CN112759368A - 一种稀土氧化物增强增韧陶瓷岩板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，公开了一种稀土氧化物增强增韧陶瓷岩板及其制备方法，所述岩板包括如下质量份数的原料：高岭土30‑45份、铝矾土10‑35份、长石15‑25份、滑石0‑5份、石英15‑25份、稀土氧化物0.1‑10份。本发明的稀土氧化物增强增韧陶瓷岩板将稀土氧化物(氧化钇、氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钐等)和岩板基体粉体充分混合，通过造粒、压制、烧成制备岩板，显著提高了岩板的抗弯强度和韧性，相比不添加稀土氧化物的岩板，本发明所得岩板抗弯强度增加了45％以上。

Description

一种稀土氧化物增强增韧陶瓷岩板及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种稀土氧化物增强增韧陶瓷岩板及其制备方法。
背景技术
21世纪的今天，能源与环境问题已成为制约人类社会可持续发展的突出问题。提高能源利用效率、优化各方产业结构，已成为促进社会健康发展的必要选择。
为响应国家标准对陶瓷砖材料厚度的限定，建筑陶瓷材料朝着轻质化、薄型化和环保化的新型装饰材料方向发展，有利于淘汰产业结构中的落后产能，优化产能结构，符合绿色发展理念。在把建筑陶瓷材料做薄做轻的同时，还需要保证材料本身力学性能不下降，成为了建筑陶瓷材料研究的重点。
轻薄化新型岩板厚度薄(3mm左右)，面积大(2400mm*1200mm、3200mm*1600mm)，在加工、运输及使用过程中还存在较多待解决的技术问题。例如：机械强度不高容易在加工、运输和使用过程中出现破碎等问题。随着家居装饰及公共场所装饰建材对安全要求的提高，岩板材料的强度和韧性需要相应提高。
现有涉及到提高岩板强度的文献和专利，主要分为两类：一是利用具有优良性能的材料与烧成的岩板结合形成多层复合结构(例如CN108396929A、CN110330324A等)。二是通过成分比例调整、优化烧成工艺以制备性能良好的陶瓷岩板(例如CN110981415A)。但这种方式对力学性能的提升较为有限，难以满足高强高韧岩板的需要。在诸多的岩板增强增韧的策略及方法中，还未提及采用稀土氧化物进行岩板增强增韧的报道。
岩板本身是一种由氧化铝、二氧化硅为主要成分的陶瓷，还包含氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠等复杂体系，这和已报道的陶瓷组成差异较大，稀土对其增强增韧机理也不尽相同。由高岭石、铝矾土、长石、滑石、石英等天然原料经过特殊工艺产出岩板粉料，经过万吨级压机压制，得到的生坯表面再进行布施底釉、喷墨装饰、布施保护釉，然后烧制成型，最后经过冷却、磨边、抛光、打蜡，得到岩板最终产品。根据需求可以喷墨装饰各种颜色以及各种图案，满足不同风格设计要求，从家具陈设到公共装饰多方面均可应用。
发明内容
本发明针对现有技术中技术问题，本发明提供了一种稀土氧化物增强增韧陶瓷岩板及其制备方法，解决了现有技术和策略中对岩板力学性能提升不明显，以及制备方法工序复杂等问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
根据本发明的第一方面，提供了一种稀土氧化物增强增韧陶瓷岩板，所述岩板包括以下质量份数的原料：高岭土30-45份、铝矾土10-35份、长石15-25份、滑石0-5份、石英15-25份、稀土氧化物0.1-10份；优选地，稀土氧化物质量份数0.5-6份。
本发明利用稀土离子半径较大，与氧配位能力强的特性，其与岩板基体的氧化物均能够形成化学键，稀土氧化物的添加在空间形成网络结构，在岩板结构中稀土原子自身迁移阻力大，迁移需要消耗更大的能量，同时也阻碍其他离子迁移，降低了晶界迁移速率,抑制晶粒生长,有利于致密结构的形成，从而达到提高岩板强度和韧性的目的。
进一步地，所述稀土氧化物为氧化钇、氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钐中的一种或多种。
进一步地，所述稀土氧化物(氧化钇、氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钐)纯度≥99％，粒径为1～15μm。
由于稀土氧化物与基体结合与分散效果直接相关，稀土氧化物粒径太大无法较好发挥增强效果。因此，本发明很有必要对其粒度和纯度进行限定。
进一步地，所述稀土氧化物增强增韧陶瓷岩板的厚度为4～20mm。
根据本发明的第二方面，上述稀土氧化物增强增韧陶瓷岩板的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
S1：将原料粉体混合，在混合料中加入水，球磨混合5h～24h配制成固含量按质量百分比计为45％～65％的混合浆料；
