CN112960969A

CN112960969A - 一种砖及其制作工艺

Info

Publication number: CN112960969A
Application number: CN202110266010.XA
Authority: CN
Inventors: 汪强辉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-03-11
Filing date: 2021-03-11
Publication date: 2021-06-15

Abstract

本发明提出一种砖，主要包括可塑性黏土、石英砂、硅灰石、长石、增韧材料和陶瓷颜料等成分。该砖能够呈现繁复的花型样式，丰富砖的色彩及图案，利用黏土砖的材料重现组子细工的技艺，再现中国青花的繁复之美。此外本发明还涉及一种砖的制作工艺，该工艺将繁复的花型结构分割成简单的单元件，然后分别压制成型后再拼接成繁复花型并进行烧制，简化了复杂花型结构的制备工艺和对工艺技术的要求，并提高了砖的断裂强度等方面的物理性能。

Description

一种砖及其制作工艺

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体而言，涉及一种砖及其制作工艺。

背景技术

随着经济的发展和人民生活水平的不断提高，人们的消费水平和对视觉美观的追求也不断提升。高档光滑的地面材料产品正急剧抢占着装饰材料的市场，陶瓷地砖生产技术不断革新，集经济、实用、美观和易清洁等诸多优点的陶瓷地砖正逐渐成为主要的地面装饰材料。然而现在使用的青花陶瓷砖线条粗大且厚重，样式拘泥于八字纹、铜钱纹、四角纹等造型较为单一的纹样。

发明内容

本发明的目的在于提供一种砖，此砖可塑性较强从而导致其能够制造各种花型，且具有自清洁的效果。

本发明的另一目的在于提供一种砖的制作工艺，该工艺将繁复的花型结构分割成简单的单元件然后分别压制成型后再拼接成繁复花型并进行烧制，简化了复杂花型结构的制备工艺和对工艺技术的要求，并提高了砖断裂强度等方面的物理性能。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种砖的制作工艺，其包括以下步骤：

按照目标花型的结构制备单元件的模具，并将水加入砖的原料中搅拌均匀配置成陶泥，利用模具将陶泥制成单元件坯料，将各个单元件坯料组合成目标花型坯体，并将泥浆填充至目标花型坯体的缝隙中用于黏结各个单元件坯料，并将其进行晾晒制得成型坯体；将成型坯体升温至1000-1300℃进行煅烧即可得砖，煅烧整个过程历时10-14小时。

本发明提出一种利用上述制作工艺制作的砖，其包括按重量份数计的以下原料：

可塑性黏土25-40份、石英砂10-15份、硅灰石5-10份、长石20-30份、增韧材料1-3份和陶瓷颜料0.1-6份。

本发明实施例的一种砖、砖的制作工艺至少具有以下有益效果：

本发明提出一种砖，可塑性黏土原料是制备普通陶瓷砖工艺中所需的主要原料，本发明中采用可塑性黏土，通常在坯体中作为可塑原料使用，是制作砖的主要原料，其颗粒粒径较细且所制备的砖面较为细腻。用水湿润后具有一定的可塑性，在较小压力下可以变形并能长久保持原状，而且比表面积大，颗粒上带有负电性，因此有很好的物理吸附性和表面化学活性，且具有与其他阳离子交换的能力，黏土颗粒间的作用力较强从而提高结合程度。石英砂是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，其主要矿物成分是二氧化硅，通常在坯体中起到骨架的作用。石英砂与可塑性黏土相结合使得坯体的成型性能良好，在坯体的干燥过程中能够有效的避免变形开裂的发生，并具备一定的干燥强度。其次，可塑性黏土和石英砂在煅烧过程中会产生分解，在1000-1300℃的高温下生成莫来石晶体，莫来石晶体具有高的机械强度和耐骤冷、骤热性能，从而赋予砖膨胀均匀、高温蠕变值小、硬度大、抗化学侵蚀性好等优良的特性。硅灰石还具有独特的工艺性能，如使用硅灰石原料后，可以有效地减少坯体收缩率，而且能够降低坯体的吸湿膨胀，防止坯体的后期干裂等。硅灰石和长石可作为熔剂原料，在坯体中熔剂原料与石英砂、可塑性黏土在高温的作用下发生反应，通过形成低熔玻璃物质对产品的烧结起到促进作用，降低烧结温度，缩短烧制时长，膨胀系数较小避免坯体收缩过大而导致开裂。再者，熔剂原料在烧制的过程中能够降低可塑性黏土的烧成温度，同时增加制品的密实性和强度，降低制品的耐火度、体积稳定性和高温下抵抗变形的能力。

