CN109928740B - 一种保温隔热一体化陶瓷砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种保温隔热一体化陶瓷砖及其制备方法，保温隔热一体化陶瓷砖自下而上包括：坯体层、面釉层、装饰层和透明釉层，所述坯体层自下而上包括：下致密层、发泡层和上致密层。本发明的陶瓷砖包括三层结构，中间为发泡陶瓷层，上下为致密层，在表面装饰效果中，图案灵活多变不受限制，还具有保温隔热、防噪音的功能，由于底层为致密层，减少了在烧制过程中的变形，中间层为发泡陶瓷层，相对比较于同等厚度的陶瓷砖中比重较低，利于减小施工劳动强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种保温隔热一体化陶瓷砖及制备方法，属于陶瓷砖生产制造技术领域，特别涉及一种复合功能陶瓷。
背景技术
随着陶瓷砖生产技术提高以及生产设备的进步，陶瓷砖种类越来越多，功能也越来越多，人们对于陶瓷砖的需求已经不仅仅是单纯的建筑装饰功能，更加注重于陶瓷砖的功能化。在现在的建陶行业中，许多企业都在朝着功能陶瓷的方向摸索，在保证建筑陶瓷具有装饰效果的前提下，赋予陶瓷砖新的应用功能，保温隔热更是成为当今的热门话题。在天气寒冷时，通过保温材料可以防止室内热量的外流，从而减少供暖时所需的能耗，达到节能减排的效果；在炎热的天气时，通过隔热材料可以防止室外的热流与室内发生交换，从而保证室内温度，减少制冷时所需的能耗，节约成本。在同行业中也不乏有该类型的功能化的陶瓷砖，但是都存在加工复杂、装饰效果不理想、能耗较多的问题。
中国发明专利CN101182232A公开了一种轻质砖及生产方法，具有保温的功能，但是该工艺在装饰效果和花色选择上受到了限制，多以纯色砖为主。中国发明专利CN102877614A公开了一种具有装饰性能的隔热保温陶瓷复合板，包括装饰层和保温隔热对孔层，以二次布料的方式在陶瓷匣钵内进行运载烧制，该工艺后期加工过程复杂，能耗较高。中国发明专利CN108975874A公开了一种具有装饰效果的复合功能陶瓷砖及其制备方法，该烧制工艺需使用匣钵运载，而且生坯打上装饰图案后，需将具有装饰图案的一面朝下放入匣钵中后再在上面铺上均匀的一层发泡陶瓷，此烧成工艺复杂，周期长。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种具有多样装饰效果、隔热保温一体的保温隔热一体化陶瓷砖及制备方法，烧制过程无需使用匣钵运载，采取一次烧成工艺，烧成周期短，节约生产成本。
一方面，本发明提供一种保温隔热一体化陶瓷砖，其自下而上包括：坯体层、面釉层、装饰层和透明釉层，所述坯体层自下而上包括：下致密层、发泡层和上致密层。
本发明的陶瓷砖包括三层结构，中间为发泡陶瓷层，上下为致密层，在表面装饰效果中，图案灵活多变不受限制，还具有保温隔热、防噪音的功能，由于底层为致密层，减少了在烧制过程中的变形，中间层为发泡陶瓷层，相对比较于同等厚度的陶瓷砖中比重较低，利于减小施工劳动强度。
优选地，所述下致密层的厚度为2～4mm。
优选地，所述上致密层的厚度为3～4mm。
优选地，所述发泡层的厚度为4～12mm。
优选地，所述下密层和所述上致密层的化学成分按重量百分比计包括63～68％的SiO2、19～23％的Al2O3、0.6～0.75％的Fe2O3、0.2～0.4％的TiO2、2.5～3.0％的CaO、0.3～0.5％的MgO、2～3％的K2O、2～3％的Na2O和3～5％的烧失。
优选地，所述发泡层的化学成分按重量百分比计包括67～68％的SiO2、18～19％的Al2O3、0.6～0.9％的Fe2O3、0.2～0.35％的TiO2、1.8～2.0％的CaO、0.7～0.8％的MgO、2～4％的K2O、1～2％的Na2O、0.5～0.7％的MnO2和4～6％的烧失。
优选地，所述上致密层的上表面可搭配模具效果或是喷墨打印工艺。
