CN113800880B - 一种低密度拉长石质瓷质陶瓷板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种低密度拉长石质瓷质陶瓷板及其制备方法。所述低密度拉长石质瓷质陶瓷板的坯体粉料的化学组成包括：以质量百分比计，烧失：5.0～7.0%、SiO2：60.0～64.0%、Al2O3：21.0～24.0%、Fe2O3：0.35～0.55%、TiO2：0.1～0.3%、CaO：2.5～4.5%、MgO：0.3～0.9%、K2O：2.0～4.0%、Na2O：1.0～2.5%。所述陶瓷板采用CaO‑MgO‑K2O‑Na2O多元复合熔剂的体系，经高温烧成形成拉长石、莫来石、石英等多元晶相，使多元晶相之间的应力得到释放，还可明显降低坯体烧成收缩率，促使烧成后的陶瓷板具有高强度特性。

Description

一种低密度拉长石质瓷质陶瓷板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种低密度拉长石质瓷质陶瓷板及其制备方法，属于陶瓷砖生产制造技术领域。
背景技术
陶瓷板具有耐高温、耐磨、耐污、易清洁等特性，作为一种全新的饰面装饰材料，经后期精加工后能够广泛应用于家具面板、厨卫台面板等领域。K2O/Na2O-Al2O3-SiO2体系的传统长石质瓷配方的自身烧成收缩大且传统模压布料均匀性差，容易导致模压压机成形的砖坯烧后在不同位置的烧成收缩差异大，冷却过程中易产生内应力从而导致难以控制陶瓷成品的尺码和砖形，也不利于陶瓷产品后期的切割加工，烧成后的陶瓷板成品也存在强度低的现象。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种低密度拉长石质瓷质陶瓷板及其制备方法，采用CaO-MgO-K2O-Na2O多元复合熔剂的体系配方，经高温烧成形成拉长石、莫来石、石英等多元晶相，不仅可使多元晶相之间的应力得到一定程度的释放，还可明显降低坯体烧成收缩率，促使烧成后的陶瓷板成品具有高强度特性。本发明提供的低密度拉长石质瓷质陶瓷板能够大幅提升陶瓷品质和后期切割加工性能，可拓宽建筑陶瓷产品的应用空间，满足陶瓷板在家具行业的应用需求。
第一方面，本发明提供一种低密度拉长石质瓷质陶瓷板。所述低密度拉长石质瓷质陶瓷板的坯体粉料的化学组成包括：以质量百分比计，烧失：5.0～7.0％、SiO2：60.0～64.0％、Al2O3：21.0～24.0％、Fe2O3：0.35～0.55％、TiO2：0.1～0.3％、CaO：2.5～4.5％、MgO：0.3～0.9％、K2O：2.0～4.0％、Na2O：1.0～2.5％。
较佳地，所述低密度拉长石质瓷质陶瓷板的坯体粉料的矿物组成包括：以质量百分比计，水磨钾钠长石：10～20％，高铝钾长石：5～11％，烧滑石：1～3％，硅灰石：6～10％，水磨钾砂：8～18％，高铝钾砂：5～15％，高白膨润土：2～6％，水洗球土：20～30％，原矿高岭土：10～20％。
较佳地，所述坯体粉料的硅铝摩尔比为(4.0～6.0)：1。
较佳地，所述坯体粉料的碱金属氧化物和碱土金属氧化物的质量比为1：(0.8～1.2)。
较佳地，所述坯体粉料的颗粒级配包括：以质量百分比计，30目以上：20～25％，30～60目：≥63.5％，60～80目：≤8％，80目以下：≤6％。
较佳地，所述低密度拉长石质瓷质陶瓷板的规格为长1200～3600mm×宽600～1800mm×厚度6～20mm。
较佳地，所述低密度拉长石质瓷质陶瓷板的烧成收缩率为7.0～9.0％，断裂模数为52～57MPa，体密度为2.28～2.36g/cm3。
较佳地，最高烧成温度为1180～1220℃，烧成周期为60～150min。
较佳地，所述低密度拉长石质瓷质陶瓷板的坯体烧后物相组成包括：以质量百分比计，玻璃相：40～50％，莫来石相：15～20％，游离石英：15～20％，拉长石：15～25％。
第二方面，本发明还提供上述任一项所述的低密度拉长石质瓷质陶瓷板的制备方法，包括以下步骤：
按照坯体粉料的矿物组成称量各原料并制成坯体粉料；
将坯体粉料压制成坯体；
将坯体干燥后烧成，获得所述低密度拉长石质瓷质陶瓷板。
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。