另一方面，陶瓷一般是没有塑性变形的，即弹性变形后直接断裂，属于脆性材料，而这个致命的缺点限制了其广泛的应用。将增韧材料与其他原料相复合使用，使原材料的性能得到充分发挥，进而增强砖的韧性，本发明增韧材料主要为纤维增强型和/或颗粒增强型。高温煅烧下在多晶多相的陶瓷中，不同组分在1000-1300℃的温度下相变，从而达到补强、增韧的效果，即相变增韧机理。再者，纳米颗粒、微颗粒通过抑制晶粒生长减少异常晶相的产生，控制弹性模量和热膨胀系数，纳米颗粒使基材内部产生次界面，都是改善强度、韧性增韧的主要途径，而残余应力的产生也可以使晶体颗粒内部产生破坏而达到增韧的目的。

陶瓷颜料是在陶瓷上使用的颜料的通称，包括釉上、釉下以及釉料和坯体着色的颜料。坯体着色是将色剂和坯料混合，使烧后坯体呈现一定的颜色，釉料的着色是将用色剂和基础釉料调配各种颜色釉。陶泥中通过不同色相、明度、纯度的陶瓷颜料相互搭配使用，在不同高温煅烧过程中，因原料的性质的不同而发生不同的反应，从而显现出不同颜色，对坯体进行作色或图案的拼接，赋予砖个性化的色彩认识和感受，加强色彩设计意识的象征意义，从而增强砖的装饰作用。详细地，在陶瓷颜料的基本原料中可通过适当的添加其他成分从而调整各着色元素间的比例，在高温煅烧下使得坯体显示出所期望的颜色，有效缓解有害重金属的排放对人体、环境所造成的危害，还能取得一定的经济效益。砖的颜色处除了能够增强其装饰作用，还具有一定的功能性。例如：二氧化钛是一种具有高太阳反射率约87％的白色颜料，而其高反射的特性赋予其高红外反射颜料的特点，可作为“冷”涂层使用，防止强烈的太阳辐射致使建筑物内部温度升高，可以帮助保持建筑物的表面温度较低，从而使得热季室内舒适程度有所提高。

本发明提出一种砖的制作工艺，其先将类似于繁复的青花或图案等目标花型分割成线条型的单元件并做模具，然后利用这个模具对陶泥通过压制成型或挤出成型的方式制成单元件坯料，在其还是湿润的情况下利用可塑性黏土的黏性将各个单元件坯料相互粘合组成目标花型。然后将泥浆浇筑到成型坯体上可增强坯体的强度，防止零散的单元件坯料因黏土的黏性不够而脱散，晾晒使得浇筑的泥浆与单元件坯料相互融合并干燥，使其具有一定的强度，方便将其运输至电窖炉中进行煅烧。对成型坯体升温进行煅烧，砖的烧成温度对成品性能有着重大的影响，随着烧成温度的不断升高，反应速率不断加快，有利于反应物的扩散和熔剂原料液相的形成。温度越高，原子热激活能量越大，越容易发生迁移，从而促进物相反应和晶体的生长。但烧成温度过高，会导致坯体变形，抗热震性能降低，因此陶瓷材料的烧成温度应该控制在1000-1300℃的范围内。此外，随着煅烧时间的延长，陶泥中的可挥发性物质挥发从而达到致密化的要求以及获得稳定的多晶结构，提高砖的断裂强度。再者，这种复杂花型结构拆分成简单规则几何结构的单元件，并分别用陶泥制成单元件坯料后拼接制备成型坯体的方法，可制作各种花型的砖而不再拘泥于市场上现有单一纹样的砖，而且利用模具可以制作出薄厚不一的单元件坯料，使得某些镂空砖的花型更为灵巧多变，克服了传统青花瓷砖线条粗大且厚重的缺陷，丰富了砖的花型，再现中国青花的繁复之美。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考具体实施例来详细说明本发明。

本发明提出一种砖，其包括按重量份数计的以下原料：

黏土作为陶泥可塑原料，是砖的主要原料。因其独特的烧结性、耐火性和可塑性成为了瓷砖不可少的材料。而掌握了黏土的物质特性，也就是通常人们口中的“泥性”，就可以更好地进行瓷砖造型的设计。黏性土体中土粒间的强弱结合水所形成的扩散双电层是黏性土可塑性的主要因素。黏性土自身性质及重塑过程是影响其可塑性的两大因素，与黏土自身有关的因素有含水量、矿物组成、颗粒级配以及有机物的含量等，与重塑过程有关的因素包括外界施加压力、温度以及水和外加剂的特征因素。本发明实施例中采用可塑性黏土，它属于次生粘土，就其自身因素而言颗粒较细且黏土的颗粒组成范围较大，可塑性指数较高。详细地，该可塑性黏土中1微米以下的颗粒占8％，1-20微米的颗粒占20％，20-40微米的颗粒占40％，40微米以上的颗粒占32％。黏土中90％的颗粒在50微米以下，颗粒粒度变化小且呈正态分布，不同粒径级配的颗粒之间能够形成较紧密的堆积。与陶泥的其他原料一起在高温煅烧中发生相变有利于物质间的重新结合与交织，形成良好的结合力和烧结强度。此外，粉料越细则表面能越高，新生态物质的缺陷浓度较高也即缺陷能较高。因此原料越细、活性越高，烧结驱动力越大。

