CN112551907A - 一种远红外透光陶瓷板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种远红外透光陶瓷板及其制备方法。所述制备方法包括以下步骤：按照远红外透光坯体的原料组成进行称料并混合均匀以获得坯体粉料；远红外透光坯体的原料组成包括：以质量百分比计，粘土：22‑30%，高温砂：5‑10%，乌兰茶晶长石：30‑50%，钾长石30‑40%；将坯体粉料压制成型以形成坯体，并将坯体烧成获得远红外透光陶瓷板。该远红外透光陶瓷板采用K‑Si‑Al体系以及乌兰茶晶石，在赋予陶瓷产品较高远红外辐射率的同时还保证陶瓷板具有优异的透光性能。

Description

一种远红外透光陶瓷板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种远红外透光陶瓷板及其制备方法，属于陶瓷板生产制造技术领域。
背景技术
随着生活水平的提高，健康成为人们生活中经常被提及的热门话题，而建材作为与日常生产生活密切相关的产品也受到广泛关注。其中，远红外透光陶瓷在提升陶瓷产品艺术效果的同时，借助功能性瓷砖赋予人体健康作用，将大大改善居住环境、提高生活质量和健康水平。现有的透光砖主要采用高钙配方体系并增加坯体的气孔大小，使坯体透光。但是高钙配方坯体的的烧成范围较窄，且反应过程中容易生成钙长石晶体，导致坯体的玻璃相含量降低，因此坯体的透光率受到限制。而采用提高坯体气孔率和增加气孔孔径的方式，会使坯体的体密度降低，导致坯体的抗折强度也对应降低。另外，现有的远红外陶瓷坯体主要采用电气石、麦饭石和尖晶石型等矿物质产生远红外效果，但是上述矿物质容易导致坯体着色，进而影响坯体透光性能。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述问题，提供一种远红外透光陶瓷板及其制备方法，采用K-Si-Al体系以及乌兰茶晶石，在赋予陶瓷产品较高远红外辐射率的同时还保证陶瓷板具有优异的透光性能。
第一方面，本发明一种远红外透光陶瓷板的制备方法。所述制备方法包括以下步骤：按照远红外透光坯体的原料组成进行称料并混合均匀以获得坯体粉料；远红外透光坯体的原料组成包括：以质量百分比计，粘土：22-30％，高温砂：5-10％，乌兰茶晶长石：30-50％，钾长石30-40％；将坯体粉料压制成型以形成坯体，并将坯体烧成获得远红外透光陶瓷板。
本发明的远红外透光陶瓷板采用高钾体系，配方体系的高温粘度较大而且可以得到较高含量的玻璃相以及折射率与玻璃相接近的石英晶体。由于石英的折射率和玻璃相接近，所以在透光陶瓷板中引入高含量的玻璃相和适量石英有利于减少光的折射和反射，改善陶瓷板产品的透光度。同时，远红外透光坯体的原料组成未引入含钙量高的原材料，避免生成折射率高的钙长石晶体，最终得到烧成范围较宽且透光性较好的坯体。较佳地，所述远红外透光陶瓷板的物相组成包括：以质量百分比计，玻璃相65-75％和石英20-25％。相反，高钙体系会促进生成钙长石，钙长石的折射率(1.57)相对于石英(1.55)与玻璃相(1.50)的折射率相差更大，消耗更多光的能量，降低透光性。
较佳地，所述远红外透光坯体的化学组成包括：以质量百分比计，SiO2：67-72％，Al2O3：15-20％，碱金属氧化物：4-9％。优选地，所述远红外透光坯体中碱土金属氧化物的含量在2％以下。更优选地，所述远红外透光坯体的化学组成还包括：以质量百分比计，La2O3：7-9ppm，CeO2：17-20ppm，Nd2O3：4-6ppm，Sm2O3：0.5-2ppm，Eu2O3：0.15-0.35ppm，Gd2O3：0.5-1.5ppm，Tb4O7：0.05-0.15ppm，Ho2O3：0.1-0.15ppm，Er2O3：0.2-0.3ppm，Tm2O3：0.02-0.5ppm，Yb2O3：0.2-0.3ppm，Lu2O3：0-0.1ppm，Y2O3：3-5ppm。
上述远红外透光坯体含稀土元素种类繁多，稀土元素分别进入非晶态、晶体、晶界之中，而晶界中大量的稀土元素抑制了晶体的长大，结晶受到极大限制，因此材料整体处于高能态状态，其内部离子在无需特殊激发条件下，自身就能通过离子间的振动、偶合、旋转等向外释放一定的能量波，且这些元素特殊的电子层结构，进入硅铝酸盐结构中，轨道间的杂化、相互之间电负性的纠缠、相互激活作用等协同效应下，使材料产生远红外效果。同时，不会影响坯体的透光性能。电气石、麦饭石等含铁量较高，将其加入远红外透光坯体后，坯体会成黑色；尖晶石远红外矿物主要是以铁、铜系为主，同样容易产生着色。本发明选择乌兰茶晶石作为坯体主要原料，乌兰茶晶石铁含量低，白度高，不会对坯体产生着色，对坯体透光性能不会产生影响。
