CN112341148A - 一种提高陶瓷砖导热系数的陶瓷配方及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高陶瓷砖导热系数的陶瓷配方，包括：粘土矿物30‑50份、石英10‑30份、钾长石8‑20份、钠长石15‑25份、透辉石0‑5份、滑石0‑5份，其中物相组成包括：高岭石20‑50份、石英20‑30份、钾长石8‑20份、钠长石20‑30份、透辉石0‑5份、滑石0‑5份、云母0‑10份、三水铝石0‑1份、非晶相物质1‑5份。本发明不通过增加陶瓷砖氧化铝成分的含量，而是选用含有90‑100％的高岭石的粘土矿物原料，再合理的配比其他原料，实现提高陶瓷砖的导热系数。本发明不需要改变现有的生产工艺参数，另外也实现了陶瓷砖导热系数的提高，提高范围达到20‑30％。而且本发明所筛选选用的原料来源广泛，容易取用，后期工艺满足现有工艺技术，所以易于生产转化，推广规模生产。
Description
技术领域
本发明属于建筑装饰材料技术领域，主要涉及一种提高陶瓷砖导热系数的陶瓷配方以及制造方法。
背景技术
陶瓷砖作为常规使用的装饰材料，广泛应用在日常装饰生活中。其中，发热陶瓷砖已经广泛应用于家庭采暖、保暖房等场所，主要应用于地面和墙面铺贴，甚至桌面采暖。发热陶瓷砖是通过在陶瓷砖背面装配一种发热膜产生热量，热量通过陶瓷砖再传递到使用空间。因此，为了提高陶瓷发热砖的热量传递效果，需要改善陶瓷砖的导热能力，即导热系数。
中国专利CN 105135507 A《一种发泡陶瓷复合地暖砖及其制备方法》，通过加入发泡陶瓷来提高导热能力，以0.2～0.8比重的发泡陶瓷作为基板，在发泡陶瓷表面开槽内设碳纤维加热丝且以迂回方式布线，陶瓷砖与发泡陶瓷的粘合层为快凝水泥，该工艺存在的问题为：1、泡沫陶瓷表面为多孔状，以快凝水泥作为粘合剂，水泥、陶瓷砖和发泡陶瓷三者皆为刚性材料，粘合性不够，无缓冲易出现脱胶现象，影响使用寿命；2、发泡陶瓷的导热率较传统聚氨酯类有机物板材高，是聚氨酯保温材料的4-5倍，电热损耗较大。正常传统的陶瓷砖导热系数在0.8-1.2W/K·m，相关专利技术文件如CN201810339192.7《一种高导热且使用寿命长的电热瓷砖及制作方法》，采用的方法是提高陶瓷砖的氧化铝含量，其利用的是高导热的氧化铝(导热系数为20-25W/K·m)。从另外的文献也发现，如“改善建筑陶瓷墙地砖强度和导热性能的试验研究”一文研究的也是通过增加陶瓷砖中的氧化铝含量来提高陶瓷砖的导热系数。采用直接增加氧化铝含量提高陶瓷砖的导热系数是行之有效的方法，但是增加氧化铝含量，需要提高烧结温度，不仅增加烧成成本，而且高温下烧结容易影响陶瓷的发色的稳定性。
因此，研究开发一种不增加陶瓷砖氧化铝成分的含量，依然可以提高陶瓷砖的导热系数的配方以及制备方法，具有重要的市场意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高陶瓷砖导热系数的陶瓷配方以及制造方法，不通过增加陶瓷砖氧化铝成分的含量，而是通过选用一类粘土矿物原料，其高岭石含量为90-100％，再与其他矿物原料进行合理的配比，实现提高陶瓷砖的导热系数。本发明陶瓷配方满足现有工艺技术，易于生产转化，推广规模生产。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种提高陶瓷砖导热系数的陶瓷配方，包括如下按重量份数计组分：
粘土矿物30-50份
石英10-30份
钾长石8-20份
钠长石15-25份
透辉石0-5份
滑石0-5份
