CN112645733B

CN112645733B - 一种含釉的具有梯度孔结构的闭孔泡沫陶瓷及其制备方法

Info

Publication number: CN112645733B
Application number: CN202110165792.8A
Authority: CN
Inventors: 石纪军; 孙国梁
Original assignee: Jingdezhen Ceramic Institute
Current assignee: Jingdezhen Ceramic Institute
Priority date: 2021-02-06
Filing date: 2021-02-06
Publication date: 2022-08-02
Anticipated expiration: 2041-02-06
Also published as: CN112645733A

Abstract

本发明涉及一种含釉的具有梯度孔结构的闭孔泡沫陶瓷及其制备方法，所述闭孔泡沫陶瓷由底部的多孔层和顶部的釉层构成，其所述多孔层的孔隙率由下到上逐步降低，密度逐层增加，所述闭孔泡沫陶瓷的平均孔隙率为85.3～88.1%、体积密度为0.25～0.30g/cm³、抗压强度为1.63～2.28MPa。本发明制备的闭孔泡沫陶瓷，气孔率高，导热系数小，具有很好的保温隔热效果，应用于建筑，可以大大降低夏季空调和冬天取暖的能耗，同时该材料还具有良好的隔音效果，实现了保温隔热和降噪等多功能于一体，是环境友好型建筑材料，因此具有广阔的市场前景。

Description

一种含釉的具有梯度孔结构的闭孔泡沫陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明涉及环境陶瓷材料技术领域，特别是一种含釉的具有梯度孔结构的闭孔泡沫陶瓷及其制备方法。

背景技术

建筑节能是一种有效的节能方式，它能缓解能源紧张并解决社会经济发展与能源供应不足之间的矛盾。如何降低建筑能耗，提高节能比例已经成为我国建筑行业迫切解决的问题。墙体材料的保温隔热势必成为建筑节能的首要任务，开发并应用高效的保温隔热墙体材料是保证建筑绿色节能的行之有效的方法。

闭孔泡沫陶瓷是由气孔率大于80%的闭口陶瓷气泡构成的陶瓷材料。采用普通天然矿物原料经粉碎、成型和烧成而得到的具有不燃烧、不透水、无毒、不老化、抗侵蚀、抗冻融特性的超轻质新型生态材料，集高效保温、隔热、防火、隔水、降噪和可漂浮等功能于一体，可广泛应用于建筑、交通、石化、轻工等诸多领域。如建筑的墙体、屋顶与外墙的保温、隔热、隔声和防潮。建筑防火隔离带。各种防火板、娱乐场所防火装饰板、防火门；高架轻轨、高速公路的隔声，地铁隧道墙的防渗；高温设备、热工管道、石化容器的保温、保冷；以及水上工程中的漂浮、地下管道工程的保冷、防渗。由此可知闭孔泡沫陶瓷是当前我国建筑等领域的急需材料，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单、成本低廉、品质优良的一种含釉的具有梯度孔结构的闭孔泡沫陶瓷及其制备方法。

本发明的技术方案是：一种含釉的具有梯度孔结构的闭孔泡沫陶瓷，其特征在于：所述闭孔泡沫陶瓷由底部的多孔层和顶部的釉层构成，其所述多孔层的孔隙率由下到上逐步降低，密度逐层提高，所述闭孔泡沫陶瓷的平均孔隙率为85.3～88.1%、体积密度为0.25～0.30g/cm³、抗压强度为1.63～2.28MPa。

所述多孔层所用原料的重量百分比组成为：砂岩30～35%、红土25～30%、煤矸石25～30%、黑泥10～15%，外加辅料5～10%。

所述辅料由烧结助剂和发泡剂按重量比20～50︰1构成。

所述烧结助剂为萤石、磷酸钙、硼酸钙中的一种或几种的平均混合物，所述发泡剂为白云石、Ni₂O₃、MnO₂、Fe₂O₃、SiC中的一种或几种的平均混合物。

所述釉层所用原料的重量百分比组成为：煤矸石50～65%、砂岩15～25%、钾长石10～15%、滑石5～10%、色料0.2～1%。

所述闭孔泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：将多孔层所用原料按外加辅料的数量由多至少分成1～4种，然后分别经研磨、过250目筛、造粒后备用；

