CN113227007A - 用于由基础混合物来制造板坯物品的方法、用于制造基础混合物的玻璃料以及如此获得的板坯物品 - Google Patents
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Abstract
用于由混合物制造板坯物品的方法,包括以下步骤:a)制备混合物,所述混合物包含占优势量的玻璃料以及粘合剂;b)将所述混合物分布在支撑体中;c)压实混合物;d)干燥混合物;e)烧结混合物;和f)冷却物品。所述玻璃料包括:被包含在62%与68%之间的重量的二氧化硅(SiO2);被包含在3%与5%之间的重量的氧化铝(Al2O3);被包含在3%与5%之间的重量的氧化钾(K2O);被包含在18%与26%之间的重量的氧化钙(CaO);和被包含在1%与4%之间的重量的氧化镁(MgO)。冷却步骤通过在不大于1,160℃且不小于1,000℃的温度范围内调节冷却速度以受控的方式进行,以便进行所述玻璃料的至少部分失透和结晶。本发明还涉及玻璃料和板坯形式的物品。
Description
本发明涉及由基础混合物制造物品,优选地以板坯和白色的形式的物品。方便地,该混合物包含玻璃质材料,优选地玻璃料,并且成品板坯物品的所得材料是玻璃-陶瓷材料。
下面,术语“玻璃陶瓷”将表示具有玻璃和陶瓷两者的一些性质的材料。特别地,玻璃陶瓷具有玻璃典型的非晶相和陶瓷材料典型的一种或更多种晶相,并且通过所谓的“受控结晶”产生,该受控结晶不同于在玻璃制造期间通常不期望的自发结晶。
本发明首先涉及一种用于由包含玻璃质材料的基础混合物制造板坯物品的方法,所述板坯物品的颜色优选地为白色。
本发明还涉及用于生产基础混合物的玻璃料和通过上面提及的制造方法从基础混合物获得的板坯物品,所述板坯物品的颜色优选地为白色。
形成这些板坯的方法包括使用粒状材料,特别是陶瓷材料,和陶瓷矿物粉末,特别是长石、粘土和高岭土。
特别地,板坯物品由混合物获得,该混合物由粒状产品和粘合剂相组成,该粒状产品优选地为砂的形式,由陶瓷材料的制粒或研磨获得,该粘合剂相由与水基无机粘合剂混合的陶瓷粉末组成。
该制造方法包括将混合物分布在成型支撑体上的初始步骤、混合物压实步骤、混合物干燥步骤和混合物烧制步骤。
关于用于制造这些陶瓷物品的方法和相应细节的完整和详尽的描述,可以参考例如意大利专利IT1293176或欧洲专利EP378275。
这类物品适合被用于在民用建筑物和工业建筑物内部和外部两者中的墙壁和地板的覆层(cladding),以及被用于制造诸如操作台面的物品,特别是厨房单元(kitchenunit)的操作台面的物品。
尽管这些产品和用于制造它们的方法在市场上已经被良好地确立的事实,但是它们仍然具有一些局限性,并且仍然存在许多未解决的问题和某些待实现的目标。
第一个问题在于以下事实,使用上文描述的制造方法,可能在板坯物品的可见表面上仅获得有限范围的美学效果。
特别是,使用这些方法,不可能获得在外部可见表面上具有深且半透明美学效果的板坯。特别是,也不可能获得具有与白色大理石的某些质量的纯白颜色相当的纯白颜色的板坯。
另一个问题在于以下事实,通过上文描述的方法获得的物品的着色具有有限的强度和深度。
为了至少部分地克服这些缺点,已经开发了类似于上文描述的那些涉及使用玻璃状粒状产品优选地釉料的制造方法的制造方法。
特别地,意大利专利第1342613号处理了将釉料的性能和特性转移到所制造的物品的质量(mass)上的技术问题。
对于这些物品的制造,根据上文提及的专利的方法包括基本上相同的如上文所描述的压实步骤、干燥和烧制,压实步骤在这种情况下是真空振动压缩。
在该实施方案中,基础混合物包含玻璃质材料,特别是研磨釉料(ground glaze)和通风釉料粉末(ventilated glaze powder)。
此外,在干燥步骤和烧制步骤之前,在支撑体和混合物之间施加非粘性耐火材料的层。在烧制后,耐火材料的层保持结合在所制造的物品的外表面内。