所述粘土矿物是高岭土、球土、伊利石、蒙脱石、叶腊石中的一种或几种混合，粘土矿物含有高岭石的含量为90-100％，粘土矿物中还含有云母、三水铝石和非晶相物质。
配方中的物相组成，按重量份数计为：
高岭石20-48份
石英10-30份
钾长石8-20份
钠长石15-25份
钙长石0-10份
透辉石0-5份
滑石0-5份
云母0-10份
三水铝石0-1份
非晶相物质或微量成分1-5份，所述非晶相物质为以玻璃态存在矿物中的成分，如玻璃、非晶态SiO2等，或者为微量的超出仪器测试范围的物质。
烧制后的陶瓷化学成分组成，按重量百分数计为：SiO2 60-70％、Al2O3 19-22％、K2O 2-4％、Na2O 2-4％、CaO 0.5-2％、MgO 0.5-2％、Fe2O3+TiO2 0-0.8％、烧失量4.5-5.5％。
本发明发明人在长期的实验研究中，对陶瓷砖的配方及制造工艺深入研究，在不改变现有生产氧化铝成分含量的情况下，发现采用粘土矿物、钾长石、钠长石、透辉石按照一定质量比配合，可以提高陶瓷砖的导热系数，且烧制温度不用提高，烧结温度1150-1180℃，烧结时间60-90min。粘土矿物是高岭土、球土、伊利石、蒙脱石、叶腊石中的一种或几种混合，且其高岭石含量达到90-100％。含有较高高岭石的粘土矿物，通过低温熔剂钾长石、钠长石在高温下促进高岭石转变成莫来石和偏高岭石，再在透辉石的作用下，偏高岭石生成莫来石和钙长石晶相，最后陶瓷砖内部形成主要以晶相和玻璃相组成的致密结构，致密的微观结构利于热量在陶瓷砖内部的传递，从而陶瓷砖具有高的导热系数。
在本发明方案中，目的是提高陶瓷砖的导热系数，但是需要保持现有氧化铝成分含量的不变，因此在配方的化学成分和物相组成配比中，通过筛选合适的原料以及优化原料的配比实现本发明方案。
在本发明中，优选地，所述陶瓷配方包括如下按重量份数计组分：
粘土矿物32-48份
石英12-28份
钾长石8-18份
钠长石16-23份
透辉石0-5份
滑石0-3份。
配方中的物相组成，按重量份数计为：
高岭石25-45份
石英12-28份
钾长石8-15份
钠长石16-23份
透辉石0-5份
滑石0-3份
云母3-9份
三水铝石0.3-0.7份
非晶相物质3-5份。
在本发明中，优选地，所述陶瓷配方包括按重量份数计的透辉石3-5份。透辉石在本发明方案中主要起助溶降温的作用，可以优选其他助熔剂来替代。
在本发明中，具体地，所述钾长石和钠长石选自单组分的钾长石、钠长石，或者钾长石和钠长石选自多组分的钾钠长石。
在本发明中，具体地，所述透辉石选自天然的透辉石矿。透辉石在本发明方案中主要是起助溶降温的作用，可以优选其他助熔剂来替代。
在本发明中，具体地，高岭石的来源可以是高岭土、球土、伊利石、蒙脱石、叶腊石等粘土矿物中的一种或几种。
本发明提供一种提高导热系数的陶瓷砖的制造方法，包括如下步骤：
S1.选料；按照陶瓷配方选择相应原料；
S2.球磨；对选好的原料进行球磨，球磨至细度为D50:5-8um，浆料流速40-50秒；
S3.造粒；把球磨好的浆料进行喷雾造粒，其中浆料粒径级配组成：30目10-20％、40 目30-40％、60目30-40％、100目0-5％；浆料含水率5.8-6.3％；
S4.成型；把喷雾造粒好的原料进行成型压制；
S5.干燥；成型后的坯体进行干燥，干燥后坯体水分小于0.5％；
S6.印花；根据设计图案，坯体进行表面喷墨印花，然后表面覆盖一层保护釉；
S7.烧结；干燥后产品入窑进行高温烧结。