S2：将所述混合浆料经过喷雾干燥造粒，得到具有一定流动性的球形颗粒粉料并过筛，陈腐，得到含水率按质量百分比计为3％～15％的生坯粉料；
S3：将得到的生坯粉料进行压机压制成型，得到生坯，干燥；
S4：在干燥后的生坯表面进行处理：依次布施底釉、喷墨装饰、布施保护釉面，之后烧制成型，再经过冷却、磨边、抛光、打蜡，得到所述岩板。
进一步地，步骤S2中，所述生坯粉料的颗粒级配控制按质量百分比计为：10目以上颗粒≤0.5％、40％≤30目≤80％、100目以下颗粒≤5％。
进一步地，步骤S4中，所述烧制成型的烧结温度为1150℃～1250℃，烧成时间为60～180min。
本发明相比现有技术的先进性在于：
1)本发明的稀土氧化物增强增韧陶瓷岩板包括稀土氧化物和岩板原料粉体：稀土氧化物的少量添加便可带来力学性能的较大提高，例如1.5wt％的Y2O3添加量即可提高抗弯强度45％以上。
2)本发明的稀土氧化物包括氧化钇、氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钐的一种或多种。
3)本发明的制备方法将稀土氧化物和岩板原料粉体充分混合，重新造粒，粉料经过万吨级压机压制，得到的生坯表面再进行布施底釉、喷墨装饰、布施保护釉，然后烧制成型，最后经过冷却、磨边、抛光、打蜡，得到岩板最终产品。为保证增韧效果，采用足够的混料时间(达到5h或以上)，确保稀土氧化物均匀分散。
4)本发明的制备方法中，稀土氧化物的添加工艺简单，易于操作，无须额外的生产工艺流程，且少量添加便可带来力学性能的较大提高。
本发明的原料、原料配比结合制备工艺显著提高了岩板的抗弯强度和韧性，相比不添加稀土氧化物的陶瓷岩板抗弯强度增加了45％以上。
本发明的岩板为高强度高韧性陶瓷岩板，可以用在家居装饰、公共场所等区域，满足安全要求。
附图说明
从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：
图1为本发明实施例1所得稀土氧化物增强增韧陶瓷岩板的岩板截面通过扫描电镜显示的形貌(放大1000倍)；
图2为本发明对比例1所得陶瓷岩板通过扫描电镜显示的截面形貌(放大1000倍)。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种稀土氧化物增强增韧陶瓷岩板，包括如下质量份数的原料：高岭土39份、铝矾土19份、长石20份、滑石2份、石英16份和氧化钇4份；其中氧化钇纯度≥99.5％，粒径为6μm，该岩板的制备方法如下：
S1：在高岭土、铝矾土、长石、滑石、石英和氧化钇混合料中加入水，球磨混合10h配制成固含量为55％的混合浆料；
S2：将所述混合浆料经过喷雾干燥造粒，得到具有一定流动性的球形颗粒粉料并过筛，得到粒度分布在40％≤30目≤80％之间的颗粒粉料，陈腐2天，得到含水率为7％的生坯粉料；
S3：将得到的生坯粉料进行压机压制成型，得到生坯，干燥；
S4：在干燥后的生坯表面进行处理，布施底釉、喷墨装饰、布施保护釉面，之后烧制成型，烧制温度为1180℃，烧结时间为120min，再经过冷却、磨边、抛光、打蜡，得到所述岩板。
所得岩板厚度为4.8mm，吸水率为0.06，密度为2.47g/cm3，抗弯强度为98.12MPa。
图1为本施例1所得稀土氧化物增强增韧陶瓷岩板的岩板截面通过扫描电镜显示的形貌，从图中可以看出，岩板截面致密、无孔洞和空隙。
实施例2
一种稀土氧化物增强增韧陶瓷岩板，包括如下质量份数的原料：高岭土30份、铝矾土35份、长石15份、石英18份、氧化钇1份和氧化镧1份；其中氧化钇和氧化镧纯度≥99.0％，粒径为1μm。该岩板的制备方法如下：
S1：在高岭土、铝矾土、长石、滑石、石英、氧化钇和氧化镧混合料中加水，球磨混合12h配制成固含量为45％的混合浆料；
S2：将所述混合浆料经过喷雾干燥造粒，得到具有一定流动性的球形颗粒粉料并过筛，得到粒度分布在40％≤30目≤80％之间的颗粒粉料，陈腐2天，得到含水率为3％的生坯粉料；
S3：将得到的生坯粉料进行压机压制成型，得到生坯，干燥；
S4：在干燥后的生坯表面进行处理，布施底釉、喷墨装饰、布施保护釉面，之后烧制成型，烧制温度为1200℃，烧结时间为60min，再经过冷却、磨边、抛光、打蜡，得到所述岩板。
所得岩板厚度为8mm，吸水率为0.08，密度为2.51g/cm3，抗弯强度为87.24MPa。
实施例3
一种稀土氧化物增强增韧陶瓷岩板，包括如下质量份数的原料：高岭土45份、铝矾土10份、长石25份、滑石2.5份、石英17份、氧化铈0.5份；其中氧化铈纯度≥99.9％，粒径为15μm。该岩板的制备方法如下：
S1：在高岭土、铝矾土、长石、石英、氧化铈混合料中加水，球磨混合5h配制成固含量为65％的混合浆料；
S2：将所述混合浆料经过喷雾干燥造粒，得到具有一定流动性的球形颗粒粉料并过筛，得到粒度分布在40％≤30目≤80％之间的颗粒粉料，陈腐2天，得到含水率为10％的生坯粉料；