烧制步骤在900℃与1000℃之间的温度进行,优选地在960℃进行,以便使混合物熔化。此外,一旦实现熔化并随之失去一致性,通过借助于耐火材料板支撑干燥的板坯进行烧制,该耐火材料板在热循环期间保持其一致性和平整度。
这种解决方案的主要缺点在于以下事实,所获得的物品实际上由具有等于约3-4莫氏硬度的有限硬度的有色玻璃的板坯组成,并且不太耐刮擦和磨损,并且具有有限的耐碱侵蚀性。
代替地,本发明涉及在混合物中使用占优势量的特定的所谓“硬”高熔点玻璃料,其适合于制造玻璃-陶瓷板坯。
众所周知,细磨的玻璃料被广泛地用于被用于地板和/或墙壁覆层的瓷砖的表面搪瓷/装饰,并且由于它们产生具有高质量外观的表面层而具有美学功能以及由于它们使瓷砖的表面不渗透液体和气体并且还耐擦伤和磨损而具有结构功能两者。
在本发明中,首先通过在高温,特别是在1,150℃与1,220℃之间,并且优选地在接近1,180℃的温度烧制来烧结混合物,该混合物被压制成板坯形式并且主要并基本上由按重量计大于70%的量的、具有在下面的表中指示的组成的玻璃料组成。
然后冷却混合物,同时确保冷却减慢,使得其在不高于1160℃且不低于1000℃的温度保持持续等于至少一分钟的预定时间段。
尽管在混合物中没有白色颜料,但所获得的板坯呈现大于或等于5莫氏硬度的硬度和白色或半透明颜色;玻璃料的组成相对于所指示的组成的微小变化反而导致发白的、乳白色。
在这两种颜色中,白色半透明颜色是优选的,为此,玻璃料的组成必须保持在下面所指示的温度范围内。
这种效果是由于以下事实:即玻璃料的特定组成连同上文提及的受控冷却导致其部分或全部失透,使得玻璃料呈现晶体结构。
混合物中使用的玻璃料是高熔点的和所谓的“硬”玻璃料,并且特别适合于制造玻璃-陶瓷板坯。
根据上文给出的定义,所得的产品可以被定义为玻璃-陶瓷材料,因为一方面它具有陶瓷产品的物理特性和机械特性,并且另一方面它保持了玻璃的一些特性。
如上文所提及的,本发明的区别和特征在于两个方面,即组成和方法。
关于玻璃料的组成,这是下文所示的类型(重量百分比是相对于玻璃料的总重量):
关于组成,相对于玻璃料的重量,以不大于按重量计5%的量存在的低含量氧化铝(Al2O3)似乎呈现特定的重要性。
还应指出,其他成分(elements)的重量必须保持在表中上面所示的重量范围内。
以本身已知的方式,玻璃料的组成还可以包括微量的杂质或不同于所示出的并且单独添加的那些成分的其他成分,诸如用于提供特定特征的掺杂成分。然而,与上文表中指示的成分的含量相比,杂质或另外的成分的含量可以忽略不计。
基于氧化铁的杂质可能影响成品板坯物品的着色,并且因此它们的含量必须优选地被保持尽可能小。
有利地,用于生产基础混合物的玻璃料是在几微米与几毫米之间的范围内的连续粒度尺度上使用的。
方便地,该混合物可以包含按重量计约5%-15%的量的长石和/或粘土矿物,特别是高岭土,和/或类似材料,只要它们是白色的,以便获得玻璃-陶瓷材料典型的特征。
还可以向混合物中加入有色颜料,以便获得一定的色彩效果,尽管通过下文描述的方法获得的白色是优选的。
反过来,就本发明的方法而言,独特的特征似乎是,在加热至等于约1,200℃并且优选地接近1,180℃的烧制温度之后,通过至少一个用于未加工的板坯物品的受控冷却的步骤来进行至少部分失透和结晶步骤。
受控冷却包括一旦板坯已经在不大于1,160℃且不小于1,000℃的预定温度范围内被冷却到1,160℃并持续至少一分钟的预定时间段,就调节冷却速度。
因此,冷却步骤被控制在1160℃与1000℃之间的温度范围内持续预定的时间段。
预定温度范围可以在1,100℃与1,000℃之间;根据另一个实施方案,预定温度范围在1,150℃与1,050℃之间。
然而,失透和结晶还可以也在加热期间在最小程度上进行。
此外,玻璃料的失透和结晶过程导致板坯物品的最终硬度大于或等于5莫氏硬度。
以本身已知的方式,该方法包括:
a)制备混合物的步骤,所述混合物包含大于按重量计70%的占优势量的具有上文指示的组成的玻璃料以及至少一种粘合剂,以及
b)将基础混合物分布在模具或成型支撑体中的步骤。
如所提及的,在本上下文中,表述“占优势量”表示相对于混合物的总重量的大于70%的玻璃料的量。