为防止坯体收缩所产生的缺陷，常掺用无可塑性的物料在坯料和制品中起骨架作用。石英砂是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，其主要矿物成分是二氧化硅，石英砂的颜色为乳白色、或无色半透明状。石英砂在高温煅烧过程中发生晶型的转变并产生体积膨胀，可以部分抵消坯体烧结时产生的收缩从而改善制品的成型性能，显著降低坯体在干燥过程中形成的收缩和变形，缩短干燥时间和改善制品的开裂现象。此外，石英砂在煅烧过程中除了一部分熔解变成低熔玻璃物质外，还与黏土中的氧化铝形成莫来石，残余的石英砂构成坯体的骨架，这不仅使坯体在高温下具备抵抗变形能力，而且能改善制品的强度。

黏土和石英砂中均含有二氧化硅，而坯料中的氧化铝主要来源于黏土。在高温的煅烧过程中二氧化硅和氧化铝发生反应生成莫来石，莫来石晶体彼此交叉形成较为完善的莫来石网络结构，结构紧密。莫来石物相组成及微观结构使得材料具有膨胀均匀、抗热震性好、荷重软化温度高、高温蠕变值小、硬度大、抗化学侵蚀性好等特点，特别是莫来石成核和晶化速率受温度影响显著，随温度升高莫来石强度和韧性大幅度提高，使得其在高温下使用具有良好的机械强度和耐磨性能。由于硅和铝原子的扩散速度较慢，需要在较高的温度条件下才能完成致密，因此可以使莫来石颗粒靠近，以减小硅和铝原子的传输距离，或者提高烧结驱动力，减少残余空隙，或控制莫来石晶粒过快生长，从而改善烧结。随着温度的提高，陶泥中其他物质熔融，液相的存在能够加速铝离子和硅离子在界面层中的扩散，从而促进莫来石晶相的大量生成。

低熔组分或其分解物能够与石英、粘土等原料发生反应，通过形成低熔玻璃物质对产品的烧结起到促进作用。硅灰石和长石可作为熔剂原料，主要用来降低坯、釉烧成温度、促进砖的烧结。硅灰石中主要成分为氧化钙和二氧化硅；长石是一种含有钙、钠、钾的铝硅酸盐矿物，具有玻璃光泽，颜色多种多样。二者复合作用熔剂原料具有以下特性：(1)由于硅灰石不含有机物、吸附水和结构水，从而减少在高温煅烧的过程中受热分解时放出气体的量，进而使其干燥收缩与烧成收缩小。膨胀系数较小且变化均匀，避免使得坯体过分膨胀而导致破坏其坯体的原本形状或坯体开裂。(2)熔剂原料的引入可以降低坯体的烧结温度，节约能源与缩短烧成时间。(3)将其加入配置成釉料可减少烧成砖中釉泡与针孔。(4)后期吸湿膨胀系数较小，产品经久耐用。

此外，可塑性黏土和石英砂在煅烧过程中会产生分解，在1000-1300℃的高温下生成莫来石晶体，莫来石晶体具有高的机械强度和耐骤冷、骤热性能，从而赋予砖膨胀均匀、高温蠕变值小、硬度大、抗化学侵蚀性好等优良的特性。在莫来石的成核、生长和石化的过程中由于长石的添加，长石中碱金属氧化物改变了莫来石系的相组成，使陶土原料分解产生的无定形二氧化硅与氧化铝形成富硅玻璃相。富硅玻璃相的生成，一方面有利于材料烧结时质点的扩散，促进材料的烧结，提高材料的抗压强度，另一方面，富硅玻璃相的存在有助于促进二次莫来石化，在有富硅液相参与时，莫来石更倾向于生长为针状结构的莫来石晶须。由于晶须本身具有的刚性骨架，提高了砖的抗压强度。

色彩，是一切视觉元素中最活跃，最具有冲击力的元素，它在装饰艺术领域中更是具有不可替代的重要地位。不同颜色表达着不同的风格，使人产生不同的联想，艺术感染力强。例如同一色调的同类色彩赋予其沉着稳定、平和抒情的感情；强烈饱和的金银色等颜色赋予其富贵典雅、灿烂辉煌的感情；而暖色调多赋予明快响亮、热烈吉祥的感情。通过利用色彩的色相、明度、纯度以及色彩间的关系，结合砖的花型将不同色彩进行重组与创造，强调个性化的色彩认识和感受，反应使用者的审美、主观意愿和情感。陶瓷颜料是在陶瓷上使用的颜料的通称，包括釉上、釉下以及釉料和坯体着色的颜料。物体显色是由于它对于可见光发生选择性的吸收和选择性的反射所致。凡能使陶瓷坯、釉具有对可见光选择性吸收和反射的物质均可制成色料。这些物质可分为两大类，即形成分子着色和晶体着色的过渡金属和稀土金属的氧化物，以及能形成胶状微粒着色的少数过渡金属和贵金属。