较佳地，最高烧成温度为1210-1240℃，烧成周期为60-80min。常规的高钙体系由于钙助熔性强，高温粘度低，所以导致高钙配方烧成范围窄。本发明的高钾体系远红外透光陶瓷板烧结温度范围在30℃左右，该范围宽于常规陶瓷烧结温度范围(20-25℃)，利于烧成成品的砖形控制，可以防止坯体软化变形。
较佳地，所述远红外透光坯体的气孔大小为5-15μm，气孔率为10-20％。远红外透光坯体的原料配方中没有使用造孔剂和发泡剂类原材料，所以坯体的气孔大小和气孔率均相对较小。而高钙体系坯体的气孔率可达到15-25％，气孔大小可达到15-25μm，这是因为钙助熔性比较强，促使熔液玻璃化，导致气体难以溢出，因而高钙的引入促使气孔增加，气孔率增加，这将会降低强度和透光度。
较佳地，所述远红外透光坯体的体密度为2.36-2.40g/cm3，抗折强度为55-60MPa。
较佳地，烧成前，在远红外透光坯体表面依次施面釉、喷墨打印设计图案和施保护釉。
较佳地，所述面釉的化学组成包括：以质量百分比计，SiO2：61-65％、Al2O3：19-23％、碱金属氧化物：6-8％、ZrO2：3.2-9.6％；优选地，所述面釉的施加方式为喷釉，比重1.15-1.4g/cm3，施釉量100-200g/m2。
较佳地，所述保护釉的化学组成包括：以质量百分比计，SiO2：45-50％、Al2O3：18-22％、碱土金属氧化物：14-20％、ZnO：2-4％、碱金属氧化物：5-7％；优选地，所述保护釉的施加方式为喷釉，比重1.1-1.3g/cm3，施釉量100-300g/m2。
第二方面，本发明提供上述任一项所述的制备方法获得的远红外透光陶瓷板。所述远红外透光陶瓷板的远红外辐射率在0.87以上，透光率在2.5％以上。一些实施方式中，远红外透光陶瓷板的规格为长900-1200mm×宽1800-2400mm×高-3-6mm。
附图说明
图1为本发明一实施方式远红外透光陶瓷板的制备流程图；
图2为本发明一实施方式远红外透光陶瓷板在LED灯光照前的砖面效果图(A)、光照后的砖面效果图(B)；
图3为本发明一实施方式烧成后远红外透光陶瓷板的XRD图；
图4为对比例3远红外透光陶瓷板的卷边示意图。
具体实施方式
通过下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。在没有特殊说明的情况下，各百分含量指质量百分含量。
以下示例性说明所述远红外透光陶瓷板的制备方法。
根据远红外透光坯体的原料配方进行称料。作为示例，远红外透光坯体的原料组成包括：以质量百分比计，粘土：22-30％，高温砂：5-10％，乌兰茶晶石：30-50％，钾长石30-40％。
上述配方中将钾长石的含量控制在30-40％，其目的在于使得坯体瓷化同时，提高坯体的烧成范围。当钾长石的含量低于30％，钾长石含量较低使得坯体温度较高，未完全瓷化，而且钾长石添加量较低时起不到增加烧成范围的作用。当钾长石的含量高于40％，则容易使得坯体过烧，导致坯体体密度和抗折强度降低。
所述乌兰茶晶石含有多种稀土元素。作为示例，所述乌兰茶晶石的化学成分包括：以质量百分比计，IL：0.2-0.5％、SiO2：75-80％、Al2O3：10-15％、Fe2O3：0.05-0.1％、CaO：0.5-1％、MgO：0-0.05％、K2O：4-6％、Na2O：3-5％、La2O3：14-17ppm、CeO2：35-40ppm、Nd2O3：9-12ppm、Sm2O3：1-3ppm、Eu2O3：0.3-0.7ppm、Gd2O3：1-3ppm、Tb4O7：0.1-0.3ppm、Ho2O3：0.2-0.3ppm、Er2O3：0.4-0.7ppm、Tm2O3：0.05-0.1ppm、Yb2O3:0.4-0.7ppm、Lu2O3:0-0.3ppm、Y2O3:6-9ppm。乌兰茶晶石主要是稀土元素分别进入非晶态、晶体、晶界之中，而晶界中大量的稀土元素抑制了晶体的长大，结晶受到极大限制，因此材料整体处于一种高能态状态，其内部离子在无需特殊激发条件下，自身就能通过离子间的振动、偶合、旋转等向外释放一定的能量波，产生远红外效果。
