CN108314435A - 一种高抗折高强度陶瓷大板坯及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高抗折高强度陶瓷大板坯，按原料重量百分比计包括：钾长15～30％；钠长石22～40％；钾钠长石10～20％；膨润土5～15％；球土20～30％；铝矾土5～15％；叶腊石10～20％；滑石1～4％。本发明中加入了优质长石类原料，保证了陶瓷大板坯烧成质量，又降低了陶瓷大板坯烧成温度和成本，并解决了陶瓷大板坯氧化难的问题；加入含一定量黏土的原料，使制得的陶瓷大板坯既不易开裂，同时也满足其高强度的要求。本发明还公开了上述陶瓷大板坯的制造方法，包括预处理、造料和压制成型3个工艺步骤。本发明制造工艺简单，所得的产品不易出现针孔、黑线、气泡、凹釉等现象，具有高抗折和高强度的性能，大大提高了产品的整体质量和合格率，适用于大规模生产。

Description

一种高抗折高强度陶瓷大板坯及其制造方法
技术领域
本发明涉及陶瓷大板坯领域，特别涉及一种高抗折高强度陶瓷大板坯及其制造方法。
背景技术
陶瓷大板作为一款新型陶瓷产品，以其超大规格的特性，能承载比传统陶瓷砖更为丰富的纹理元素，结合先进的技术水平，可实现高抗折高强度的生坯品质。陶瓷大板具备装饰效果简洁大气、留缝少、避免藏污纳垢、施工铺贴效率高等优势，其在高端家居产品市场中的占有率将的不断增大。
然而，陶瓷大板规格突破常规陶瓷砖尺寸，传统工艺技术难以适应生产，导致生产难度增大，生产过程中对陶瓷大板坯的氧化、成型圧力、坯体强度、干燥控制、高温烧成等各方面要求严格，其中陶瓷大板坯配方的合理性对陶瓷大板坯能否适应实际生产有着十分关键的作用，坯料配方的研发涉及到原材料的优选、用料的配比、添加剂的选择等，任一环节的不合理都将导致陶瓷大板坯强度过低，生产过程中裂纹、烂砖较多，这些技术难点限制了国内陶瓷大板的大批量生产，并严重影响产品的合格率。
发明内容
为克服以上现有技术中的不足或缺陷，本发明提供一种高抗折高强度陶瓷大板坯及其制造方法，既有效解决了陶瓷大板坯氧化难的问题，同时使得陶瓷大板坯满足高抗折高强度性能的要求，又能适应大批量的实际生产。
本发明所采取的技术方案是：一种高抗折高强度陶瓷大板坯，其特征在于：所述陶瓷大板坯按原料重量百分比计包括如下组分：
上述组分中，钾长石属于长石矿物中的正长石，主要由K、Na等碱金属或碱土金属的铝硅酸盐组成。本发明中优选K2O含量为8～13wt％的钾长石，其理论熔点为1290℃，同时通过进一步限定钾长石在配方中按原料重量百分比计为15～30％，可使得钾长石不仅能在陶瓷大板坯的制造过程起到瘠性原料的作用，减少陶瓷大板坯的干燥收缩和变形，改善干燥性能，缩短干燥时间，同时还能有效降低陶瓷大板坯本身的烧成温度，进而促使铝矾土和球土烧成熔融，加速陶瓷大板坯的成型速率，从而有效提高生产效率。
钠长石，主要成分为Na金属的铝硅酸盐，是常见的长石矿物。本发明中优选Na2O含量为8～12wt％的钠长石，其理论熔点为1100℃，同时通过进一步限定钠长石在配方中按原料重量百分比计为22～40％，使得钠长石在烧成时可作为溶剂从而降低陶瓷大板坯本身的烧成温度，促使其余矿物成分的的完全熔融，如与铝矾土作用时，铝矾土的耐火度随钠长石的增加而降低，不仅可以减少窑炉的烧成成本，并且使坯体更加致密，同时提高了陶瓷大板坯的机械强度和半透明度，有效避免了因氧化不良带来的产品烧成后反变的情况出现，提高了陶瓷大板坯的质量。
钾钠长石，主要是K、Na、Ca等多种碱金属化合物组成的长石混合物，其综合了钾长石和钠长石的优点，同时钾钠长石还含有一定量的黏土，有效调整了陶瓷大板坯配方的可塑性，并缩减了陶瓷大板坯烧成过程中的烧结收缩率，同时通过进一步限定钾钠长石在配方中按原料重量百分比计为10～20％，使得钾钠长石也在很大程度上有效解决了陶瓷大板坯因收缩太大而产生裂纹的问题，使陶瓷大板坯质量更佳。