另一方面，本发明提供一种保温隔热一体化陶瓷砖的制备方法，包括以下步骤：
采用三次布料，自下而上布第一陶瓷砖基料、发泡陶瓷基料和第二陶瓷砖基料，布料后压制成型，得到生坯；
将生坯干燥后施面釉、打印图案、施透明釉，然后干燥、烧成。
本发明采用一次烧成，节约生产成本。
优选地，发泡陶瓷基料包括压滤渣45～55份，泥砂40～48份，SiC 0.1～0.15份，电解锰0.8～1.0份。
优选地，面釉比重为1.40～1.45，施釉量为400～550g/m2。
优选地，透明釉的比重为1.30～1.50，施釉量为250～500g/m2。
优选地，窑炉烧成最高温度范围1190℃～1203℃，烧成周期为80～90分钟。
本发明通过三次布料的效果，一次压制成型，自下而上包括致密层、发泡陶瓷层和具有装饰效果的致密层，实现了具有多样装饰效果，隔热保温一体的夹层陶瓷板，烧制过程无需使用匣钵运载，采取一次烧成工艺，烧成周期短，节约生产成本。
附图说明
图1为本发明一实施方式的陶瓷砖的砖体断面结构示意图。
图2为本发明一实施方式的陶瓷砖的砖体断面图。
具体实施方式
以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图和下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
在此公开一种保温隔热一体化陶瓷砖(简称陶瓷砖)，其自下而上包括：坯体层、面釉层、装饰层和透明釉层。
图1为本发明一实施方式的陶瓷砖的砖体(坯体层)断面结构示意图，如图1所示，坯体层自下而上包括：下致密层3、发泡层2和上致密层1。
下致密层3的厚度可为2～4mm。在该厚度时，可以有效地防止砖坯在烧制走动过程出现变形、砖渣粘辊棒的现象，利于中间发泡层的发泡均匀性。
下致密层3的体积密度可为2390kg/m3～2460kg/m3。
下致密层3的化学成分按重量百分比计可包括63～68％的SiO2、19～23％的Al2O3、0.6～0.75％的Fe2O3、0.2～0.4％的TiO2、2.5～3.0％的CaO、0.3～0.5％的MgO、2～3％的K2O、2～3％的Na2O和3～5％的烧失。由于中间的发泡层的烧结温度比较低，范围在1232℃～1257℃，下致密层3的烧结温度可在1277℃～1295℃，这样可以有效地防止中间发泡层达到烧结温度时，下致密层3出现过烧的现象。
如果去掉下致密层3，会导致产品在烧制走动的过程中出现变形、发泡不均匀、砖面鼓包的现象，而且当发泡层接触辊棒处形成开口孔时，砖渣容易粘在辊棒上，对辊棒损害严重，同时还会造成产品出现釉面不平整的现象。由于发泡中间层本身的强度就不够大，所以下致密层的存在可以有效地提高产品整体的强度，提高产品的成品率，减少产品在磕碰中的破损率，有效地降低生产成本。
发泡层2具有多孔结构，发泡层2的体积密度可为600～900kg/m3，在该体积密度时，利于在生产中控制好砖形，体密度小于600kg/m3时所形成的气孔会相对较大，而且容易形成大小不一的封闭气孔，从而会导致砖面出现凹凸不平的现象；当体积密度超过900kg/m3，此时的发泡效果不显著，所形成的封闭气孔较小。
发泡层2的厚度可为4～12mm。在该厚度时，可以更好地控制上下致密层的平整度，小于4mm，其发泡层效果不佳，其有效的封闭气孔率较小，大于12mm不利于在生产中控制砖形，因为过厚的发泡层会产生许多的封闭气孔，由于过多封闭气孔的存在会导致产品整体致密过低，从而直接导致产品的强度不足。
发泡层2的化学成分按重量百分比计可包括67～68％的SiO2、18～19％的Al2O3、0.6～0.9％的Fe2O3、0.2～0.35％的TiO2、1.8～2.0％的CaO、0.7～0.8％的MgO、2～4％的K2O、1～2％的Na2O、0.5～0.7％的MnO2和4～6％的烧失。