详细地，本发明实施例中，陶瓷颜料为过渡金属氧化物。但是，某些着色金属元素，例如铬元素具有很强的着色性能，但其为重金属离子具有一定的毒性，若是在砖的制作过程中不小心将这类重金属离子直接排放至环境中，会对环境、人体造成一定的危害。而过渡金属氧化物与重金属相比，其氧化物结构较为稳定。在制备陶瓷颜料时，可将含重金属元素的氧化物作为基本原料，通过适量地添加其他成分，调整陶瓷颜料中各着色元素的比例，然后再高温条件下烧制即可得到所希望的颜色，有效缓解含重金属废渣对环境、人体所造成的危害，同时还能到达一定的经济效益。

各类原料的成分和粒度、混合物料的配比、烧制温度和时间、所添加矿化剂的种类等均会对颜料的最终呈色和着色性能产生影响。例如，钙钛矿型YAl_1-xCr_xO₃红色颜料具有热稳定性优异，不含铅镉等重金属元素，绿色环保等特性，是大力开发的红色颜料之一。铬钇铝红色料为钙钛矿型结构，其成色为Cr³⁺替代少量Al³⁺进入YAlO₃的晶格，导致YAlO₃晶格发生畸变，对于可见光选择性吸收，从而在600-700纳米形成特征反射带而产生红色。以氧化钇和氢氧化铝为主要原料，掺杂少量氧化铬，外加矿化剂Na₃AlF₆，在1450-1600℃和中性气氛的条件下，制备了钙钛矿型YAl_1-xCr_xO₃红色颜料。

铬元素属于过渡金属元素，该元素的多种化合价均可以产生红色，在红色颜料领域开发和应用较多。在其他发明实施例中，铬锡红颜料，又称玛瑙红、园子红等。属于高温颜料，是一种略带紫色的红色颜料。根据载色母体的不同分为灰锡矿(CaSnO₃)(钙钛矿型)和锡榍石(CaSnSiO₅)(榍石型)两种结构。由于铬元素的掺杂，原来锡榍石晶格中Sn⁴⁺被Cr⁴⁺置换，晶格发生畸变，最终在反射光谱的520纳米左右产生了一条宽的吸收带，从而使釉呈现玛瑙红色。以硅酸钠，氯化锡，氯化钙，硝酸铬等可溶性盐为原料，采用表面活性剂水溶液共沉淀法制备铬锡红颜料。在制备过程中，反应物之间进行了分子水平的混合，与此同时，实现铬元素均匀掺杂的目的，所制备物质经过干燥和1100℃煅烧，最终制备了均匀掺杂铬锡红超细粉料。陶瓷颜料的种类有很多种，可以通过不同色相、类型的陶瓷颜料相互搭配使用，丰富砖的色彩并赋予其色彩的象征意义和情感表达，同时增强其装饰作用。而上述的两种红色颜料均在高温下具有良好的稳定性，避免在1000-1300℃的高温下升华，在其他实施例中也可采用其他颜料，只需其在高温下稳定性较高即可。此外，砖的颜色处除了能够增强其装饰作用，还具有一定的功能性。例如：二氧化钛是一种具有高太阳反射率约87％的白色颜料，而其高反射的特性赋予其高红外颜料的特点，可作为“冷”涂层使用，防止强烈的太阳辐射致使建筑物内部温度升高，可以帮助保持建筑物的表面温度较低，从而使得热季室内舒适程度有所提高。

另一方面，陶瓷及其复合材料具有许多优良的性能，但除单晶体或在高温下，陶瓷一般是没有塑性变形的，即弹性变形后直接断裂，属于脆性材料，而这个致命的缺点限制了其广泛的应用。将增韧材料与其他原料相复合使用，使原材料的性能得到充分发挥，进而增强砖的韧性。详细地，本发明中增韧材料包括纤维和/或二氧化锆颗粒。二氧化锆在1000℃左右的时候会发生四方晶形转化为单斜晶形相变，该相变类似钢中的马氏体相变，会产生3％-5％的体积膨胀，导致烧结块体开裂。为了防止单斜二氧化锆晶粒开裂，可加入适当的稳定剂使高温的四方相保留到室温。由于烧结块体内含许多显微裂纹，在外应力的作用下裂纹尖端产生应力集中，使附近的四方二氧化锆在应力作用下发生本该在高温下出现的马氏体相变，称为应力诱发马氏体相变。由于相变需消耗大量的功，因此该相变使裂纹尖端应力松弛，阻碍裂纹的进一步扩展。此外，马氏体相变的体积膨胀使周围基体受压，促使其他裂纹闭合，从而使材料得到一定程度的强韧化。