S3：将得到的生坯粉料进行压机压制成型，得到生坯，干燥；
S4：在干燥后的生坯表面进行处理，布施底釉、喷墨装饰、布施保护釉面，之后烧制成型，烧制温度为1150℃，烧结时间为120min，再经过冷却、磨边、抛光、打蜡，得到所述岩板。
所得岩板厚度为20mm，吸水率为0.05，密度为2.49g/cm3，抗弯强度为55MPa。
实施例4
一种稀土氧化物增强增韧陶瓷岩板包括如下质量份数的原料：高岭土39份、铝矾土15份、长石16份、滑石5份、石英15份、稀土氧化物(氧化镧3份、氧化铈2份、氧化钇2份、氧化镨1份、氧化钕1份、氧化钐1份)10份；其中稀土氧化物纯度≥99.5％，粒径为3μm。该岩板的制备方法如下：
S1：在高岭土、铝矾土、长石、石英、氧化铈混合料中加水，球磨混合24h配制成固含量为56％的混合浆料；
S2：将所述混合浆料经过喷雾干燥造粒，得到具有一定流动性的球形颗粒粉料并过筛，得到粒度分布在40％≤30目≤80％之间的颗粒粉料，陈腐2天，得到含水率为15％的生坯粉料；
S3：将得到的生坯粉料进行压机压制成型，得到生坯，干燥；
S4：在干燥后的生坯表面进行处理，布施底釉、喷墨装饰、布施保护釉面，之后烧制成型，烧制温度为1250℃，烧结时间为150min，再经过冷却、磨边、抛光、打蜡，得到所述岩板。
所得岩板厚度为6mm，吸水率为0.01，密度为2.63g/cm3，抗弯强度为99MPa。
实施例5-16
具体制备方法同实施例1相同，不同的是原料组成及所得性能不同，如下
表1所示。
Figure BDA0002913697100000061
对比例1
本对比例提供了一种陶瓷岩板，制备方法与实施例1中的步骤相同，不同在于：原料组成中不添加氧化钇。制备所得岩板厚度为5.0mm，吸水率为0.05％，密度为2.42g/cm3，抗弯强度为41.426MPa。而实施例1中抗弯强度相比对比例1提高了45％以上。
图2为本对比例所得岩板通过扫描电镜显示的形貌，可以明显看出截面有较明显孔隙和孔洞(这是影响岩板强度和任性的致命缺陷)，结合图1，可以明显看出稀土氧化物在岩板原料粉体体系中对于致密结构的形成起促进作用，能够较大提升岩板强度和韧性。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种稀土氧化物增强增韧陶瓷岩板，其特征在于，包括如下质量份数的原料：高岭土30-45份、铝矾土10-35份、长石15-25份、滑石0-5份、石英15-25份、稀土氧化物0.1-10份。
2.如权利要求1所述的稀土氧化物增强增韧陶瓷岩板，其特征在于，所述稀土氧化物的质量份数为0.5-6份。
3.如权利要求1所述的稀土氧化物增强增韧陶瓷岩板，其特征在于，所述稀土氧化物为氧化钇、氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钐中的一种或多种。
4.如权利要求1至3中任一权利要求所述的稀土氧化物增强增韧陶瓷岩板，其特征在于，所述稀土氧化物的纯度≥99％，粒径为1～15μm。
5.如权利要求1至3中任一权利要求所述的稀土氧化物增强增韧陶瓷岩板，其特征在于，所述稀土氧化物增强增韧陶瓷岩板的抗弯强度为50～100MPa。
6.如权利要求1至3中任一权利要求所述的稀土氧化物增强增韧陶瓷岩板，其特征在于，所述稀土氧化物增强增韧陶瓷岩板的厚度为3～20mm。
7.一种如权利要求1所述稀土氧化物增强增韧陶瓷岩板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将原料粉体混合，在混合粉料中加入水，球磨混合5h～24h，配制成固含量按质量百分比计为45％～65％的混合浆料；，
S2：将所述混合浆料经过喷雾干燥造粒，得到具有一定流动性的球形颗粒粉料，并过筛，陈腐，得到含水率按质量百分比计为3％～15％的生坯粉料；
S3：将得到的生坯粉料进行压机压制成型，得到生坯，干燥；
S4：在干燥后的生坯表面依次布施底釉、喷墨装饰、布施保护釉面，之后烧制成型，再依次经过冷却、磨边、抛光、打蜡，得到所述稀土氧化物增强增韧陶瓷岩板。
8.如权利要求7所述稀土氧化物增强增韧陶瓷岩板的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述生坯粉料的颗粒级配控制按质量百分比计为：10目以上颗粒≤0.5％、40％≤30目≤80％、100目以下颗粒≤5％。
9.如权利要求7所述稀土氧化物增强增韧陶瓷岩板的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述烧制成型的烧结温度为1150℃～1250℃，烧成时间为60～180min。
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