本公开提供一种低密度拉长石质瓷质陶瓷板。所述低密度拉长石质瓷质陶瓷板的坯体粉料的矿物组成包括水磨钾钠长石、高铝钾长石、烧滑石、(特级)硅灰石、水磨钾砂、高铝钾砂、高白膨润土、水洗球土和原矿高岭土。一些实施方式中，所述低密度拉长石质瓷质陶瓷板的坯体粉料的矿物组成包括：以质量百分比计，水磨钾钠长石：10～20％，高铝钾长石：5～11％，烧滑石：1～3％，硅灰石：6～10％，水磨钾砂：8～18％，高铝钾砂：5～15％，高白膨润土：2～6％，水洗球土：20～30％，原矿高岭土：10～20％。本发明未引入富含莫来石晶相的煅烧高岭土和石英，且水磨钾钠长石和高铝钾长石等长石原料用量在15～33％，由此可以促进生成后续提及的特殊物相组成。
作为示例，所述低密度拉长石质瓷质陶瓷板的坯体粉料的矿物组成包括：以质量百分比计，水磨钾钠长石：15％，高铝钾长石：8％，烧滑石：2％，特级硅灰石：8％，水磨钾砂：13％，高铝钾砂：10％，高白膨润土：4％，水洗球土：25％，原矿高岭土：15％。
本发明通过在低密度拉长石质瓷质陶瓷板的坯体粉料的矿物组成中引入线膨胀系数小的硅灰石，可明显降低坯体烧成收缩率，减小陶瓷成品的尺寸变化。传统长石质瓷坯体中烧成收缩主要来源于高岭石、叶腊石类粘土原料加热过程中生成莫来石的反应(按矿物的克分子体积计算，该反应的体积收缩率高达20％)，这是传统长石质瓷坯体配方烧成收缩率大的主要原因。本发明于低密度拉长石质瓷质坯体中引入硅灰石，在低于莫来石化的温度下(1100℃以下)与高岭石类粘土矿物发生固相反应生成烧成收缩小的钙长石，钙长石与钠长石固溶成拉长石等晶相，减少由高岭石、叶腊石等粘土原料形成烧成收缩大的莫来石相含量(按矿物相克分子体积计算，钙长石反应的体积收缩率仅为9％)，由此可明显降低坯体的烧成收缩率。
按照上述坯体粉料的矿物组成称量各原料并制备坯体粉料。所述坯体粉料的化学组成包括：以质量百分比计，烧失：5.0～7.0％、SiO2：60.0～64.0％、Al2O3：21.0～24.0％、Fe2O3：0.35～0.55％、TiO2：0.1～0.3％、CaO：2.5～4.5％、MgO：0.3～0.9％、K2O：2.0～4.0％、Na2O：1.0～2.5％。通过引入合适含量的碱土金属氧化物尤其是CaO熔剂组分，烧后利于形成拉长石晶相，降低玻璃相含量，可明显降低烧成收缩率，提高烧后成品强度，同时拉长石晶相的出现使拉长石、莫来石、石英等多元晶相之间的应力得到一定的释放，可大幅度提升陶瓷板的后期切割加工性能。
作为示例，所述坯体粉料的化学组成包括：以质量百分比计，烧失：5.96％、SiO2：61.78％、Al2O3：22.50％、Fe2O3：0.49％、TiO2：0.21％、CaO：3.51％、MgO：0.59％、K2O：3.25％、Na2O：1.61％。
所述坯体粉料的硅铝摩尔比为(4.0～6.0)：1，如此可保证该拉长石瓷质配方有较宽的烧成温度范围，减少烧成变形。
所述坯体粉料的碱金属氧化物和碱土金属氧化物的质量比为1：(0.8～1.2)。通过将碱金属氧化物和碱土金属氧化物的质量比控制在上述范围内，能够通过固相反应生成烧成收缩小的钙长石，且所生成的钙长石与钠长石固溶成拉长石晶相，不仅可以明显降低坯体烧成收缩率，而且拉长石晶相的出现使多元晶相之间的应力得到有效释放。
所述坯体粉料的颗粒级配包括：以质量百分比计，30目以上：20～25％，30～60目：≥63.5％，60～80目：≤8％，80目以下：≤6％。该颗粒级配既可满足坯体的表面平整度要求，也可减少压制分层缺陷的产生。
制备坯体粉料的方式可以为：根据坯体粉料的矿物组成称量各原料后，加入水并球磨均匀，喷雾干燥，得到坯体粉料。所述坯体粉料的水分含量为8.0～8.5wt％。
将坯体粉料压制成坯体。可为干压成型。将坯体干燥。干燥时间可为45～80min，干燥坯的水分控制在0.5wt％以内。
干燥后的坯体烧成以获得低密度拉长石质瓷质陶瓷板。可在辊道窑中低温快速烧成。一些实施方式中，最高烧成温度为1180～1220℃，烧成周期为60～150min。
所述低密度拉长石质瓷质陶瓷板的厚度可为6～20mm。例如，所述低密度拉长石质瓷质陶瓷板的规格为长1200～3600min×宽800～1800min×厚度6～20mm。