纤维具有一定的强度和拉伸性，将高强度和高模量的纤维加入基体中既能为基体分担大部分外加应力，又可阻碍裂纹的扩展，并能在局部纤维发生断裂时以“拔出功”的形式消耗部分能量。起到提高断裂能并克服脆性的效果。晶须是由高纯度单晶生长而成的微纳米级的短纤维，晶须的高度取向结构不仅使其具有高强度、高模量和高伸长率。纤维或晶须等增韧材料，是通过将其作为第二相引入基体，由于纤维或晶须尺寸长且大，裂纹在此类基体中扩展时，有可能不单单是通过偏移或者弯曲等方式绕过其它相颗粒，反而是直接穿过颗粒，而此时第二相颗粒就会对裂纹起到桥联作用而起到增韧作用。另外，由于晶须(纤维)自身的结构使得其具有很好的力学性能，成为陶瓷基复合材料的增强相。晶须(纤维)的脱黏、拔出作用也是晶须增强的机理。本发明实施例中采用钢纤维，钢纤维具有原金属的优良特性，韧性高、延展性好，正好可以弥补陶瓷基材料脆性的问题。

优选地，当可塑性黏土30份、石英砂12份、硅灰石8份、长石25份、增韧材料2份和陶瓷颜料2份时，所配置的陶泥可塑性和成型性较好，所烧制的砖机械强度较高，无开裂现象且韧性较强。

为了赋予砖一定的功能性，砖还包括按重量份数计的纳米二氧化钛0.1-1份和/或纳米二氧化硅0.1-2份。详细地，纳米二氧化钛和二氧化硅的粒径小于90纳米。

为了减轻使用者的清洁负担，本发明实施例中加入纳米二氧化钛和/或纳米二氧化硅。荷叶上滚动的水珠是由于其表面乳突上还存在纳米结构，且这种微米结构与纳米结构相结合的阶层分形结构是引起表面超疏水的根本原因。本发明实施例中，纳米二氧化硅的粒径为80纳米。在成型坯体的表面包裹一层纳米二氧化硅可与坯体内原材料之间形成微-纳结构，这种微-纳复合的粗糙结构可以提高水滴的接触角，导致水滴极易从表面滚落。水滴在砖的表面滚动时会带走表面的污染物或灰尘，从而达到自清洁的效果。水滴与砖表面属于复合接触，接触面由固体和气体组成，水滴有很大一部分与空气接触，因而水滴运动时的摩擦阻力很小。另一方面，水滴对污渍和灰尘颗粒的粘附力远大于砖表面对污渍的粘附力，于是水滴可以在滚动的同时快速带走污渍，从而实现自清洁。接触角越大，水滴在砖表面上越容易形成球状态滚动，带走表面杂质等污物，具有大接触角的表面具备“自清洁”能力。在其他发明实施例中，纳米二氧化硅的粒径优选为50纳米。

纳米二氧化钛具有良好的光催化性能和自清洁功能，可制作环境友好型免维护瓷砖。在本发明实施例中，纳米二氧化钛的粒径为60纳米。通常在砖表面通过物理或化学方法沉积一层坚硬牢固的纳米二氧化钛膜层。二氧化钛膜层经过太阳光中的紫外线照射后，能够将表面附着的油污等有机污染物高效降解为二氧化碳和水。同时，无机污染物也不易附着在自洁净外墙瓷砖表面，经紫外线照射的瓷砖表面具有良好的亲水性。水落在砖表面时会形成一层薄的水膜，而不是水珠，水不会聚集在一处而是扩散到整个表面，均匀地冲刷掉浮在砖表面上的污迹，不会在砖上留下难看的条痕，用清水简单地冲洗就能使砖保持洁净。在其他实施例中，纳米二氧化钛粒径的优选值为50纳米。

此外，纳米二氧化钛具有一定的抗菌效果，其在光尤其是紫外光的照射下会产生具有高反应活性的光生电子和空穴，可对细菌的细胞壁或膜结构产生破坏性的效果，从而达到杀菌的目的。具体地，当二氧化钛纳米颗粒与细胞表面接触的时候，会氧化其细胞内的辅酶，从而影响了生命体的代谢通路，导致细菌难以存活。再者，光催化产生的活性氧诱发了细胞壁及细胞整体通透性的改变，甚至造成了细胞膜的损伤，细胞器外泄，从而引起细菌的解体或死亡。因此，纳米二氧化钛的加入能够赋予砖抗菌特性，提升使用环境的卫生质量，避免细菌进入人体而存在潜在感染几率。