上述制造方法，通过各步骤的合理设计以及工艺参数优化，设置陶瓷原料球磨后浆料的粒径分布，浆料含水率，结合工艺参数控制，使最后烧制的陶瓷砖表面细腻无针孔，发色好，性能优异。其中细度为D50是指：一个样品的累计粒度分布百分数达到50％时所对应的粒径。它的物理意义是粒径大于它的颗粒占50％，小于它的颗粒也占50％，D50也叫中位径或中值粒径。D50常用来表示粉体的平均粒度。
优选地，S4中，压制压力为0.5-1吨/cm2，获得的坯体密度1.7-1.8g/cm3，坯体强度1.5-2.5GPa。上述压制工艺参数，是充分考虑配方的组分以及浆料的粒径进行的特异性设置，有利于后续的烧制过程的质量控制。
优选地，S2所述球磨为湿法球磨，水的加入量为原料干料重量的38～40％。
优选地，S7中，烧结温度1150-1180℃，烧结时间60-90min。本发明的陶瓷配方烧制温度在1150-1180℃，烧制成本低，且不影响发色稳定性。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明是针对提高陶瓷砖导热性提出的一种新的方案，陶瓷砖配方中采用高岭石、钾长石、钠长石、透辉石并按照一定质量比配合，而配方中的生产氧化铝成分保持在现有生产范围内。首先，从实际验证来说，不需要改变现有的生产工艺参数，另外实际结果也实现了陶瓷砖导热系数的提高，提高范围达到20-30％。而且本发明方案，所筛选选用的原料来源广泛，容易取用，后期工艺满足现有工艺技术，所以易于生产转化，推广规模生产。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明，但本发明要求的保护范围并不局限于实施例。
下述实施例所采用的原料如无特殊说明，均为市售。
实施例1:
一种陶瓷砖的制备方法，其制造步骤如下：
1)选料；按照陶瓷配方选择相应原料，如下：
粘土矿物46Kg(由高岭土、伊利石、蒙脱石、云母、三水铝石、非晶相物质按质量比22:1.5:1:4:0.5:5组成)
石英22Kg
钾长石10Kg
钠长石18Kg
透辉石2Kg
滑石2Kg
2)配料；按照物相组分比例进行原料配比；
3)球磨；对配比好的原料进行球磨：细度D50:5um，浆料流速50秒；
4)造粒；把球磨好的浆料进行喷雾造粒，其中粒径级配组成：30目10％、40目30％、60目40％、100目5％，80目15％；其中含水率5.8％；
5)成型；把喷雾造粒好的原料进行成型压制，压制压力0.5吨/cm2，坯体密度1.7g/cm3，坯体强度1.5GPa；
6)干燥；成型后的坯体进行干燥，干燥后坯体水分小于0.5％；
7)图案花色；根据设计图案，进行表面花色喷墨图案、表面保护釉等操作；
8)烧结；干燥后产品入窑进行高温烧结，烧结温度1150℃，烧成时间90min；
9)对产品进行测试检验。
实施例2:
一种陶瓷砖的制备方法，其制造步骤如下：
1)选料；按照陶瓷配方选择相应原料，如下：
粘土矿物44Kg(由高岭土、伊利石、蒙脱石、云母、三水铝石、非晶相物质按质量比21:2:0.5:6:0.5:4组成)
石英22Kg
钾长石14Kg
钠长石16Kg
透辉石2.5Kg
滑石1.5Kg
2)配料；按照物相组分比例进行原料配比；
3)球磨；对配比好的原料进行球磨：细度D50:8um，浆料流速40秒；
4)造粒；把球磨好的浆料进行喷雾造粒，其中粒径级配组成：30目20％、40目40％、60目40％；其中含水率6.3％；
5)成型；把喷雾造粒好的原料进行成型压制，压制压力1吨/cm2，坯体密度1.8g/cm3，坯体强度2.5GPa；
6)干燥；成型后的坯体进行干燥，干燥后坯体水分小于0.5％；
7)图案花色；根据设计图案，进行表面花色喷墨图案、表面保护釉等操作；