将远红外透光坯体中乌兰茶晶石的含量控制在30-50％，在保证远红外效果的同时，利于砖形的控制。当乌兰茶晶石的含量低于30％，则乌兰茶晶石的含量较低使得远红外辐射率低。当乌兰茶晶石的含量高于50％，则坯体的膨胀系数大，不利于控制砖形。作为优选，远红外透光坯体的膨胀系数在9×10-6/K-10×10-6/K为宜。
将上述称料后的原料混合均匀后喷粉造粒以形成坯体粉料。所述坯体粉料的颗粒级配为：30目：≤10％、30-60目：≥75％、60-80目：≤8％，水分8.-9.2％，有利于保证坯体的成型性能和坯体的平整度。
将坯体粉料压制成型形成远红外透光坯体。可利用压机干压成型以形成砖坯。所述远红外透光坯体的化学组成可包括：以质量百分比计，SiO2：67-72％，Al2O3：15-20％，碱金属氧化物：4-9％。
作为示例，所述远红外透光坯体的化学组成包括：以质量百分比计，烧失：2-5％，SiO2：67-72％，Al2O3：15-20％，Fe2O3：0.2-0.3％，TiO2：0.02-0.05％，CaO：0.5-1％，MgO：0.2-0.5％，K2O：2.5-5％，Na2O：1-2％，La2O3：7-9ppm，CeO2：17-20ppm，Nd2O3：4-6ppm，Sm2O3：0.5-2ppm，Eu2O3：0.15-0.35ppm，Gd2O3：0.5-1.5ppm，Tb4O7：0.05-0.15ppm，Ho2O3：0.1-0.15ppm，Er2O3：0.2-0.3ppm，Tm2O3：0.02-0.5ppm，Yb2O3：0.2-0.3ppm，Lu2O3：0-0.1ppm，Y2O3：3-5ppm。
将砖坯干燥。上述干燥时间可为0.5-1h。干燥坯的水分控制在0.3-0.6wt％以内。
一些实施方式中，远红外透光坯体的气孔大小为5-15μm，气孔率为10-20％。所述远红外透光坯体的体密度为2.36-2.4g/cm3，抗折强度55-60MPa。
可在干燥后的砖坯表面施面釉。面釉的作用是利于图案发色。
所述面釉的化学组成可包括：以质量百分比计，SiO2：61-65％、Al2O3：19-23％、碱金属氧化物：6-8％、ZrO2：3.2-9.6％。一些实施方式中，所述面釉的化学组成可包括：以质量百分比计，以质量百分比计，SiO2：61.9-64.15％、Al2O3：19.78-22.08％、Fe2O3：0.22-0.4％、TiO2：0.15-0.25％、CaO：0.2-0.4％、MgO：0.1-0.2％、K2O：3-4％、Na2O：3.15-3.77％、ZrO2：3.2-9.6％、烧失：1.5-2％。
所述面釉的施加方式可为喷釉或者数码打印。例如，所述面釉的比重1.15-1.4g/cm3，施釉量100-200g/m2。将面釉的施釉量控制在该较少范围，利于保持远红外透光陶瓷板的透光性。
在施加面釉后的砖坯表面喷墨打印图案。可以采用数码喷墨打印机印花。使用的陶瓷墨水主要有蓝色、棕色、桔黄色、柠檬黄、黑色、红色等。喷墨打印图案的颜色和图案依照版面设计效果而变化。
在喷墨打印图案后的砖坯表面施保护釉。
所述保护釉的化学组成可包括：以质量百分比计，SiO2：45-50％、Al2O3：18-22％、碱土金属氧化物：14-20％、ZnO：2-4％、碱金属氧化物：5-7％。一些实施方式中，所述保护釉的化学组成包括：以质量百分比计，SiO2：45-50％、Al2O3：18-22％、Fe2O3：0.08-0.15％、TiO2：0.1-0.2％、CaO：0.1-0.3％、MgO：4-6％、BaO:10-13％、ZnO：2-4％、K2O：4-5％、Na2O：1-2％、烧失：4-6％。
所述保护釉的施加方式为喷釉，比重1.1-1.3g/cm3，施釉量100-300g/m2。将保护釉的施釉量控制在该较少范围，同样利于保持远红外透光陶瓷板的透光性。
将施保护釉后的砖坯干燥。干燥温度可为200-250℃，干燥后水分控制在0.3-0.6％以内。
将干燥后的坯体烧成。最高烧成温度为1210-1240℃，烧成周期为60-80min。
烧成后的远红外透光陶瓷板物相组成包括：以质量百分比计，玻璃相65-75％和石英20-25％。
本发明的远红外透光陶瓷板，采用高钾和含有多种稀土元素的乌兰茶晶石得到远红外透光陶瓷板，具有烧成范围较宽、透光性好、具有较高远红外辐射率的特点(远红外辐射率≥0.87)。又，可采用数码喷面釉和保护釉的方式降低釉料对陶瓷板透光性的影响。