传统K2O/Na2O-Al2O3-SiO2体系的长石质瓷陶瓷板的坯体烧后物相组成包括：以质量百分比计，玻璃相：55～65％，莫来石相：15～25％，游离石英：15～25％。玻璃相在该坯体物相组成的占比高达55～65％，导致瓷坯受外界机械力作用时容易从玻璃相开始破坏，从而导致传统长石质瓷配方的陶瓷板的机械强度较低。一些实施方式中，传统长石质瓷配方的陶瓷板的断裂模数仅40.0～45.0MPa。另外，如前所述，传统长石质瓷坯体中烧成收缩主要来源于高岭石类粘土原料加热过程中生成莫来石的反应(按矿物的克分子体积计算，该反应的体积收缩率高达20％)。这导致采用传统长石质瓷配方的陶瓷板烧成收缩大，冷却过程中易产生内应力，这不利于陶瓷板后期的切割加工。一些实施方式中，传统长石质瓷配方的陶瓷板的烧成收缩率高达10.0～11.0％。
所述低密度拉长石质瓷质陶瓷板的坯体烧后物相组成包括：以质量百分比计，玻璃相：40～50％，莫来石相：15～20％，游离石英：15～20％，拉长石：15～25％。该低密度拉长石质瓷质陶瓷板相比传统长石质瓷陶瓷板的玻璃相含量降低了5～25％，莫来石相、游离石英、拉长石等晶相的总含量相应明显增加，可有效提高所述低密度拉长石质瓷质陶瓷板的机械强度。本发明所述低密度拉长石质瓷质陶瓷板的烧成收缩率为7.0～9.0％，断裂模数为52～57MPa，体密度为2.28～2.36g/cm3。以及，该低密度拉长石质瓷质陶瓷经高温烧成后形成拉长石、莫来石、石英等多元晶相，烧成收缩较小，可使多元晶相之间的应力得到一定程度的释放，能够大幅度提升陶瓷板的后期切割加工性能，便于开孔钻孔、倒角、开槽、水刀等切割加工，满足拓宽陶瓷板在家具行业应用的实际需求。
还可以在烧成前对干燥后的坯体进行装饰。应注意，通常装饰工序不会对烧成后陶瓷板的性能(包括烧成收缩、体密度和断裂模数)产生明显影响。所述装饰工序包括但不局限于以下图案装饰工序和/或施釉装饰工序。
在干燥后的坯体表面施发色面釉，从而可以遮盖坯体的底色和瑕疵。所述发色面釉的矿物组成包括：以质量百分比计，钾长石：35～45％，钠长石：15～25％，高岭土：20～28％、煅烧氧化铝：4～8％，硅酸锆：8～12％。一些实施方式中，所述发色面釉的矿物组成包括：以质量百分比计，钾长石：40％，钠长石：20％，高岭土：24％、煅烧氧化铝：6％，硅酸锆：10％。
上述发色面釉的化学组成包括：以质量百分比计，烧失：2.5～4.5％、SiO2：52.0～60.0％、Al2O3：23.0～27.0％、Fe2O3：0.1～0.5％、TiO2：0.1～0.3％、CaO：0.01～0.5％、MgO：0.01～0.5％、K2O：3.5～5.5％、Na2O：2.0～4.0％、ZrO2：5.0～7.0％。例如，所述发色面釉的化学组成包括：以质量百分比计，烧失：3.53％、SiO2：56.25％、Al2O3：25.19％、Fe2O3：0.29％、TiO2：0.12％、CaO：0.25％、MgO：0.18％、K2O：4.62％、Na2O：2.95％、ZrO2：6.28％。
发色面釉的细度为325目筛余达到0.5～0.8wt％。所述发色面釉的施加方式为喷釉。一些实施方式中，所述发色面釉的比重为1.40～1.50g/cm3，施釉量为150～180g/m2。
将施发色面釉的坯体高温干燥后，用喷墨机喷墨打印设计图案。
在喷墨打印设计图案的坯体上施干粒釉。干粒釉发色佳，抛后透感好，可充分呈现设计图案纹理效果。所述干粒釉的化学组成包括：以质量百分比计，烧失：1.0～3.0％、SiO2：54.0～60.0％、Al2O3：10.5～13.5％、Fe2O3：0.01～0.3％、TiO2：0.01～0.3％、CaO：8.0～12.0％、MgO：1.0～3.0％、K2O：4.5～6.5％、Na2O：0.5～1.5％、SrO：0.01～0.5％、BaO：0.5～2.5％、ZnO：6.0～12.0％、B2O3：0.01～0.5％。一些实施方式中，所述干粒釉的化学组成包括：以质量百分比计，烧失：2.02％、SiO2：56.72％、Al2O3：11.60％、Fe2O3：0.22％、TiO2：0.10％、CaO：10.05％、MgO：1.91％、K2O：5.60％、Na2O：0.62％、SrO：0.37％，BaO：1.60％、ZnO：8.67％、B2O3：0.40％。