方便地,如上文已经提及的,混合物可以包含按重量计约5%-15%的量的长石和/或粘土矿物,特别是高岭土和/或类似材料,只要它们是白色的。
有利地,形成混合物的粘合剂可以是有机粘合剂和/或无机粘合剂。
优选地,无机粘合剂是胶态二氧化硅的水性分散体(也被称为“硅溶胶”),而有机粘合剂选自包括聚乙烯醇、水溶性纤维素或多糖的组。
此外,混合物的分布通过本领域已知的机器进行,所述已知的机器包括例如料斗和提取带。
任选地,在混合物沉积在支撑体中之后,金属或陶瓷材料的网状物可以嵌入混合物中,以便增强物品的最终结构。
用于制造板坯物品的方法还包括用于压实包含在支撑体或模具中的混合物的步骤c),优选地通过真空振动压缩来压实包含在支撑体或模具中的混合物;干燥被压实的混合物的步骤d);通过烧制来烧结混合物以获得板坯物品的步骤e);以及所得物品的受控冷却的步骤f)。
烧制步骤e)可以在辊式炉中在约1,200℃的温度进行,优选地在接近1,180℃的温度进行。
真空振动压缩步骤可以通过冲压机来进行,用于以预定的频率同时施加机械压力和振动运动并持续预定的时间。
进行干燥步骤,以便从混合物中消除水,并且还可以帮助活化粘合剂。
有利地,在烧制步骤之前,可以设想用于在干燥的板坯的底表面上沉积和干燥耐火材料(被称为“料浆”)的层的步骤,以便防止板坯粘附到炉辊上。
在烧结步骤期间,干燥的物品在接近1,200℃的温度烧制,优选地在1,150℃与1,200℃之间,特别是在1,170℃与1,190℃之间的温度烧制。烧结步骤期间的烧制温度优选地接近1,180℃。
最后,受控冷却步骤包括在烧制步骤结束时将板坯转移到一个区域中,在该区域中,在板坯的进料方向上存在受控且降低的温度。
如上文已经描述的,该步骤对于制造根据本发明的板坯物品是至关重要的,因为该步骤是导致玻璃料的至少部分失透和结晶的步骤。
特别地,冷却步骤f)必须通过在1,160℃与1,000℃之间的预定温度范围内调节冷却速度以受控的方式进行。
以这种方式,确保板坯物品在1,160℃与1,000℃之间的温度范围内保持持续至少一分钟的时间段。
使用具有上文指示的组成的玻璃料,已经发现,作为受控冷却步骤的结果,所得的玻璃-陶瓷板坯物品在所述板坯的整个厚度上呈现深且半透明的白色,使得可以进行用于可能将板坯转化成特定物品的任何机械加工操作。
此外,以类似于针对冷却步骤所描述的方式的方式,还可以通过在上文指示的温度范围之一中选择性地调节加热速度来进行烧制步骤,以便进行玻璃料的至少部分失透和结晶。
特别地,玻璃料的至少部分失透和结晶可以在上文指示的1,050℃与1,150℃之间的温度范围内进行。
有利地,烧制步骤和冷却步骤期间的温度范围分别在约5分钟与8分钟之间的时间段和在约2分钟与4分钟之间的时间段内通过。
因此,压实和干燥的混合物被设计成保持在上文指示的温度范围之一内,以便进行玻璃料的失透和结晶持续在烧制与冷却之间的整个时间段,接近至少约10分钟。
从上面的描述中,现在清楚的是如何利用生产方法和用于生产意图用于生产板坯物品的混合物的玻璃料,可以获得物品的特定颜色。
事实上,由于氧化铝的预定量和至少部分失透/结晶过程,可以获得成品物品的白色,除非向混合物中加入另外的颜料。
此外,形成玻璃料的其他成分的重量也必须基于氧化铝的重量来校准。
Claims (18)
1.用于由基础混合物制造板坯物品的方法,包括以下步骤:
a)制备混合物,所述混合物包含按重量计大于70%的占优势量的玻璃料以及至少一种粘合剂;
b)将所述混合物分布在支撑体或成型模具中;
c)压实包含在所述支撑体或板坯成型模具中的所述混合物;
d)干燥被压实的混合物;
e)通过烧制来烧结被压实和干燥的混合物,并获得所述板坯物品;
f)所述板坯物品的受控冷却;
其特征在于,所述玻璃料包括:
相对于所述玻璃料的总重量的被包含在62%与68%之间的重量的二氧化硅(SiO2);
相对于所述玻璃料的总重量的被包含在3%与5%之间的重量的氧化铝(Al2O3);
相对于所述玻璃料的总重量的被包含在3%与5%之间的重量的氧化钾(K2O);
相对于所述玻璃料的总重量的被包含在18%与26%之间的重量的氧化钙(CaO);