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
(1)称料：按照远红外透光坯体的原料配方进行称料。其中，坯体配方包括：以质量百分比计，粘土：22％-30％，高温砂：5-10％，乌兰茶晶石：30-50％，钾长石30-40％。坯体的化学组成包括：以质量百分比计，烧失：2-5％，SiO2：67-72％，Al2O3：15-20％，Fe2O3：0.2-0.3％，TiO2：0.02-0.05％，CaO：0.5-1％，MgO：0.2-0.5％，K2O：2.5-5％，Na2O：1-2％，La2O3：7-9ppm，CeO2：17-20ppm，Nd2O3：4-6ppm，Sm2O3：0.5-2ppm，Eu2O3：0.15-0.35ppm，Gd2O3：0.5-1.5ppm，Tb4O7：0.05-0.15ppm，Ho2O3：0.1-0.15ppm，Er2O3：0.2-0.3ppm，Tm2O3：0.02-0.5ppm，Yb2O3：0.2-0.3ppm，Lu2O3：0-0.1ppm，Y2O3：3-5ppm。
(2)将称料后的原料球磨、喷粉造粒以形成坯体粉料，并利用坯体粉料压机压制，得到陶瓷坯体。
(3)将陶瓷坯体干燥。
(4)在干燥后的陶瓷坯体表面喷数码面釉(也可以称为“面釉”)。所述面釉的化学组成包括：以质量百分比计：以质量百分比计，SiO2：61.9-64.15％、Al2O3：19.78-22.08％、Fe2O3：0.22-0.4％、TiO2：0.15-0.25％、CaO：0.2-0.4％、MgO：0.1-0.2％、K2O：3-4％、Na2O：3.15-3.77％、ZrO2：3.2-9.6％、烧失：1.5-2％。所述面釉的施加方式为喷釉，比重1.15-1.4g/cm3，施釉量100-200g/m2。
(5)在喷数码面釉后的坯体表面喷墨打印设计图案。
(6)在喷墨打印设计图案后的坯体表面施保护釉。所述保护釉的化学组成包括：以质量百分比计，SiO2：45-50％、Al2O3：18-22％、Fe2O3：0.08-0.15％、TiO2：0.1-0.2％、CaO：0.1-0.3％、MgO：4-6％、BaO：10-13％、ZnO：2-4％、K2O：4-5％、Na2O：1-2％、烧失：4-6％。所述保护釉的施加方式为喷釉，比重1.1-1.3g/cm3，施釉量100-300g/m2。
(7)将施保护釉的坯体干燥。
(8)入窑烧成以形成陶瓷板。最高烧成温度1210-1240℃、烧成周期60-80min。
(9)将烧成后的陶瓷板抛光，随后打包入库。
远红外辐射率测试：把被测量样品置于测量托盘上，要求测量砖坯上表面与检测仪器基座的距离为15.5mm，当距离不够时需使用不同厚度的砖坯将样品垫高直至测量砖坯上表面与检测仪器基座的距离为15.5mm，试样放好3秒钟后按E键，待下方指示灯亮，即可读出试样的发射率值。需要取5个样品分别测试，求其平均值即为陶瓷板样品的8～14μm波段的远红外发射率值。透光率测试：提升接收探头，将被测物质置于发光探头上并将中心孔对准发光孔，放开接收探头使其自然下沉紧贴被测样品，显示数据即为被测物的光密度和透光率的值。依次5个样的透光率测试，透光率应取5个测试样结果的平均值。经过测试，实施例1所得远红外透光陶瓷板的远红外发射率为0.88，透光率为3.0％。
对比例1
与实施例1基本相同，区别仅在于：将步骤(1)坯体配方中的乌兰茶晶石替换为白度和乌兰茶晶石接近的低温砂。经测试，陶瓷板的透光率仍在3.0％左右，但是远红外发射率低于0.80。
对比例2
与实施例1基本相同，区别仅在于：将步骤(1)坯体配方中的钾长石部分替换为沸石。坯体配方包括：以质量百分比计，粘土：22-30％，高温砂：5-10％，乌兰茶晶石：30-50％，沸石15-25％，钾长石15-20％。该对比例陶瓷坯体的气孔大小在50μm左右，体密度大小2.0-2.23g/cm3，抗折强度35-45MPa。这是由于沸石具有均匀气孔的网状结构，其结晶水含量达到20％，在烧成过程中，沸石的结晶水分解排除，在坯体内形成小气孔，随着温度的升高，部分的小气孔闭合，同时部分气孔连通的为大气孔；随着温度继续升高，沸石与配方中的其他助熔物质形成大量的液相，将这些气孔包裹起来，阻止气孔继续排除，同时随着温度的升高，气孔中气体膨胀，使得间隔较小的气孔冲破气孔之间的液相形成大孔。