步骤二：将釉层所用原料经称量、球磨、过325目筛、干燥后备用；

步骤三：先将第1种多孔层原料平铺于刷有氧化铝浆料的平面莫来石窑具上形成第一层，窑具四周用表面涂有氧化铝浆料的莫来石板围住，然后将第2种、第3种和第4种多孔层原料依次铺平在第1种多孔层原料上形成第二层、第三层、第四层，再将釉层所用原料均匀布料在第四层多孔层原料上；

步骤四：将盛装有多孔层和釉层所用原料的莫来石窑具送入窑炉高温烧成，获得含釉的具有梯度孔结构的闭孔泡沫陶瓷。

所述步骤三中第一层多孔层原料的厚度为50～80mm、密度为0.23～0.28g/cm³，第二层多孔层原料的厚度为8～10mm、密度为0.40~0.45g/cm³，第三层多孔层原料的厚度为8～10mm、密度为0.58~0.68g/cm³，第四层多孔层原料的厚度为8～10mm、密度为0.85~0.93g/cm³，釉层的厚度为2mm。

所述步骤一中多孔层所用原料1～4种中外加辅料的重量百分比分别为10%、8%、6%、5%。

所述步骤四中高温烧成的烧成制度为：室温至850℃，升温速率为6℃/min，在850℃保温30min；850℃升温至烧成温度1100～1160℃，升温速率为10℃/min，在烧成温度下保温30min，然后自然冷却至室温。

所述步骤三中釉层内可以形成不同的图案和颜色。所述砂岩、红土、煤矸石、黑泥的主要化学组成为：

砂岩：SiO₂ 38.38%、Al₂O₃12.29%、Fe₂O₃ 3.51%、CaO 21.40%、MgO 0.63%、K₂O2.04%、Na₂O 0.19%，烧失量21.56%；

红土：SiO₂ 64.81%、Al₂O₃ 15.80%、Fe₂O₃5.87%、CaO 1.07%、MgO 1.48%、K₂O2.74%、Na₂O 1.11%，烧失量7.12%；

煤矸石：SiO₂ 34.73%、Al₂O₃ 19.94%、Fe₂O₃ 4.40%、CaO 0.31%、MgO 0.35%、K₂O0.90%、Na₂O 0.16%，烧失量39.21%；

黑泥：SiO₂ 66.35%、Al₂O₃ 2.67%、Fe₂O₃ 0.86%、CaO 0.09%、MgO 23.31%、K₂O0.24%、Na₂O 0.22%，烧失量6.26%。

本发明通过在泡沫陶瓷中生成四层不同孔隙率的渐变结构，使得第一层可以得到高孔隙率（大于85%）的闭孔结构，并且这种闭孔结构的厚度占主导地位，不仅可以大大减轻材料的重量，而且与釉接触的界面的多孔层致密度较高，提高多孔层与釉层的结合紧密，同时提高该闭孔泡沫陶瓷的保温隔热性能。

另外，本发明采用砂岩、红土、煤矸石为原料，砂岩提供了SiO₂，Al₂O₃，CaO，Fe₂O₃等；红土除了提供SiO₂，Al₂O₃，Fe₂O₃，还有一些熔剂；煤矸石烧失量大，含有高岭土成分，主要提供Al₂O₃和SiO₂，将这些废弃物应用于闭孔泡沫陶瓷的制备，达到变废为宝的目的。