8)烧结；干燥后产品入窑进行高温烧结，烧结温度1180℃，烧成时间60min；
9)对产品进行测试检验。
实施例3:
一种陶瓷砖的制备方法，其制造步骤如下：
1)选料；按照陶瓷配方选择相应原料，如下：
粘土矿物42Kg(由高岭土、蒙脱石、叶腊石、云母、三水铝石、非晶相物质按质量比20:0.5:1:9:0.5:4组成)
石英23Kg
钾长石14Kg
钠长石17Kg
透辉石2Kg
滑石2Kg
2)配料；按照物相组分比例进行原料配比；
3)球磨；对配比好的原料进行球磨：细度D50:6um，浆料流速43秒；
4)造粒；把球磨好的浆料进行喷雾造粒，其中粒径级配组成：30目15％、40目35％、60目35％、100目5％，80目10％；其中含水率6.0％；
5)成型；把喷雾造粒好的原料进行成型压制，压制压力0.8吨/cm2，坯体密度1.75g/cm3，坯体强度2.0GPa；
6)干燥；成型后的坯体进行干燥，干燥后坯体水分小于0.5％；
7)图案花色；根据设计图案，进行表面花色喷墨图案、表面保护釉等操作；
8)烧结；干燥后产品入窑进行高温烧结，烧结温度1165℃，烧成时间75min；
9)对产品进行测试检验。
实施例4:
一种陶瓷砖的制备方法，其制造步骤如下：
1)选料；按照陶瓷配方选择相应原料，如下：
粘土矿物40Kg(由高岭土、蒙脱石、叶腊石、云母、三水铝石、非晶相物质按质量比20:0.5:1:3:0.5:4组成)
石英23Kg
钾长石16Kg
钠长石18Kg
透辉石1.5Kg
滑石2.5Kg
2)配料；按照物相组分比例进行原料配比；
3)球磨；对配比好的原料进行球磨：细度D50:7um，浆料流速47秒；
4)造粒；把球磨好的浆料进行喷雾造粒，其中粒径级配组成：30目20％、40目35％、60目36％、100目4％，80目5％；其中含水率6.1％；
5)成型；把喷雾造粒好的原料进行成型压制，压制压力0.85吨/cm2，坯体密度1.76g/cm3，坯体强度2.21GPa；
6)干燥；成型后的坯体进行干燥，干燥后坯体水分小于0.5％；
7)图案花色；根据设计图案，进行表面花色喷墨图案、表面保护釉等操作；
8)烧结；干燥后产品入窑进行高温烧结，烧结温度1170℃，烧成时间85min；
9)对产品进行测试检验。
实施例5:
一种陶瓷砖的制备方法，其制造步骤如下：
1)选料；按照陶瓷配方选择相应原料，如下：
粘土矿物38Kg(由高岭土、蒙脱石、叶腊石、云母、三水铝石、非晶相物质按质量比20:0.5:1:3:0.5:5组成)
石英24Kg
钾长石18Kg
钠长石14Kg
透辉石2Kg
滑石2Kg
2)配料；按照物相组分比例进行原料配比；
3)球磨；对配比好的原料进行球磨：细度D50:6.5um，浆料流速42秒；
4)造粒；把球磨好的浆料进行喷雾造粒，其中粒径级配组成：30目15％、40目36％、60目37％、100目2％，80目10％；其中含水率5.9％；
5)成型；把喷雾造粒好的原料进行成型压制，压制压力0.9吨/cm2，坯体密度1.78g/cm3，坯体强度2.3GPa；
6)干燥；成型后的坯体进行干燥，干燥后坯体水分小于0.5％；
7)图案花色；根据设计图案，进行表面花色喷墨图案、表面保护釉等操作；
8)烧结；干燥后产品入窑进行高温烧结，烧结温度1165℃，烧成时间82min；
9)对产品进行测试检验。
实施例6-10，对比例1-4:
实施例6-10的制备步骤与实施例3相同，区别在于陶瓷配方，实施例6-10的陶瓷配方的物相成分按重量份数计如表1。对比例1-2的陶瓷配方如表1，其他操作与实施例3相同。对比例3的步骤4)中粒径级配组成：30目30％、40目45％、60目20％、80目5％；其他操作与实施例3相同。对比例4的步骤5)中的压制压力为3.5GPa，其他操作与实施例1 相同。