所述干粒釉的施加方式为淋釉。一些实施方式中，所述干粒釉的比重为1.48～1.55g/cm3，施釉量为350～400g/m2。
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
低密度拉长石质瓷质陶瓷板的制备方法包括以下步骤：
步骤一：按照配比称量坯体粉料的原料并制成坯体粉料。所述坯体粉料的矿物组成包括：以质量百分比计，水磨钾钠长石：15％，高铝钾长石：8％，烧滑石：2％，硅灰石：8％，水磨钾砂：13％，高铝钾砂：10％，高白膨润土：4％，水洗球土：25％，原矿高岭土：15％。所述坯体粉料的化学组成包括：以质量百分比计，烧失：5.96％、SiO2：61.78％、Al2O3：22.50％、Fe2O3：0.49％、TiO2：0.21％、CaO：3.51％、MgO：0.59％、K2O：3.25％、Na2O：1.61％。
步骤二：将坯体粉料压制为厚度15mm的坯体，并将坯体干燥。干燥时间60min，干燥坯的水分控制在0.5wt％以内。
步骤三：在干燥后的坯体上采用摆臂式喷釉机施发色面釉。所述发色面釉的矿物组成包括：以质量百分比计，钾长石：40％，钠长石：20％，高岭土：24％、煅烧氧化铝：6％，硅酸锆：10％。所述发色面釉的化学组成包括：以质量百分比计，3.53％、SiO2：56.25％、Al2O3：25.19％、Fe2O3：0.29％、TiO2：0.12％、CaO：0.25％、MgO：0.18％、K2O：4.62％、Na2O：2.95％、ZrO2：6.28％。所述发色面釉的比重为1.45g/cm3，施釉量为160g/m2。
步骤四：将施发色面釉后的坯体高温干燥，并用喷墨机喷墨打印设计图案。
步骤五：在喷墨打印设计图案的坯体上钟罩淋干粒釉。所述干粒釉的化学组成包括：以质量百分比计，烧失：2.02％、SiO2：56.72％、Al2O3：11.60％、Fe2O3：0.22％、TiO2：0.10％、CaO：10.05％、MgO：1.91％、K2O：5.60％、Na2O：0.62％、SrO：0.37％、BaO：1.60％、ZnO：8.67％，B2O3：0.40％。所述干粒釉的比重为1.55g/cm3，施釉量为350g/m2。
步骤六：将施干粒釉的坯体经高温干燥后在辊道窑快速烧成。最高烧成温度为1200℃，烧成周期为120min。
步骤七：将烧成后的陶瓷板采用抛光技术进行抛坯处理。
步骤八：打蜡磨边，分级打包进仓。
根据HB 5353.2-2004《熔模铸造陶瓷型芯性能试验方法第2部分：烧成收缩率的测定》测试烧成收缩率；GB/T 3810.4-2016《断裂模数和破坏强度的测定》测试断裂模数；根据GB/T 3810.3-2016《吸水率、显气孔率、表观相对密度和容重的测定》测试表观相对密度，即体密度。经过测试，实施例1的低密度拉长石质瓷质陶瓷板的烧成收缩率为8.16％，断裂模数为55.35Mpa，体密度为2.323g/cm3。
对比例1
传统长石质瓷陶瓷板的制备方法包括以下步骤：
步骤一：按照配比称量传统长石质瓷陶瓷板的坯体粉料的矿物组成并制备成坯体粉料。所述坯体粉料的矿物组成包括：以质量百分比计，钠长石：21％，滑石泥：1.5％，高温钾砂：16％，高铝钾砂：18.5％，高白钾砂：10％，高白膨润土：2％，水洗球土：23％，黑泥：4％，煅烧铝矾土：4％。坯体粉料的化学组成包括：以质量百分比计，烧失：5.23％、SiO2：63.00％、Al2O3：24.02％、Fe2O3：0.81％、TiO2：0.23％、CaO：0.37％、MgO：0.69％、K2O：2.49％、Na2O：2.78％。
步骤二：将坯体粉料压制为厚度15mm的坯体，并将坯体干燥。干燥时间60min，干燥坯的水分控制在0.5wt％以内。
步骤三：在干燥后的坯体上采用摆臂式喷釉机施发色面釉。所述发色面釉的矿物组成包括：以质量百分比计，钾长石：40％，钠长石：20％，高岭土：24％、煅烧氧化铝：6％，硅酸锆：10％。所述发色面釉的化学组成包括：以质量百分比计，3.53％、SiO2：56.25％、Al2O3：25.19％、Fe2O3：0.29％、TiO2：0.12％、CaO：0.25％、MgO：0.18％、K2O：4.62％、Na2O：2.95％、ZrO2：6.28％。所述发色面釉的比重为1.45g/cm3，施釉量为160g/m2。