铝矾土，又称矾土或铝土矿，其主要成分是氧化铝，硬度高，理论熔点达1770℃，因此，本发明中选用Al2O3含量在50～65wt％以上纯度较高的铝矾土用于配方中，同时通过进一步限定铝矾土在配方中按原料重量百分比计为5～15％，可有效提高陶瓷大板坯的耐火度，并增加陶瓷大板坯烧成后的坯体白度，避免因坯体白度过低导致瓷砖表面印花颜色暗沉，提高了瓷砖表面花纹的明亮度和显色效果。
叶腊石属于层状硅酸盐，大多数叶腊石粉末呈白色，一般白度在80％以上。本发明中优选细度较大的叶腊石粉末，并进一步限定叶腊石在配方中按原料重量百分比计为10～20％，可使其白度达93％以上，进而有效提高陶瓷大板坯的白度，增强瓷砖表面花纹的明亮度和显色效果。
膨润土是一种黏土岩，本发明中限定了膨润土在配方中按原料重量百分比计为5～15wt％，使得其在配方中对坯体具有可塑性和粘结性，同时，上述配比的膨润土在经窑炉1200～1210℃高温烧制后不易产生气泡，极大地增强了陶瓷大板坯的强度，使其在干燥过程中不易裂开，有效提高了陶瓷大板坯成型的质量。
球土和膨润土均属于黏土矿物，因两者可塑性好，同时通过进一步限定膨润土和球土在配方中按原料重量百分比计分别为5～15％和20～30％，使得二者在配方中可有效改善坯料的成型性能。由于用压机将坯粉加压成型后进入干燥窑干燥的过程中陶瓷大板坯易分层开裂，而加入上述配比的膨润土和球土，可减少陶瓷大板坯分层开裂的几率，从而进一步提高和确保瓷砖烧成的质量。
滑石中主要含水合硅酸镁，本发明中限定了滑石在配方中按原料重量百分比计为1～4％，使得其在配方中可有效降低陶瓷大板坯本身的烧成温度，缩小烧成范围，进而使液相在低温下形成，同时，上述配比的滑石，其热膨胀系数较低，因此大大提高了瓷砖烧成的热稳定性，从而使得瓷砖产品的质量也得以提高。
作为上述方案的进一步改进，所述铝矾土为经高温煅烧过的铝矾土，经高温煅烧过的铝矾土，其性能更稳定，同时可有效提高陶瓷大板坯的增白效果。
进一步地，本发明中陶瓷大板坯配方的化学组分为：
一种如上所述的高抗折高强度陶瓷大板坯的制造方法，其包括如下工艺步骤：
1)预处理：按原料重量百分比将各组分依次投入到球磨机中，再加入水，采用湿法球磨，使各组分混合均匀后得到泥浆料；
2)造料：将经步骤1)所得的泥浆料用孔径为80目的筛网过筛后放入泥浆池内进行陈腐，然后用孔径为90目的筛网过滤掉泥浆料中的大颗粒和杂质，再利用除铁棒将经90目筛网过筛后的泥浆料中的铁单质和少量杂质除净后，将泥浆池内的搅拌机开启，待泥浆池内物料均匀搅拌后进行干燥喷雾，得到粉料；
3)压制成型：将经步骤2)所得的粉料进行混色处理，经压机布料后压制成型，再通过干燥窑进行干燥后，得到陶瓷大板坯。
作为上述方案的进一步改进，为缩短球磨时间，保证球磨效率，步骤1)中所述球磨机内采用中高铝球石作为球磨介质，其中，Φ60mm中高铝球石、Φ50mm中高铝球石和Φ30mm中高铝球石的重量之比为3∶5∶2。
作为上述方案的进一步改进，步骤1)所得泥浆料的细度标准为：经孔径为250目的筛网过筛，筛余量为0.5～1.0wt％，水分含量为34～36wt％，流速为40～60s，比重为1.67～1.72g/ml。
作为上述方案的进一步改进，步骤1)在将各组分依次投入到球磨机之后，可加入少量添加剂用于调节泥浆料流速和性能，本发明中同时加入了总组分含量的0.2～0.5wt％的羧甲基纤维素钠和0.5～1.0wt％的减水剂，可使泥浆料不易沉淀，悬浮性好，流速稳定。
作为上述方案的进一步改进，步骤2)中所述陈腐时间为24h以上，可有效使泥浆料中各组分更充分地结合和反应，在满足陶瓷大板坯成型要求的同时也能及时地排出泥浆料中的气泡，便于后续处理中更好地进行干燥喷雾。
作为上述方案的进一步改进，步骤2)所得粉料中水分含量为5.3～6.0wt％，既可保证粉料在压制过程中有足够的水分而不会出现分层，从而确保后续陶瓷大板坯烧成的可塑性和成型效果，又可缩短粉料的干燥时间，从而有效提高干燥效率，增强烧成陶瓷大板坯的密度和强度。