上致密层1的厚度可为3～4mm。该致密层存在主要的效果就是保证产品具有良好的平整度，从而利于做抛光类或是模具类产品。在该厚度时，可以减小上层致密层对发泡层的压力，降低对发泡层的负荷，利于中间发泡层的均匀发泡。
上致密层1的化学成分可与下致密层3相同，这样可以有效地控制砖形，减少产品变形、开裂的概率。上致密层1的体积密度亦可与下致密层3相同。上致密层1的烧结温度可在1277℃～1295℃。
上致密层1上具有装饰效果。
一实施方式中，上致密层1上具有面釉层、装饰层和透明釉层。面釉层施加的面釉其膨胀系数要求与上致密层1相接近，其厚度在0.1～0.15mm之间。装饰层可采用喷墨打印或丝网印花工艺。透明釉层可为本领域抛釉层，其厚度要求在0.1～0.2mm之间。
面釉层可采用本领域常用的面釉成分，例如其化学成分按重量百分比计可包括：56.25％的SiO2、25.19％的Al2O3、0.29％的Fe2O3、0.12％的TiO2、0.25％的CaO、0.18％的MgO、4.62％的K2O、2.95％的Na2O和3.53％的烧失。面釉层的厚度可为0.1～0.15mm。
装饰层具有图案，可以是喷墨打印图案或是其它丝网印花图案。
透明釉层可采用本领域常用的透明釉成分，例如其化学成分按重量百分比计可包括：66.30％的SiO2、22.67％的Al2O3、0.24％的Fe2O3、0.49％的TiO2、0.32％的CaO、0.27％的MgO、4.58％的K2O、2.99％的Na2O和1.09％的烧失。透明釉层的厚度可为0.1～0.2mm。
接着，说明本发明一实施方式的陶瓷砖的制备方法。
首先，配料制粉，即制备坯体中各层的粉料。
上下致密层可采用普通陶瓷砖坯基料。中间发泡层的原料组分(或称发泡陶瓷基料)按重量份计可包括压滤渣45～55份，泥砂40～48份，SiC 0.1～0.15份，电解锰0.8～1.0份。压滤渣是指该领域生产砖坯过程中的废料。泥砂是指该领域常用的泥料和砂石料。电解锰是指纯度更高(电解法制备金属锰，其纯度可达99.7～99.9％以上)的金属锰。采用这样的原料组分可以充分地对生产废料进行回收利用，节约生产成本的同时，也减少了对环境的污染。使用高纯度的电解金属锰可以更好减少其他因素对发泡均匀性的影响，SiC起到的作用是与电解金属锰相互促进，同样是为促进发泡均匀，形成封闭密集的小气孔。两者的搭配能有效的促进发泡的均匀性。
将各层的原料分别配料、球磨、制粉备用。
接着，将粉料制备成生坯。生坯可采用布料压制成型方法制备。具体而言，采用三次布料，自下而上布第一陶瓷砖基料、发泡陶瓷基料、第二陶瓷砖基料。第一陶瓷砖基料和第二陶瓷砖基料可为普通陶瓷砖坯基料。第一陶瓷砖基料用于形成下致密层，具有底纹结构。第二陶瓷砖基料用于形成上致密层。生坯厚度可按需求调整，例如为10～20mm。
一实施方式中，布料可使用具有纹理的内模具，由此使得上致密层可形成有纹理结构的砖面效果。该纹理配合装饰层可形成更丰富立体的装饰效果。所述模具可以是雕刻模具或是平面模具。
将生坯干燥。一实施方式中，将生坯进入干燥窑，干燥时长1～1.5h，干燥坯水分0.3～0.5％。
在生坯上施面釉。面釉比重可为1.40～1.45，施釉量可为400～550g/m2。采用这样的施面釉工艺可以防止在喷墨打印工艺中出现的排墨现象，不仅有助于喷墨打印的发色效果，还能有效地减少针孔的产生。
在面釉上根据需求打印相应的图案。可采用喷墨打印或其它打印方式。
然后，再施加透明釉(覆盖釉)。覆盖釉的比重可为1.30～1.50，施釉量可为250～500g/m2。采用这样的施透明釉工艺可以使装饰层中的图案纹理更加清晰，同时也提高了釉面的耐磨性。
然后，进行干燥。一实施方式中，将喷过透明釉的砖坯进行干燥(例如电干燥)，干燥温度100～150℃，干燥后水分控制在0.7％以内。
然后，进行烧成。可采用辊道窑烧制。烧成最高温度范围可为1190～1203℃，烧成周期可为80～90分钟，例如85分钟。