本发明制备的闭孔泡沫陶瓷，气孔率高，导热系数小，具有很好的保温隔热效果，应用于建筑，可以大大降低夏季空调和冬天取暖的能耗，同时该材料还具有良好的隔音效果，实现了保温隔热和降噪等多功能于一体，是环境友好型建筑材料，因此具有广阔的市场前景。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明、为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对本发明进行详细说明：

实施例1

一种含釉的具有梯度孔结构的闭孔泡沫陶瓷，所述闭孔泡沫陶瓷由底部的多孔层和顶部的釉层构成，其所述多孔层的孔隙率由下到上逐步降低，所述闭孔泡沫陶瓷的平均孔隙率为85.6%、体积密度为0.29g/cm³、抗压强度为2.28MPa。

所述闭孔泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

所述步骤三中第一层多孔层原料的厚度为50mm，第二层多孔层原料的厚度为8mm，第三层多孔层原料的厚度为8mm，第四层多孔层原料的厚度为8mm，釉层的厚度为2mm。

所述步骤四中高温烧成的烧成制度为：室温至850℃，升温速率为6℃/min，在850℃保温30min；850℃升温至烧成温度1100℃，升温速率为10℃/min，在烧成温度下保温30min，然后自然冷却至室温。

所述第1种多孔层所用原料的重量百分比组成为：砂岩30%、红土30%、煤矸石25%、黑泥15%，外加辅料10%；

所述第2种多孔层所用原料的重量百分比组成为：砂岩30%、红土30%、煤矸石25%、黑泥15%，外加辅料8%；

所述第3种多孔层所用原料的重量百分比组成为：砂岩30%、红土30%、煤矸石25%、黑泥15%，外加辅料6%；

所述第4种多孔层所用原料的重量百分比组成为：砂岩30%、红土30%、煤矸石25%、黑泥15%，外加辅料5%。

所述辅料由烧结助剂和发泡剂按重量比25︰1构成。

所述烧结助剂为萤石。

所述发泡剂为白云石。

所述釉层所用原料的重量百分比组成为：煤矸石50%、砂岩25%、钾长石15%、滑石9.8%、色料0.2%。

所述步骤三中釉层内可通过色料形成不同色彩的图案。

实施例2

一种含釉的具有梯度孔结构的闭孔泡沫陶瓷，所述闭孔泡沫陶瓷由底部的多孔层和顶部的釉层构成，其所述多孔层的孔隙率由下到上逐步降低，所述闭孔泡沫陶瓷的平均孔隙率为86.4%、体积密度为0.28g/cm³、抗压强度为1.98MPa。

所述闭孔泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤三：先将第1种多孔层原料平铺于刷有氧化铝浆料的平面莫来石窑具上形成第一层，窑具四周用莫来石板围住并且涂有氧化铝浆料，然后将第2种、第3种和第4种多孔层原料依次铺平在第1种多孔层原料上形成第二层、第三层、第四层，再将釉层所用原料均匀布料在第四层多孔层原料上；

所述步骤三中第一层多孔层原料的厚度为60mm，第二层多孔层原料的厚度为9mm，第三层多孔层原料的厚度为9mm，第四层多孔层原料的厚度为9mm，釉层的厚度为2mm。

所述步骤四中高温烧成的烧成制度为：室温至850℃，升温速率为6℃/min，在850℃保温30min；850℃升温至烧成温度1120℃，升温速率为10℃/min，在烧成温度下保温30min，然后自然冷却至室温。