本发明提出一种砖的制作工艺，其包括以下步骤：

先将类似于繁复的青花或图案等目标花型分割成线条型的单元件并做模具，然后利用这个模具对陶泥通过压制成型或挤出成型的方式制成单元件坯料，在其还是湿润的情况下利用可塑性黏土的黏性将各个单元件坯料相互粘合组成目标花型。这种复杂花型结构拆分成简单规则几何结构的单元件，然后将单元件制成模具，用模具将陶泥制成单元件坯料后拼接为成型坯体。该方法化繁为简，可制作各种花型的砖，填补了市场上现有的砖纹样单一且线条粗重的空白，丰富了砖的花型款式，利用黏土砖的材料重现组子细工的技艺，再现中国青花的繁复之美。详细地，将水加入可塑性黏土、石英砂、硅灰石、长石、增韧材料和陶瓷颜料的固体原料中并搅拌均匀制成陶泥。加水量过高时，会导致陶泥的延展性大幅降低，同时在延压过程中会粘附在手上以及模具上导致取下单元件坯料时其外型可能会出现瑕疵。此外，加水量过多在后期的烧制过程中由于蒸发而致使收缩过大，坯体的表面产生裂痕和/或坯体内部产生具有大量孔隙，在使用过程中不耐外界环境的腐蚀，缩短使用寿命。而加水量过少时，会导致陶泥发硬不容易延展，并且在压制单元件坯料的过程中其表面会产生裂缝，影响砖的物理性能。因此，当固体原料的总质量与水的质量比为10:(3-4)时，该比例下的陶土的软硬适中且延展性较好，使得单元件坯料具有良好的成型性。

为了防止零散的单元件坯料因黏土的黏性不够而脱散，然后将泥浆浇筑到目标花型坯体上并进行晾晒制得成型坯体。详细地，泥浆是将陶泥与水按照1:(2-2.5)的质量比进行配置，浇筑的泥浆使得浇筑的泥浆与单元件坯料相互融合，可增强零散单元件坯料的结合强度，避免脱散。晾晒20-24小时，使得成型坯体初步干燥，使其具有一定的强度，方便将其运输至电窖炉中进行煅烧。

烧成是陶瓷工艺中很重要的工序。所谓烧成就是指在高温作用下，原料发生一系列物理和化学变化并由松散状态逐渐致密化，且机械强度大大提高的过程。在烧成中，原料要发生烧结、晶粒生长、溶质脱溶或晶界产生分凝等现象，在烧结后期还可能出现二次再结晶过程。一般烧结的驱动力为体系的表面能和缺陷能。粉料越细则表面能越高，新生态物质的缺陷浓度较高也即缺陷能较高。因此原料越细、活性越高，烧结驱动力越大。从这个角度，烧成实际上是体系表面能和缺陷能降低的过程，通常体系能量的降低靠的是高温热能激活下的物质传递过程。烧结过程中的传质机理很复杂，大致为：(1)扩散过程，包括体积和表面、界面的扩散；(2)蒸发—凝结过程。将成型坯体在高温条件下煅烧，烧结初期水分和挥发性物质受热分解留下大量的空位，这些空位在烧结后期会有一定的收缩，最终演化成大小和形状各异的孔隙。随着煅烧温度的升高，可塑性黏土和石英砂发生反应生成莫来石，但此时莫来石无法形成完整的网络结构，材料结构疏松。而且极少量微孔会在烧结后期随着石英砂的重排过程和晶界的迁移逐渐球化成闭孔。随着温度的继续升高且延长烧制时间，莫来石的含量越来越多相互交错形成网状，烧结过程中可塑性黏土、石英砂和熔剂原料会形成一定量的低熔点玻璃相，那些孔隙随着玻璃相在晶界的填充和对小颗粒聚集体的包裹逐渐变为闭孔。煅烧温度越高，玻璃相的流动和包裹过程越快，越容易形成闭孔，但是温度过高其玻璃相越多，影响砖的机械性能。经过试验，在温度为1000-1300℃，烧制时间为10-14小时的条件下，既能保证该砖的机械性能较佳，又能避免增韧材料熔融失去增韧作用。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本发明实施例提供一种砖，其原料主要包括以下组分：

可塑性黏土25kg、石英砂10kg、硅灰石5kg、长石20kg、二氧化锆颗粒1kg、陶瓷颜料0.1kg和纳米二氧化硅0.1kg。

上述砖的制作工艺包括以下步骤：

按照目标花型的结构制备单元件的模具，并将水加入可塑性黏土、石英砂、硅灰石、长石、二氧化锆颗粒和陶瓷颜料的固体原料中搅拌均匀制成陶泥，陶泥中固体原料的总质量与水的质量比为10:3。利用模具将陶泥制成单元件坯料，再将单元件坯料组合成目标花型坯体，然后将泥浆填充至目标花型坯体的缝隙中，泥浆中陶泥与水的质量比为1:2。然后将纳米二氧化硅均匀的撒在泥浆的表面，并将该坯料晾晒20小时制得成型坯体。将成型坯体升温至1000℃进行煅烧即可得砖，煅烧整个过程历时10小时。