作为上述方案的进一步改进，步骤2)所得粉料的粒度大小分布为：30目3～8wt％、40目20～25wt％、50目30～35wt％、60目15～20wt％、80目6～11wt％、120目≤3wt％，容重≥0.9g/ml。该粒度分布有序程度低，即不形成定向排列，可避免在成型坯体中形成各向异性结构，从而有效避免了陶瓷大板坯在干燥的过程产生变形甚至开裂，同时还可以提高粉料的流动性，使粉料迅速充满模具的各个角落，既保证了陶瓷大板坯的密度均匀一致，又减少了陶瓷大板坯烧成后气泡的生成，从而稳定了瓷砖成型的形状。
本发明的有益效果是：
(1)本发明提供了一种高抗折高强度陶瓷大板坯的原料配方，优选了原料种类，优质长石类原料的加入，在保证陶瓷大板坯烧成质量的前提下，有效降低陶瓷大板坯的烧成温度和烧成成本，并解决了陶瓷大板坯氧化难的问题；含有一定量黏土的原料的加入，使制得的陶瓷大板坯既具有不易开裂的优点，即抗折的性能高，同时也使得陶瓷大板坯具有较高强度；此外，叶腊石和经高温煅烧过的铝矾土的加入，有效对陶瓷大板坯起到了增白效果。
(2)本发明还提供了一种高抗折高强度陶瓷大板坯的制造方法，通过提高陶瓷大板坯在压制和干燥过程中的稳定性，使制得的产品不易出现针孔、黑线、气泡、凹釉等的现象，提高了产品的合格率。
(3)本发明制备工艺简单，制备的陶瓷大板坯在抗折和强度方面的具有较高的性能，大大提高了产品的整体质量，可适用于大规模生产，具有广泛的市场应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行具体描述，以便于所属技术领域的人员对本发明的理解。有必要在此特别指出的是，实施例只是用于对本发明做进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术熟练人员，根据上述发明内容对本发明所作出的非本质性的改进和调整，应仍属于本发明的保护范围。同时下述所提及的原料未详细说明的，均为市售产品；未详细提及的工艺步骤或制造方法为均为本领域技术人员所知晓的工艺步骤或制造方法。
一种高抗折高强度陶瓷大板坯，按原料重量百分比计包括如下组分：
进一步，所述铝矾土为经高温煅烧过的铝矾土。
一种如上所述的高抗折高强度陶瓷大板坯的制造方法，其包括如下工艺步骤：
1)预处理：按原料重量百分比将各组分依次投入到球磨机中，再加入水，采用湿法球磨，使各组分混合均匀后得到泥浆料；
2)造料：将经步骤1)所得的泥浆料用孔径为80目的筛网过筛后放入泥浆池内进行陈腐，然后用孔径为90目的筛网过滤掉泥浆料中的大颗粒和杂质，再利用除铁棒将经90目筛网过筛后的泥浆料中的铁单质和少量杂质除净后，将泥浆池内的搅拌机开启，待泥浆池内物料均匀搅拌后进行干燥喷雾，得到粉料；
3)压制成型：将经步骤2)所得的粉料进行混色处理，经压机布料后压制成型，再通过干燥窑进行干燥后，得到陶瓷大板坯。
进一步，步骤1)中所述球磨机内采用中高铝球石作为球磨介质，其中，Φ60mm中高铝球石、Φ50mm中高铝球石和Φ30mm中高铝球石的重量之比为3∶5∶2。
进一步，步骤1)所得泥浆料的细度标准为：经孔径为250目的筛网过筛，筛余量为0.5～1.0wt％，水分含量为34～36wt％，流速为40～60s，比重为1.67～1.72g/ml。
进一步，步骤1)在将各组分依次投入到球磨机之后，可加入少量添加剂，具体地，本发明同时加入了总组分含量的0.2～0.5wt％的羧甲基纤维素钠和0.5～1.0wt％的减水剂。
进一步，步骤2)中所述陈腐时间为24h以上。
进一步，步骤2)所得粉料中水分含量为5.3～6.0wt％。
进一步，步骤2)所得粉料的粒度大小分布为：30目3～8wt％、40目20～25wt％、50目30～35wt％、60目15～20wt％、80目6～11wt％、120目≤3wt％，容重≥0.9g/ml。