步骤四：将施发色面釉后的坯体高温干燥，并用喷墨机喷墨打印设计图案。
步骤五：在喷墨打印设计图案的坯体上钟罩淋干粒釉。所述干粒釉的化学组成包括：以质量百分比计，烧失：2.02％、SiO2：56.72％、Al2O3：11.60％、Fe2O3：0.22％、TiO2：0.10％、CaO：10.05％、MgO：1.91％、K2O：5.60％、Na2O：0.62％、SrO：0.37％、BaO：1.60％、ZnO：8.67％，B2O3：0.40％。所述干粒釉的比重为1.55g/cm3，施釉量为350g/m2。
步骤六：将施干粒釉的坯体经高温干燥后在辊道窑快速烧成。最高烧成温度为1200℃，烧成周期为120min。
步骤七：将烧成后的陶瓷板采用抛光技术进行抛坯处理。
步骤八：打蜡磨边，分级打包进仓。
根据HB 5353.2-2004《熔模铸造陶瓷型芯性能试验方法第2部分：烧成收缩率的测定》测试烧成收缩率；GB/T 3810.4-2016《断裂模数和破坏强度的测定》测试断裂模数；根据GB/T 3810.3-2016《吸水率、显气孔率、表观相对密度和容重的测定》测试表观相对密度，即体密度。经过测试，对比例1的传统长石质瓷陶瓷板的烧成收缩率为10.36％，断裂模数为44.62Mpa，体密度为2.41g/cm3。

Claims (8)

1.低密度拉长石质瓷质陶瓷板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照坯体粉料的矿物组成称量各原料并制成坯体粉料；所述低密度拉长石质瓷质陶瓷板的坯体粉料的矿物组成包括：以质量百分比计，水磨钾钠长石：10～20%，高铝钾长石：5～11%，烧滑石：1～3%，硅灰石：6～10%，水磨钾砂：8～18%，高铝钾砂：5～15%，高白膨润土：2～6%，水洗球土：20～30%，原矿高岭土：10～20%；
将坯体粉料压制成坯体；
将坯体干燥后烧成，获得所述低密度拉长石质瓷质陶瓷板；
所述低密度拉长石质瓷质陶瓷板的坯体粉料的化学组成包括：以质量百分比计，烧失：5.0～7.0%、SiO2：60.0～64.0%、Al2O3：21.0～24.0%、Fe2O3：0.35～0.55%、TiO2：0.1～0.3%、CaO：2.5～4.5%、MgO：0.3～0.9%、K2O：2.0～4.0%、Na2O：1.0～2.5%；所述低密度拉长石质瓷质陶瓷板的坯体烧后物相组成包括：以质量百分比计，玻璃相：40～50%，莫来石相：15～20%，游离石英：15～20%，拉长石：15～25%。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述坯体粉料的硅铝摩尔比为4.0～6.0：1。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述坯体粉料的碱金属氧化物和碱土金属氧化物的质量比为1：0.8～1.2。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述坯体粉料的颗粒级配包括：以质量百分比计，30目以上：20～25%，30～60目：≥63.5%，60～80目：≤8%，80目以下：≤6%。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述低密度拉长石质瓷质陶瓷板的规格为长1200～3600mm×宽600～1800 mm×厚度6～20mm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述低密度拉长石质瓷质陶瓷板的烧成收缩率为7.0～9.0%，断裂模数为52～57MPa，体密度为2.28～2.36g/cm3。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，最高烧成温度为1180～1220℃，烧成周期为60～150min。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的低密度拉长石质瓷质陶瓷板的制备方法获得的低密度拉长石质瓷质陶瓷板。
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