实施例2

本发明实施例提供一种砖，其原料主要包括以下组分：

可塑性黏土40kg、石英砂15kg、硅灰石10kg、长石30kg、钢纤维3kg、陶瓷颜料6kg、纳米二氧化钛0.1kg和纳米二氧化硅2kg。

上述砖的制作工艺包括以下步骤：

按照目标花型的结构制备单元件的模具，并将水加入可塑性黏土、石英砂、硅灰石、长石、钢纤维和陶瓷颜料的固体原料中搅拌均匀制成陶泥，陶泥中固体原料的总质量与水的质量比为10:4。利用模具将陶泥制成单元件坯料，再将单元件坯料组合成目标花型坯体，然后将泥浆填充至目标花型坯体的缝隙中，泥浆中陶泥与水的质量比为1:2.5。然后将纳米二氧化钛和纳米二氧化硅均匀的撒在泥浆的表面，并将该坯料晾晒21小时制得成型坯体。将成型坯体升温至1300℃进行煅烧即可得砖，煅烧整个过程历时14小时。

实施例3

本发明实施例提供一种砖，其原料主要包括以下组分：

可塑性黏土30kg、石英砂12kg、硅灰石8kg、长石25kg、二氧化锆颗粒1kg、钢纤维1.5kg、陶瓷颜料2kg和纳米二氧化钛1kg。

上述砖的制作工艺包括以下步骤：

按照目标花型的结构制备单元件的模具，并将水加入可塑性黏土、石英砂、硅灰石、长石、二氧化锆颗粒、钢纤维和陶瓷颜料的固体原料中搅拌均匀制成陶泥，陶泥中固体原料的总质量与水的质量比为10:3.5。利用模具将陶泥制成单元件坯料，再将单元件坯料组合成目标花型坯体，然后将泥浆填充至目标花型坯体的缝隙中，泥浆中陶泥与水的质量比为1:2.2。然后将纳米二氧化钛均匀的撒在泥浆的表面，并将该坯料晾晒21小时制得成型坯体。将成型坯体升温至1200℃进行煅烧即可得砖，煅烧整个过程历时12小时。

实施例4

本发明实施例提供一种砖，其原料主要包括以下组分：

可塑性黏土35kg、石英砂14kg、硅灰石7kg、长石22kg、微米氧化铝晶须2kg和陶瓷颜料4kg。

上述砖的制作工艺包括以下步骤：

按照目标花型的结构制备单元件的模具，并将水加入可塑性黏土、石英砂、硅灰石、长石、微米氧化铝晶须和陶瓷颜料的固体原料中搅拌均匀制成陶泥，陶泥中固体原料的总质量与水的质量比为10:3.7。利用模具将陶泥制成单元件坯料，再将单元件坯料组合成目标花型坯体，然后将泥浆填充至目标花型坯体的缝隙中，泥浆中陶泥与水的质量比为1:2.4。并将该坯料晾晒21小时制得成型坯体。将成型坯体升温至1250℃进行煅烧即可得砖，煅烧整个过程历时13小时。

实施例5

本发明实施例提供一种砖，其原料主要包括以下组分：

可塑性黏土26kg、石英砂11kg、硅灰石6kg、长石24kg、二氧化锆颗粒2.2kg和陶瓷颜料5kg。

上述砖的制作工艺包括以下步骤：

按照目标花型的结构制备单元件的模具，并将水加入可塑性黏土、石英砂、硅灰石、长石、二氧化锆颗粒和陶瓷颜料的固体原料中搅拌均匀制成陶泥，陶泥中固体原料的总质量与水的质量比为10:3.3。利用模具将陶泥制成单元件坯料，再将单元件坯料组合成目标花型坯体，然后将泥浆填充至目标花型坯体的缝隙中，泥浆中陶泥与水的质量比为1:2。并将该坯料晾晒20小时制得成型坯体。将成型坯体升温至1150℃进行煅烧即可得砖，煅烧整个过程历时11小时。