实施例1
本发明的高抗折高强度陶瓷大板坯，按原料重量百分比计包括如下组分：
一种如上所述的高抗折高强度陶瓷大板坯的制造方法，其包括如下工艺步骤：
1)预处理：按原料重量百分比将上述各组分依次投入到球磨机中，并同时加入总组分含量的0.5wt％的羧甲基纤维素钠和1.0wt％的减水剂，再加入水，采用湿法球磨，使各组分混合均匀后得到泥浆料；
2)造料：将经步骤1)所得的泥浆料用孔径为80目的筛网过筛后放入泥浆池内进行陈腐30h，然后用孔径为90目的筛网过滤掉泥浆料中的大颗粒和杂质，再利用除铁棒将经90目筛网过筛后的泥浆料中的铁单质和少量杂质除净后，将泥浆池内的搅拌机开启，待泥浆池内物料均匀搅拌后进行干燥喷雾，得到粉料，此时所得粉料中水分含量为5.5wt％，所得粉料的粒度大小分布具体为：30目8wt％、40目22wt％、50目32wt％、60目20wt％、80目11wt％、120目1.5wt％，容重为1.5g/ml。
3)压制成型：将经步骤2)所得的粉料进行混色处理，经压机布料后压制成型，再通过干燥窑进行干燥后，得到实施例1成品。
实施例2
本发明的高抗折高强度陶瓷大板坯，按原料重量百分比计包括如下组分：
一种如上所述的高抗折高强度陶瓷大板坯的制造方法，其包括如下工艺步骤：
1)预处理：按原料重量百分比将上述各组分依次投入到球磨机中，并同时加入总组分含量的0.3wt％的羧甲基纤维素钠和0.6wt％的减水剂，再加入水，采用湿法球磨，使各组分混合均匀后得到泥浆料；
2)造料：将经步骤1)所得的泥浆料用孔径为80目的筛网过筛后放入泥浆池内进行陈腐25h，然后用孔径为90目的筛网过滤掉泥浆料中的大颗粒和杂质，再利用除铁棒将经90目筛网过筛后的泥浆料中的铁单质和少量杂质除净后，将泥浆池内的搅拌机开启，待泥浆池内物料均匀搅拌后进行干燥喷雾，得到粉料，此时所得粉料中水分含量为5.7wt％，所得粉料的粒度大小分布具体为：30目7wt％、40目20wt％、50目35％、60目20％、80目11％、120目1.3％，容重为1.3g/ml。
3)压制成型：将经步骤2)所得的粉料进行混色处理，经压机布料后压制成型，再通过干燥窑进行干燥后，得到实施例2成品。
实施例3
本发明的高抗折高强度陶瓷大板坯，按原料重量百分比计包括如下组分：
一种如上所述的高抗折高强度陶瓷大板坯的制造方法，其包括如下工艺步骤：
1)预处理：按原料重量百分比将上述各组分依次投入到球磨机中，并同时加入总组分含量的0.3wt％的羧甲基纤维素钠和0.6wt％的减水剂，再加入水，采用湿法球磨，使各组分混合均匀后得到泥浆料；
2)造料：将经步骤1)所得的泥浆料用孔径为80目的筛网过筛后放入泥浆池内进行陈腐25h，然后用孔径为90目的筛网过滤掉泥浆料中的大颗粒和杂质，再利用除铁棒将经90目筛网过筛后的泥浆料中的铁单质和少量杂质除净后，将泥浆池内的搅拌机开启，待泥浆池内物料均匀搅拌后进行干燥喷雾，得到粉料，此时所得粉料中水分含量为5.7wt％，所得粉料的粒度大小分布具体为：30目7wt％、40目20wt％、50目35wt％、60目20wt％、80目11wt％、120目1.3wt％，容重为1.3g/ml。
3)压制成型：将经步骤2)所得的粉料进行混色处理，经压机布料后压制成型，再通过干燥窑进行干燥后，得到实施例3成品。
实施例4
本发明的高抗折高强度陶瓷大板坯，按原料重量百分比计包括如下组分：
一种高抗折高强度陶瓷大板坯的制造方法，包括如下工艺步骤：
1)预处理：按原料重量百分比将上述各组分依次投入到球磨机中，并同时加入总组分含量的0.5wt％的羧甲基纤维素钠和0.5wt％的减水剂，再加入水，采用湿法球磨，使各组分混合均匀后得到泥浆料；
