混合物加入球磨机，球磨机中球料比为16:1，球磨时间为4.5小时，球磨机的转速为160转/分钟；
（4）将步骤（3）的球磨粉碎物、甲基氢二氯硅烷、聚二甲基硅氧烷、酒石酸钠一起加入高速加压匀质机中，转速4500转/分钟，压强为1.7MPa，混合搅拌30分钟；
（5）将步骤（4）的匀质混合物过筛分选，收集过筛混合物，筛孔径为250目；
（6）将步骤（5）的过筛混合物、苯甲酸钙、乙烯基三乙氧基硅烷注入模具中，在高温煅烧炉中进行加压成型，煅烧温度以7℃/分的升温速度升至860℃，然后在温度为860℃时保温60分钟，加压速度为0.09MPa/分，成型压力为4MPa；
（7）将步骤（6）的煅烧模型降至室温后，去模、脱蜡、放于氮气保温箱中养护3.5小时，即得成品，保温箱温度为72℃。
制得的抗冲击强度大的建筑用复合陶瓷材料的性能测试结果如表1所示。
实施例4
（1）按照重量份称取氧化镁9份、氧化铝7份、二氧化硅5份、石英砂12份、煤矸石12份、海泡石5份、粘土18份、方解石6份、硅灰石6份、氢氧化钾3份、硝酸钾4份、甲基氢二氯硅烷4份、聚二甲基硅氧烷2份、硅酸钠4份、月硅酸钙5份、γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷2份；
（2）将石英砂、煤矸石、海泡石、粘土、方解石、硅灰石加入管式炉内进行热处理，热处理温度为550℃，时间为30分钟，然后自然降温冷却至室温，静置30分钟;
（3）将氧化镁、氧化铝、二氧化硅、氢氧化钾、硝酸钾、步骤（2）的混合物加入球磨机，球磨机中球料比为16:1，球磨时间为5小时，球磨机的转速为200转/分钟；
（4）将步骤（3）的球磨粉碎物、甲基氢二氯硅烷、聚二甲基硅氧烷、硅酸钠一起加入高速加压匀质机中，转速5000转/分钟，压强为2MPa，混合搅拌30分钟；
（5）将步骤（4）的匀质混合物过筛分选，收集过筛混合物，筛孔径为300目；
（6）将步骤（5）的过筛混合物、月硅酸钙、γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷注入模具中，在高温煅烧炉中进行加压成型，煅烧温度以8℃/分的升温速度升至900℃，然后在温度为900℃时保温60分钟，加压速度为0.1MPa/分，成型压力为5MPa；
（7）将步骤（6）的煅烧模型降至室温后，去模、脱蜡、放于氮气保温箱中养护4小时，即得成品，保温箱温度为75℃。
制得的抗冲击强度大的建筑用复合陶瓷材料的性能测试结果如表1所示。
对比例1
（1）按照重量份称取氧化镁4份、二氧化硅1份、石英砂5份、煤矸石8份、海泡石2份、粘土10份、方解石3份、硅灰石2份、氢氧化钾2份、甲基氢二氯硅烷1份、聚二甲基硅氧烷1份、焦磷酸钠1份、氯硅酸钠复合物2份、磷酸氨苄酯1份；
（2）将石英砂、煤矸石、海泡石、粘土、方解石、硅灰石加入管式炉内进行热处理，热处理温度为450℃，时间为30分钟，然后自然降温冷却至室温，静置30分钟;
（3）将氧化镁、二氧化硅、氢氧化钾、步骤（2）的混合物加入球磨机，球磨机中球料比为16:1，球磨时间为3小时，球磨机的转速为100转/分钟；
（4）将步骤（3）的球磨粉碎物、甲基氢二氯硅烷、聚二甲基硅氧烷、焦磷酸钠一起加入高速加压匀质机中，转速3000转/分钟，压强为1MPa，混合搅拌30分钟；
（5）将步骤（4）的匀质混合物过筛分选，收集过筛混合物，筛孔径为200目；
（6）将步骤（5）的过筛混合物、氯硅酸钠复合物、磷酸氨苄酯注入模具中，在高温煅烧炉中进行加压成型，煅烧温度以6℃/分的升温速度升至800℃，然后在温度为800℃时保温60分钟，加压速度为0.051MPa/分，成型压力为2MPa；
（7）将步骤（6）的煅烧模型降至室温后，去模、脱蜡、放于氮气保温箱中养护2小时，即得成品，保温箱温度为65℃。
制得的抗冲击强度大的建筑用复合陶瓷材料的性能测试结果如表1所示。
对比例2
（1）按照重量份称取氧化镁9份、氧化铝7份、二氧化硅5份、石英砂12份、煤矸石12份、海泡石5份、粘土18份、硅灰石6份、氢氧化钾3份、硝酸钾4份、聚二甲基硅氧烷2份、硅酸钠4份、月硅酸钙5份、γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷2份；
（2）将石英砂、煤矸石、海泡石、粘土、硅灰石加入管式炉内进行热处理，热处理温度为550℃，时间为30分钟，然后自然降温冷却至室温，静置30分钟;
（3）将氧化镁、氧化铝、二氧化硅、氢氧化钾、硝酸钾、步骤（2）的混合物加入球磨机，球磨机中球料比为16:1，球磨时间为5小时，球磨机的转速为200转/分钟；
（4）将步骤（3）的球磨粉碎物、聚二甲基硅氧烷、硅酸钠一起加入高速加压匀质机中，转速5000转/分钟，压强为2MPa，混合搅拌30分钟；
（5）将步骤（4）的匀质混合物过筛分选，收集过筛混合物，筛孔径为300目；