对比例3
与实施例1基本相同，区别仅在于：将步骤(1)坯体配方替换为高钙配方体系。具体地，坯体配方包括：以质量百分比计，粘土20-40％、乌兰茶晶石30-40％、高温砂20-30％、硅灰石：10-20％。该对比例陶瓷坯体的气孔率为15-25％，大小为15-25μm。严重时烧成后的陶瓷砖出现卷边现象(参见图4)。
对比例4
与实施例1基本相同，区别仅在于：坯体配方包括：以质量百分比计，粘土：30-50％，乌兰茶晶石:30-40％，钾长石：10-40％。经测试，陶瓷板的透光率仅为1.5％。这是因为该配方中粘土含量过多，导致粘土中高岭土反应生成莫来石(莫来石的折射率较大)，最终导致透光率降低。

Claims (10)

1.一种远红外透光陶瓷板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照远红外透光坯体的原料组成进行称料并混合均匀以获得坯体粉料；远红外透光坯体的原料组成包括：以质量百分比计，粘土：22-30%，高温砂：5-10%，乌兰茶晶长石：30-50%，钾长石30-40%；将坯体粉料压制成型以形成坯体，并将坯体烧成获得远红外透光陶瓷板。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，较佳地，所述远红外透光陶瓷板的物相组成包括：以质量百分比计，玻璃相65-75%和石英20-25%。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述远红外透光坯体的化学组成包括：以质量百分比计，SiO2：67-72%，Al2O3：15-20%，碱金属氧化物：4-9%；优选地，所述远红外透光坯体中碱土金属氧化物的含量在2%以下；更优选地，所述远红外透光坯体的化学组成还包括：以质量百分比计，La2O3：7-9ppm，CeO2：17-20ppm，Nd2O3：4-6ppm，Sm2O3：0.5-2ppm，Eu2O3：0.15-0.35ppm，Gd2O3：0.5-1.5ppm，Tb4O7：0.05-0.15ppm，Ho2O3：0.1-0.15ppm，Er2O3：0.2-0.3ppm，Tm2O3：0.02-0.5ppm，Yb2O3：0.2-0.3ppm，Lu2O3：0-0.1ppm，Y2O3：3-5ppm。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，最高烧成温度为1210-1240℃，烧成周期为60-80min。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述远红外透光坯体的气孔率为10-20%，气孔大小为5-15μm。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述远红外透光坯体的体密度为2.36-2.40g/cm3，抗折强度为55-60MPa。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的制备方法，其特征在于，烧成前在远红外透光坯体表面依次施面釉、喷墨打印设计图案和施保护釉。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述面釉的化学组成包括：以质量百分比计，SiO2：61-65%、Al2O3：19-23%、碱金属氧化物：6-8%、ZrO2：3.2-9.6%；优选地，所述面釉的施加方式为喷釉，比重1.15-1.4 g/cm3，施釉量100-200 g/m2。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述保护釉的化学组成包括：以质量百分比计，SiO2：45-50%、Al2O3：18-22%、碱土金属氧化物：14-20%、ZnO：2-4%、碱金属氧化物：5-7%；优选地，所述保护釉的施加方式为喷釉，比重1.1-1.3 g/cm3，施釉量100-300g/m2。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的制备方法获得的远红外透光陶瓷板，其特征在于，所述远红外透光陶瓷板的远红外辐射率在0.87以上，透光率在2.5%以上。
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