本发明的保温隔热一体化陶瓷砖中整个坯体层的厚度可为10～20mm，优选为10～14mm。本发明中，整个坯体层的最低限度可为10mm，更加有效地减小装饰空间的占比。在原料加工方面，本发明简单方便，无需进行二次混料，减少能源的损耗，降低成产成本。
下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1
配料制粉：上下致密层采用普通陶瓷砖坯基料，包括：6％的精选钠长石；15％的金中砂；16％南峰低温砂；16％的邦砂；6％的韶光球土；12％水洗球土；1％的黑滑石；9％的中山黑泥；4％煅烧铝矾土；15％的钾铝砂。对于中间发泡陶瓷砖由原料组分按重量份计包括压滤渣52份，泥砂48份，SiC 0.15份，电解锰0.8份；配料、球磨、制粉备用。
布料压制成型：采用三次布料，自下而上布普通陶瓷砖生产基料、发泡陶瓷基料、陶瓷砖生产基料。压制压力为50MPa。
干燥：进入干燥窑，干燥时长1h，干燥坯水分0.4％。
施面釉：面釉配方为：15％的氧化铝粉；10％的煅烧高岭土；5％的超白高岭土；50％的钾长石粉；10％的钠长石粉；10％硅酸锆。比重1.42，施釉量500g/m2。
喷墨打印。
施透明釉：覆盖釉比重1.40，施釉量350g/m2。
干燥：将喷过透明釉的砖坯通过电干燥，干燥温度120℃，干燥后水分控制在0.7％以内。
烧成：采用辊道窑烧制，烧成最高温度范围1190～1203℃，烧成周期85分钟。
图2是实施例1制得的陶瓷砖的砖体(坯体)的断面图，可以看出其包括下致密层、发泡层和上致密层，其厚度分别为2mm、8mm、4mm。下致密层和上致密层的化学成分按重量百分比计包括64.83％的SiO2、22.09％的Al2O3、0.73％的Fe2O3、0.26％的TiO2、2.72％的CaO、0.48％的MgO、2.33％的K2O、2.57％的Na2O和4.37％的烧失。中间发泡层的化学成分按重量百分比计包括67.17％的SiO2、18.97％的Al2O3、0.72％的Fe2O3、0.32％的TiO2、1.83％的CaO、0.73％的MgO、3.32％的K2O、1.85％的Na2O、0.67％的MnO2和4.47％的烧失。
经阿基米德定律法测试，下致密层的体积密度为2432kg/m3，发泡层的体积密度为732kg/m3，上致密层的体积密度为2398kg/m3。
测得发泡中间层的强度为8MPa，复合层整体强度为30MPa。
实施例2
配料制粉：上下致密层采用普通陶瓷砖坯基料(同实施例1)。对于中间发泡陶瓷砖由原料组分按重量份计包括压滤渣55份，泥砂45份，SiC 0.1份，电解锰1.0份；配料、球磨、制粉备用。
布料压制成型：采用三次布料，自下而上布普通陶瓷砖生产基料、发泡陶瓷基料、陶瓷砖生产基料。压制压力为55MPa。
干燥：进入干燥窑，干燥时长1h，干燥坯水分0.4％。
施面釉：面釉配方同实施例1。比重1.42，施釉量500g/m2。
喷墨打印。
施透明釉：覆盖釉比重1.40，施釉量350g/m2。
干燥：将喷过透明釉的砖坯通过电干燥，干燥温度120℃，干燥后水分控制在0.7％以内。
烧成：采用辊道窑烧制，烧成最高温度范围1190～1203℃，烧成周期85分钟。
中间发泡层的化学成分按重量百分比计包括67.03％的SiO2、18.33％的Al2O3、0.75％的Fe2O3、0.32％的TiO2、1.56％的CaO、0.72％的MgO、3.39％的K2O、1.75％的Na2O、0.69％的MnO2和5.08％的烧失。
下致密层的体积密度为2451kg/m3，发泡层的体积密度为793kg/m3，上致密层的体积密度为2403kg/m3。
测得发泡中间层的强度为9MPa，复合层整体强度为33MPa。
实施例3
配料制粉：上下致密层采用普通陶瓷砖坯基料(同实施例1)。对于中间发泡陶瓷砖由原料组分按重量份计包括压滤渣55份，泥砂40份，SiC 0.12份，电解锰0.9份；配料、球磨、制粉备用。