（6）将步骤（5）的过筛混合物、月硅酸钙、γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷注入模具中，在高温煅烧炉中进行加压成型，煅烧温度以8℃/分的升温速度升至900℃，然后在温度为900℃时保温60分钟，加压速度为0.1MPa/分，成型压力为5MPa；
（7）将步骤（6）的煅烧模型降至室温后，去模、脱蜡、放于氮气保温箱中养护4小时，即得成品，保温箱温度为75℃。
制得的抗冲击强度大的建筑用复合陶瓷材料的性能测试结果如表1所示。
将实施例1-4和对比例1-2的制得的抗冲击强度大的建筑用复合陶瓷材料进行硬度、抗弯强度、断裂韧性、耐水蒸气性能测试这几项性能测试。
表1
硬度，Gpa 抗弯强度，Mpa 断裂韧性，Mpa.m0.5 耐水蒸气性能测试
实施例1 27.2 957 4.3 通过
实施例2 27.1 983 4.1 通过
实施例3 26.9 962 3.8 通过
实施例4 27.3 974 3.9 通过
对比例1 12.9 536 2.1 通过
对比例2 16.3 695 2.5 通过
本发明的抗冲击强度大的建筑用复合陶瓷材料，以石英砂、煤矸石、海泡石、粘土、方解石、硅灰石、氧化镁、氧化铝、二氧化硅为主要成分，通过加入氢氧化钾、硝酸钾、甲基氢二氯硅烷、聚二甲基硅氧烷、分散剂、稳定剂、偶联剂，辅以加热处理、球磨粉碎、加压匀质、过筛分选、高温煅烧、去模脱蜡、养护成型等工艺，使得制备而成的抗冲击强度大的建筑用复合陶瓷材料，其施工操作简单、抗冲击强度大、耐候耐老化，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。本发明的抗冲击强度大的建筑用复合陶瓷材料原料廉价、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种抗冲击强度大的建筑用复合陶瓷材料，其特征在于：由下列重量份的原料制成：氧化镁4-9份、氧化铝2-7份、二氧化硅1-5份、石英砂5-12份、煤矸石8-12份、海泡石2-5份、粘土10-18份、方解石3-6份、硅灰石2-6份、氢氧化钾2-3份、硝酸钾2-4份、甲基氢二氯硅烷1-4份、聚二甲基硅氧烷1-2份、分散剂1-4份、稳定剂2-5份、偶联剂1-2份。
2.根据权利要求1所述的抗冲击强度大的建筑用复合陶瓷材料，其特征在于：所述分散剂为焦磷酸钠、正磷酸钠、酒石酸钠、硅酸钠中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的抗冲击强度大的建筑用复合陶瓷材料，其特征在于：所述稳定剂为氯硅酸钠复合物、硬脂酸锂、苯甲酸钙、月硅酸钙中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的抗冲击强度大的建筑用复合陶瓷材料，其特征在于：所述偶联剂选自磷酸氨苄酯、双十六烷基硼酸异丙酯、乙烯基三乙氧基硅烷 、γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷 中的任意一种或几种。
5.根据权利要求1-4任一所述的抗冲击强度大的建筑用复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按照重量份称取各原料；
（2）将石英砂、煤矸石、海泡石、粘土、方解石、硅灰石加入管式炉内进行热处理，热处理温度为450-550℃，时间为30分钟，然后自然降温冷却至室温，静置30分钟;
（3）将氧化镁、氧化铝、二氧化硅、氢氧化钾、硝酸钾、步骤（2）的混合物加入球磨机，球磨机中球料比为16:1，球磨时间为3-5小时，球磨机的转速为100-200转/分钟；
（4）将步骤（3）的球磨粉碎物、甲基氢二氯硅烷、聚二甲基硅氧烷、分散剂一起加入高速加压匀质机中，转速3000-5000转/分钟，压强为1-2MPa，混合搅拌30分钟；
（5）将步骤（4）的匀质混合物过筛分选，收集过筛混合物；
（6）将步骤（5）的过筛混合物、稳定剂、偶联剂注入模具中，在高温煅烧炉中进行加压成型，煅烧温度以6-8℃/分的升温速度升至800-900℃，然后在温度为800-900℃时保温60分钟，加压速度为0.05-0.1MPa/分，成型压力为2-5MPa；
（7）将步骤（6）的煅烧模型降至室温后，去模、脱蜡、放于氮气保温箱中养护2-4小时，即得成品。
6.根据权利要求5所述的抗冲击强度大的建筑用复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中，筛孔径为200-300目。
7.根据权利要求5所述的抗冲击强度大的建筑用复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（7）中保温箱温度为65-75℃。
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