表1
进一步，实施例1～实施例10更具体的实施方案，烧制后陶瓷的化学成分组成如表2：
表2
对实施例1-10和对比例1-2制备的陶瓷砖进行导热系数的检测，导热系数测试参考YHO023-1801Z方法，使用改良瞬态平面热源法导热系数仪测试，结果如表3。
表3
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (10)
1.一种提高陶瓷砖导热系数的陶瓷配方，其特征在于，包括如下按重量份数计组分：
粘土矿物30-50份
石英10-30份
钾长石8-20份
钠长石15-25份
透辉石0-5份
滑石0-5份
烧制后的陶瓷化学成分组成，按重量百分数计为：SiO260-70％、Al2O319-22％、K2O 2-4％、Na2O 2-4％、CaO 0.5-2％、MgO 0.5-2％、Fe2O3+TiO20-0.8％、烧失量4.5-5.5％；
所述粘土矿物是高岭土、球土、伊利石、蒙脱石、叶腊石中的一种或几种混合，粘土矿物含有高岭石的含量为90-100％，粘土矿物中还含有云母、三水铝石和非晶相物质。
2.根据权利要求1所述提高陶瓷砖导热系数的陶瓷配方，其特征在于，包括如下按重量份数计组分：
粘土矿物32-48份
石英12-28份
钾长石8-18份
钠长石16-23份
透辉石0-5份
滑石0-3份。
3.根据权利要求1所述提高陶瓷砖导热系数的陶瓷配方，其特征在于，配方中的物相组成，按重量份数计为：
高岭石20-48份
石英10-30份
钾长石8-20份
钠长石15-25份
钙长石0-10份
透辉石0-5份
滑石0-5份
云母0-10份
三水铝石0-1份
非晶相物质1-5份。
4.根据权利要求1或2所述提高陶瓷砖导热系数的陶瓷配方，其特征在于，所述陶瓷配方包括按重量份数计的透辉石3-5份。
5.根据权利要求1或2所述提高陶瓷砖导热系数的陶瓷配方，其特征在于，所述钾长石和钠长石选自单组分的钾长石、钠长石，或者钾长石和钠长石选自多组分的钾钠长石。
6.根据权利要求1或2所述提高陶瓷砖导热系数的陶瓷配方，其特征在于，所述透辉石选自天然的透辉石矿。
7.权利要求1-6任一所述的陶瓷砖的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.选料；按照陶瓷配方选择相应原料；
S2.球磨；对选好的原料进行球磨，球磨至细度为D50:5-8um，浆料流速40-50秒；
S3.造粒；把球磨好的浆料进行喷雾造粒，其中浆料粒径级配组成：30目10-20％、40目30-40％、60目30-40％、100目0-5％；浆料含水率5.8-6.3％；
S4.成型；把喷雾造粒好的原料进行成型压制；
S5.干燥；成型后的坯体进行干燥，干燥后坯体水分小于0.5％；
S6.印花；根据设计图案，坯体进行表面喷墨印花，然后表面覆盖一层保护釉；
S7.烧结；干燥后产品入窑进行高温烧结。
8.根据权利要求7所述陶瓷砖的制造方法，其特征在于，S4中，压制压力为0.5-1吨/cm2，获得的坯体密度1.7-1.8g/cm3，坯体强度1.5-2.5GPa。
9.根据权利要求7所述陶瓷砖的制造方法，其特征在于，S2所述球磨为湿法球磨，水的加入量为原料干料重量的38～40％。
10.根据权利要求7所述陶瓷砖的制造方法，其特征在于，S7中，烧结温度1150-1180℃，烧结时间60-90min。
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