所述第1种多孔层所用原料的重量百分比组成为：砂岩32%、红土28%、煤矸石27%、黑泥13%，外加辅料10%；

所述第2种多孔层所用原料的重量百分比组成为：砂岩32%、红土28%、煤矸石27%、黑泥13%，外加辅料8%；

所述第3种多孔层所用原料的重量百分比组成为：砂岩32%、红土28%、煤矸石27%、黑泥13%，外加辅料6%；

所述第4种多孔层所用原料的重量百分比组成为：砂岩32%、红土28%、煤矸石27%、黑泥13%，外加辅料5%。

所述辅料由烧结助剂和发泡剂按重量比35︰1构成。

所述烧结助剂为磷酸钙。

所述发泡剂为Ni₂O₃。

所述釉层所用原料的重量百分比组成为：煤矸石58%、砂岩20%、钾长石15%、滑石6.5%、色料0.5%。

所述步骤三中釉层内可通过色料形成不同色彩的图案。

实施例3

一种含釉的具有梯度孔结构的闭孔泡沫陶瓷，所述闭孔泡沫陶瓷由底部的多孔层和顶部的釉层构成，其所述多孔层的孔隙率由下到上逐步降低，所述闭孔泡沫陶瓷的平均孔隙率为87.3%、体积密度为0.27g/cm³、抗压强度为1.75MPa。

所述闭孔泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

所述步骤三中第一层多孔层原料的厚度为70mm，第二层多孔层原料的厚度为10mm，第三层多孔层原料的厚度为10mm，第四层多孔层原料的厚度为10mm，釉层的厚度为2mm。

所述步骤四中高温烧成的烧成制度为：室温至850℃，升温速率为6℃/min，在850℃保温30min；850℃升温至烧成温度1140℃，升温速率为10℃/min，在烧成温度下保温30min，然后自然冷却至室温。

所述第1种多孔层所用原料的重量百分比组成为：砂岩33%、红土27%、煤矸石28%、黑泥12%，外加辅料10%；

所述第2种多孔层所用原料的重量百分比组成为：砂岩33%、红土27%、煤矸石28%、黑泥12%，外加辅料8%；

所述第3种多孔层所用原料的重量百分比组成为：砂岩33%、红土27%、煤矸石28%、黑泥12%，外加辅料6%；

所述第4种多孔层所用原料的重量百分比组成为：砂岩33%、红土27%、煤矸石28%、黑泥12%，外加辅料5%。

所述辅料由烧结助剂和发泡剂按重量比45︰1构成。

所述烧结助剂为硼酸钙。

所述发泡剂为MnO₂。

所述釉层所用原料的重量百分比组成为：煤矸石65%、砂岩15%、钾长石12%、滑石7.2%、色料0.8%。

所述步骤三中釉层内可通过色料形成不同色彩的图案。

实施例4

一种含釉的具有梯度孔结构的闭孔泡沫陶瓷，所述闭孔泡沫陶瓷由底部的多孔层和顶部的釉层构成，其所述多孔层的孔隙率由下到上逐步降低，所述闭孔泡沫陶瓷的平均孔隙率为87.7%、体积密度为0.26g/cm³、抗压强度为1.69MPa。

所述闭孔泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

所述步骤三中第一层多孔层原料的厚度为70mm，第二层多孔层原料的厚度为9mm，第三层多孔层原料的厚度为9mm，第四层多孔层原料的厚度为9mm，釉层的厚度为2mm。

所述步骤四中高温烧成的烧成制度为：室温至850℃，升温速率为6℃/min，在850℃保温30min；850℃升温至烧成温度1160℃，升温速率为10℃/min，在烧成温度下保温30min，然后自然冷却至室温。