布料压制成型：采用三次布料，自下而上布普通陶瓷砖生产基料、发泡陶瓷基料、陶瓷砖生产基料。压制压力为52MPa。
干燥：进入干燥窑，干燥时长1h，干燥坯水分0.4％。
施面釉：面釉配方同实施例1。比重1.42，施釉量500g/m2。
喷墨打印。
施透明釉：覆盖釉比重1.40，施釉量350g/m2。
干燥：将喷过透明釉的砖坯通过电干燥，干燥温度120℃，干燥后水分控制在0.7％以内。
烧成：采用辊道窑烧制，烧成最高温度范围1190～1203℃，烧成周期85分钟。
中间发泡层的化学成分按重量百分比计包括67.11％的SiO2、18.03％的Al2O3、0.7％的Fe2O3、0.35％的TiO2、1.95％的CaO、0.68％的MgO、3.36％的K2O、1.78％的Na2O、0.63％的MnO2和5.48％的烧失。
下致密层的体积密度为2421kg/m3，发泡层的体积密度为785kg/m3，上致密层的体积密度为2398kg/m3。
测得发泡中间层的强度为9MPa，复合层整体强度为32MPa。
对比例1
与实施例1的不同之处在于，省去下致密层，结果发现，在辊道窑烧制过程中，由于发泡层在产生气体，从而导致整体砖坯扭曲变形严重，在测试过程中也发现，当去掉下致密层时，复合坯整体的强度会降低很多，仅有12MPa，在后期的抛光、打磨过程中破碎率极高，而下致密的存在有效地保证了抛光、打磨工序中所需的强度，从而降低产品后期加工的破碎率。
Claims (5)
1.一种保温隔热一体化陶瓷砖，其特征在于，自下而上包括：坯体层、面釉层、装饰层和透明釉层，所述坯体层自下而上包括：下致密层、发泡层和上致密层；
所述下致密层和所述上致密层的陶瓷基料包括：精选钠长石、金中砂、南峰低温砂、邦砂、韶光球土、水洗球土、黑滑石、中山黑泥、煅烧铝矾土、钾铝砂；所述下致密层和所述上致密层的化学成分按重量百分比计包括63～68%的SiO2、19～23%的Al2O3、0.6～0.75%的Fe2O3、0.2～0.4%的TiO2、2.5～3.0%的CaO、0.3～0.5%的MgO、2～3%的K2O、2～3%的Na2O和3～5%的烧失；
所述发泡层的陶瓷基料包括：压滤渣45～55份，泥砂40～48份，SiC 0.1～0.15份，电解锰0.8～1.0份；所述发泡层的化学成分按重量百分比计包括67～68%的SiO2、18～19%的Al2O3、0.6～0.9%的Fe2O3、0.2～0.35%的TiO2、1.8～2.0%的CaO、0.7～0.8%的MgO、2～4%的K2O、1～2%的Na2O、0. 5～0.7%的MnO2和4～6%的烧失；
所述下致密层的厚度为2～4mm，所述上致密层的厚度为3～4mm，所述发泡层的厚度为4～12mm；
所述下致密层和所述上致密层的体积密度为2390kg/m3～2460 kg/m3，所述发泡层的体积密度为600～900kg/m3。
2.根据权利要求1所述的保温隔热一体化陶瓷砖，其特征在于，所述上致密层的上表面搭配模具效果或是喷墨打印图案。
3.一种权利要求1至2中任一项所述的保温隔热一体化陶瓷砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用三次布料，自下而上布第一陶瓷砖基料、发泡陶瓷基料和第二陶瓷砖基料，布料后压制成型，得到生坯；
将生坯干燥后施面釉、打印图案、施透明釉，然后干燥、烧成。
4. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，面釉的比重为1.40～1.45，施釉量为400～550 g/m2；透明釉的比重为1.30～1.50，施釉量为250～500 g/m2。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，烧成的最高温度范围为1190～1203℃，烧成的周期为80～90分钟。
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