相对于所述玻璃料的总重量的被包含在1%与4%之间的重量的氧化镁(MgO);并且
其中所述冷却步骤通过在不大于1,160℃且不小于1,000℃的预定温度范围内调节冷却速度以受控的方式进行,以便进行所述玻璃料的至少部分失透和结晶。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述温度范围被包含在1,100℃与1,000℃之间。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述温度范围优选地被包含在1,150℃和1,050℃之间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,除了所述冷却步骤之外,所述烧制步骤还通过在所述温度范围内调节加热速度以受控的方式进行,以便进行所述玻璃料的至少部分失透和结晶。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述混合物的压实通过真空振动压缩进行。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,在用于所述玻璃料的失透和结晶的所述冷却步骤期间,所述预定温度范围在至少一分钟的时间段内通过。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,在所述烧制步骤和冷却步骤期间,所述预定温度范围分别在约5分钟与8分钟之间的时间段和在约2分钟与4分钟之间的时间段内通过。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在过程结束时,所述板坯物品具有白色。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述粘合剂是无机粘合剂和/或有机粘合剂。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述无机粘合剂是胶体二氧化硅的水性分散体。
11.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述有机粘合剂选自包括聚乙烯醇、水溶性纤维素和多糖的组。
12.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述板坯物品具有大于或等于5莫氏硬度的硬度。
13.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述烧结步骤在炉中在接近1,200℃并且优选地接近1,180℃的温度进行。
14.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,除了所述玻璃料之外,所述混合物包含按重量计约5%-15%的量的长石和/或粘土矿物,特别是高岭土,和/或类似材料。
15.用于制造意图用于制造板坯物品的基础混合物的玻璃料,其特征在于,所述玻璃料包括:
相对于所述玻璃料的总重量的被包含在62%与68%之间的重量的二氧化硅(SiO2);
相对于所述玻璃料的总重量的被包含在3%与5%之间的重量的氧化铝(Al2O3);
相对于所述玻璃料的总重量的被包含在3%与5%之间的重量的氧化钾(K2O);
相对于所述玻璃料的总重量的被包含在18%与26%之间的重量的氧化钙(CaO);
相对于所述玻璃料的总重量的被包含在1%与4%之间的重量的氧化镁(MgO)。
16.根据权利要求15所述的玻璃料,其特征在于,所述玻璃料被设计成通过受控冷却和以预定的间隔调节冷却速度的步骤来经历至少部分失透和结晶过程。
17.板坯物品,通过根据权利要求1至14中至少一项所述的制造方法并使用包含根据权利要求15或16中至少一项所述的玻璃料的混合物获得。
18.根据权利要求17所述的物品,其特征在于,所述物品具有白色。
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