所述第1种多孔层所用原料的重量百分比组成为：砂岩35%、红土25%、煤矸石30%、黑泥10%，外加辅料10%；

所述第2种多孔层所用原料的重量百分比组成为：砂岩35%、红土25%、煤矸石30%、黑泥10%，外加辅料8%；

所述第3种多孔层所用原料的重量百分比组成为：砂岩35%、红土25%、煤矸石30%、黑泥10%，外加辅料6%；

所述第4种多孔层所用原料的重量百分比组成为：砂岩35%、红土25%、煤矸石30%、黑泥10%，外加辅料5%。

所述辅料由烧结助剂和发泡剂按重量比50︰1构成。

所述烧结助剂为萤石、磷酸钙、硼酸钙的平均混合物。

所述发泡剂为白云石、Fe₂O₃、SiC的平均混合物。

所述釉层所用原料的重量百分比组成为：煤矸石53%、砂岩24%、钾长石12%、滑石10%、色料1%。

所述步骤三中釉层内可通过色料形成不同色彩的图案。

Claims

1.一种含釉的具有梯度孔结构的闭孔泡沫陶瓷，其特征在于：所述闭孔泡沫陶瓷由底部的多孔层和顶部的釉层构成，其所述多孔层的孔隙率由下到上逐步降低，密度逐层提高，所述闭孔泡沫陶瓷的平均孔隙率为85.3～88.1%、体积密度为0.25～0.30g/cm³、抗压强度为1.63～2.28MPa；

所述多孔层所用原料的重量百分比组成为：砂岩30～35%、红土25～30%、煤矸石25～30%、黑泥10～15%，外加辅料5～10%；

所述釉层所用原料的重量百分比组成为：煤矸石50～65%、砂岩15～25%、钾长石10～15%、滑石5～10%、色料0.2～1%；

所述闭孔泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将多孔层所用原料按外加辅料的数量由多至少分成第1～4种，然后分别经研磨、过250目筛、造粒后备用；

步骤四：将盛装有多孔层和釉层所用原料的莫来石窑具送入窑炉高温烧成，获得含釉的具有梯度孔结构的闭孔泡沫陶瓷；

所述步骤三中第一层多孔层原料的厚度为50～80mm、密度为0.23~0.28g/cm³，第二层多孔层原料的厚度为8～10mm、密度为0.40~0.45g/cm³，第三层多孔层原料的厚度为8～10mm、密度为0.58~0.68g/cm³，第四层多孔层原料的厚度为8～10mm、密度为0.85~0.93g/cm³，釉层的厚度为2mm；

所述步骤一中多孔层所用原料第1～4种中外加辅料的重量百分比分别为10%、8%、6%、5%；

所述步骤四中高温烧成的烧成制度为：室温至850℃，升温速率为6℃/min，在850℃保温30min；850℃升温至烧成温度1100～1160℃，升温速率为10℃/min，在烧成温度下保温30min，然后自然冷却至室温；

所述砂岩、红土、煤矸石、黑泥的主要化学组成为：

砂岩：SiO₂ 38.38%、Al₂O₃12.29%、Fe₂O₃ 3.51%、CaO 21.40%、MgO 0.63%、K₂O 2.04%、Na₂O 0.19%，烧失量21.56%；

红土：SiO₂ 64.81%、Al₂O₃ 15.80%、Fe₂O₃5.87%、CaO 1.07%、MgO 1.48%、K₂O 2.74%、Na₂O1.11%，烧失量7.12%；

煤矸石：SiO₂ 34.73%、Al₂O₃ 19.94%、Fe₂O₃ 4.40%、CaO 0.31%、MgO 0.35%、K₂O 0.90%、Na₂O 0.16%，烧失量39.21%；

黑泥：SiO₂ 66.35%、Al₂O₃ 2.67%、Fe₂O₃ 0.86%、CaO 0.09%、MgO 23.31%、K₂O 0.24%、Na₂O0.22%，烧失量6.26%。

2.根据权利要求1所述的闭孔泡沫陶瓷，其特征在于：所述辅料由烧结助剂和发泡剂按重量比20～50︰1构成。

3.根据权利要求2所述的闭孔泡沫陶瓷，其特征在于：所述烧结助剂为萤石、磷酸钙、硼酸钙中的一种或几种的平均混合物，所述发泡剂为白云石、Ni₂O₃、MnO₂、Fe₂O₃、SiC中的一种或几种的平均混合物。

4.根据权利要求1所述的闭孔泡沫陶瓷，其特征在于：所述步骤三中釉层内可以形成不同的图案和颜色。