2)造料：将经步骤1)所得的泥浆料用孔径为80目的筛网过筛后放入泥浆池内进行陈腐36h，然后用孔径为90目的筛网过滤掉泥浆料中的大颗粒和杂质，再利用除铁棒将经90目筛网过筛后的泥浆料中的铁单质和少量杂质除净后，将泥浆池内的搅拌机开启，待泥浆池内物料均匀搅拌后进行干燥喷雾，得到粉料，此时所得粉料中水分含量为6wt％，所得粉料的粒度大小分布具体为：30目5wt％、40目22.5wt％、50目35wt％、60目18wt％、80目11wt％、120目2.5wt％，容重为1.3g/ml。
3)压制成型：将经步骤2)所得的粉料进行混色处理，经压机布料后压制成型，再通过干燥窑进行干燥后，得到实施例4成品。
实施例5
将上述实施例1-4所得成品进行厚度测量和生坯强度、干燥压缩强度、干燥和水饱和弯曲强度及体积密度的性能检测，其结果如表1所示：
表1实施例1-4所得成品的各项性能检测
将上述实施例1-4所得成品分别置于辊道窑中，在1185～1215℃温度下进行高温烧成，再对经高温烧成后的陶瓷大板坯进行最终厚度、表面平整度、破坏强度、断裂模数、吸水率各项性能检测，其结果如下表2所示：
表2实施例1-4成品经高温烧成后的砖坯进行各项性能检测
上述实施例为本发明的优选实施例，凡与本发明类似的工艺及所作的等效变化，均应属于本发明的保护范畴。

Claims (10)

1.一种高抗折高强度陶瓷大板坯，其特征在于：所述高抗折高强度陶瓷大板坯按原料重量百分比计包括如下组分：
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述铝矾土为经高温煅烧过的铝矾土。
3.一种高抗折高强度陶瓷大板坯，其特征在于：所述高抗折高强度陶瓷大板坯中的主要化学组分按质量百分比计包括：
4.一种如权利要求1-3任一项所述的一种高抗折高强度陶瓷大板坯的制造方法，其特征在于：所述制造方法包括如下工艺步骤：
1)预处理：按原料重量百分比将各组分依次投入到球磨机中，再加入水，采用湿法球磨，使各组分混合均匀后得到泥浆料；
2)造料：将经步骤1)所得的泥浆料进行过筛后放入泥浆池内进行陈腐，再进行除杂后，将泥浆池内的物料均匀搅拌后对物料进行干燥喷雾，得到粉料；
3)压制成型：将经步骤2)所得的粉料进行混色处理，经压机布料后压制成型，再通过干燥窑进行干燥后，得到陶瓷大板坯。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于：步骤1)中所述球磨机内采用中高铝球石作为球磨介质，其中，Φ60mm中高铝球石、Φ50mm中高铝球石和Φ30mm中高铝球石的重量之比为3∶5∶2。
6.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于：步骤1)所得所述泥浆料的细度标准为：经孔径为250目的筛网过筛，筛余量为0.5～1.0wt％，水分含量为34～36wt％，流速为40～60s，比重为1.67～1.72g/ml。
7.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于：步骤1)在将各组分依次投入到球磨机之后，同时加入总组分含量的0.2～0.5wt％的羧甲基纤维素钠和0.5～1.0wt％的减水剂。
8.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于：步骤2)中所述陈腐时间为24h以上。
9.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于：经步骤2)所得的所述粉料中的水分含量为5.3～6.0wt％。
10.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于：步骤2)所得所述粉料的粒度大小分布为：30目3～8wt％、40目20～25wt％、50目30～35wt％、60目15～20wt％、80目6～11wt％、120目≤3wt％，容重≥0.9g/ml。
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