效果例1

用实施例1-5的砖根据GB/T 3810.3-2006的方法测定陶瓷砖的堆积密度、吸水率和显气孔率(陶瓷砖测定方法第三部分：吸水率、显气孔率、表面相对密度和堆积密度的测定)。测定烧结后砖的重量(m₁)，并将其放置在真空干燥器中，保持水位高于试样5cm。干燥器在(10±1)kPa的条件下保持30min。然后关闭真空泵。将试样浸泡15min，然后用湿麂皮轻轻擦干，并测其重量(m₂)，测定真空试样的浮重(m₃)。砖的吸水率(WS)、显气孔率(AP)和堆积密度(D)可按下面公式计算：WS＝(m₁-m₂)/m₁*100％；AP＝(m₂-m₁)/(m₂-m₃)*100％；D＝m₁/(m₂-m₃)。

采用美国MTS公司生产的高温陶瓷实验系统(型号MTS.810)，对材料做力学性能测试，包括材料的抗压强度和抗弯强度，抗弯强度采取三点弯曲检验，上述各性能测试的结果见表1。

表1砖物理性能测试结果

由表1中的数据可知，砖的吸水率与显示孔率呈正相关性，均小于15％，砖的孔隙率较小则可进入该孔隙中的物质较少，砖更耐外界环境中物质的侵蚀。随着显示孔率的增加砖的堆积密度减小，均大于3g/cm³，砖的烧结致密化程度较好可提高砖的机械性能。而不同类型的增韧材料与其他原料组成的复合材料，可提高砖的抗压强度和抗弯强度，在增加砖硬度的同时又提高其韧性，以改善砖的脆性。实施例3的砖其各方面性能最好，抗压强度可达102.45MPa，抗弯强度可达35.53MPa。

效果例2

将等质量的墨水倒在实施例1-2砖的表面上，用干净的抹布擦拭后，再用一张干净的抹布进行擦拭并观察第二次的抹布上是否有污渍，用来表征砖的易清洁性。将油渍滴加到实施例2-3砖的表面上并持续光照48小时，观察油渍是否消失以表征砖的自清洁性。利用实施例1-5的原料和方法制成瓶状，向瓶中滴加一定量的缓冲液(缓冲液中有5种不同菌落的菌种，且每个菌种含有10个)并置于培养箱中培养18小时，通过测定溶液中菌的繁殖情况获得砖的抗菌效果，测试结果见表2。

表2砖的自清洁及抗菌性能测试结果

结合表2数据分析可知，纳米二氧化硅的加入使得砖的表面形成微-纳复合结构，墨水与砖的表面接触角较小，则墨水润湿性较小在其表面呈滚动状态，用抹布擦拭即可清洁。沾有污渍的砖光照48小时后观察其表面油渍消失，说明纳米二氧化钛能在光的作用下将污渍分解从而达到自清洁的效果。该效果检测说明纳米二氧化硅和纳米二氧化钛的加入能够使得砖具有自清洁的效果，减轻使用者的清洁负担，使得砖的清洁维护简便快捷。通过测定该实施例1-5的瓶中菌的繁殖，发现其菌落个数为零，说明纳米二氧化钛的加入使得该砖具有一定的抗菌性，对于在厨房、医院等特定地方的使用可以降低病菌对人体造成感染的几率，提升砖的综合效益。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims

1.一种砖的制作工艺，其特征在于，其包括以下步骤：

按照目标花型的结构制备单元件的模具，并将水加入砖的原料中搅拌均匀配置成陶泥，利用所述模具将所述陶泥制成单元件坯料，将各个所述单元件坯料组合成目标花型坯体，并将泥浆填充至所述目标花型坯体的缝隙中用于黏结各个所述单元件坯料，并将其进行晾晒制得成型坯体；

将所述成型坯体升温至1000-1300℃进行煅烧即可得砖，煅烧整个过程历时10-14小时。

2.根据权利要求1所述的砖的制作工艺，其特征在于，所述陶泥中所述砖的原料的总质量与所述水的质量比为10:(3-4)。

3.根据权利要求1所述的砖的制作工艺，其特征在于，所述泥浆中所述陶泥与所述水的质量比为1:(2-2.5)。

4.根据权利要求1所述的砖的制作工艺，其特征在于，所述晾晒时间为20-24小时。

5.一种利用如权利要求1-4任一项所述砖的制作工艺制作的砖，其特征在于，包括按重量份数计的以下原料：

6.根据权利要求5所述的砖，其特征在于，包括按重量份数计的以下原料：

可塑性黏土30份、石英砂12份、硅灰石8份、长石25份、增韧材料2份和陶瓷颜料2份。

7.根据权利要求5所述的砖，其特征在于，所述增韧材料包括纤维和/或二氧化锆颗粒。

8.根据权利要求5所述的砖，其特征在于，所述陶瓷颜料为过渡金属氧化物。

9.根据权利要求5所述的砖，其特征在于，还包括按重量份数计的纳米二氧化钛0.1-1份和/或纳米二氧化硅0.1-2份。

10.根据权利要求9所述的砖，其特征在于，所述纳米二氧化钛和所述二氧化硅的粒径小于90纳米。