CN114773043B - 一种高强度陶瓷材料及加工工艺和高强度陶瓷砖 - Google Patents

一种高强度陶瓷材料及加工工艺和高强度陶瓷砖 Download PDF

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Abstract

本申请涉及瓷砖加工技术领域，具体公开了一种高强度陶瓷材料及加工工艺和高强度陶瓷砖，高强度陶瓷材料主要由以下重量份的原料制成：叶腊石15‑25份、钾长石6‑10份、石英石10‑20份、方解石5‑15份、氮化硅铁2‑4份、碳化硅5‑7份、改性膨润土4‑6份、铝酸钙水泥6‑10份、硅溶胶6‑10份、氧化锆珠5‑7份、氧化物超细粉5‑15份、分散剂50‑70份；所述改性膨润土采用钠化剂、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺对膨润土改性得到。该高强度陶瓷材料，具有高合格率、高抗弯强度的优点，同时生坯体具有高抗压强度，降低其在运输移动过程中出现裂纹的情况，提高陶瓷材料的综合性能，满足市场需求。

Description

一种高强度陶瓷材料及加工工艺和高强度陶瓷砖
技术领域
本申请涉及瓷砖加工技术领域，更具体地说，它涉及一种高强度陶瓷材料及加工工艺和高强度陶瓷砖。
背景技术
随着社会的发展，陶瓷行业也在不断的进步。陶瓷砖因其具有耐酸碱性好、抗污性好、致密度高、吸水率低、使用寿命长的优点，被广泛应用于建筑室内外的装饰。现有陶瓷砖一般以叶腊石、钾长石、石英石、方解石、高岭土为原料。将原料进行球磨、混料、冲压成型，此时形成生坯体。之后将生坯体运输移动到煅烧炉内进行烧制，降温，得到陶瓷砖。生坯体经过烧制，可以大幅度提高陶瓷砖的强度。发明人在实际加工中发现，生坯体在移动过程中容易出现裂纹的情况，影响陶瓷砖的合格率。
发明内容
为了降低生坯体在运输移动过程中出现裂纹的情况，增加生坯体移动的稳定性，提高生坯体的耐压强度，本申请提供一种高强度陶瓷材料及加工工艺和高强度陶瓷砖。
第一方面，本申请提供一种高强度陶瓷材料，采用如下的技术方案：
一种高强度陶瓷材料，其主要由以下重量份的原料制成：叶腊石15-25份、钾长石6-10份、石英石10-20份、方解石5-15份、氮化硅铁2-4份、碳化硅5-7份、改性膨润土4-6份、铝酸钙水泥6-10份、硅溶胶6-10份、氧化锆珠5-7份、氧化物超细粉5-15份、分散剂50-70份；所述改性膨润土采用钠化剂、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺对膨润土改性得到。
本申请的高强度陶瓷材料，通过原料之间的协同作用，使生坯体具有较高抗压强度，抗压强度＞2.3Mpa，可以降低其在运输移动过程中出现裂纹的情况。而且陶瓷材料还具有较高的合格率、较高的抗弯强度、较低的水化膨胀率，合格率＞95％、抗弯强度＞65Mpa、水化膨胀率＜0.5‰。同时陶瓷材料还具有良好的抗冻性，使陶瓷材料具有良好的综合性能，满足市场需求。
在原料中加入氮化硅铁、碳化硅，可以增加陶瓷材料的抗弯强度。加入氧化锆珠，有效的增加原料的流动性，提高陶瓷材料的致密性。加入氧化物超细粉，能够对原料中的孔隙进行填充，结合氧化锆珠、氧化物超细粉之间的协同增效，提高陶瓷材料的密实度以及结合强度，增加陶瓷材料的抗弯强度。
在原料中加入铝酸钙水泥、硅溶胶、改性膨润土，不仅起到良好的粘结效果，增加生坯体的抗压强度。而且利用钠化剂、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺对膨润土进行改性，增加膨润土的粘性，提高膨润土的使用效果。同时铝酸钙水泥中含有三氧化二铝、氧化钙，硅溶胶中含有二氧化硅，改性膨润土中含有硅铝酸盐，能够为原料提供有效氧化物成分，降低陶瓷材料出现孔隙，提高密度，增加原料之间的界面结合强度，提高抗弯强度、抗冻性，使陶瓷材料表现出良好的综合性能。
可选的，所述改性膨润土采用以下方法制备：
SA、将水升温至60-70℃，加入硫酸钠，搅拌且混合均匀，加入羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺，继续搅拌且混合均匀，得到预混物；
SB、将水升温至60-70℃，加入膨润土，搅拌处理30-40min，加入酯基季铵盐，继续搅拌处理1-2h，加入钠化剂，再继续搅拌处理1-2h，得到混合物；
SC、在混合物中加入预混物，搅拌处理3-4h；加入酯基季铵盐，继续搅拌处理30-40min，过滤，烘干，得到改性膨润土。
通过采用上述技术方案，首先利用钠化剂对膨润土进行钠化，形成钠基膨润土，然后利用羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺进行改性，便于改性膨润土的制备。同时，预先将羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺溶于热水中，提高其和膨润土混料的均匀性，待溶解羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺之前加入硫酸钠，促进其溶解，提高预混物的均匀性。待加入钠化剂之前加入酯基季铵盐，其能够对膨润土进行表面修饰和插层处理，便于膨润土于水中分散的均匀性。待混合物和预混物混合后，再次加入酯基季铵盐，进一步对膨润土进行分散，提高改性膨润土的性能。
可选的，步骤SA中，水、硫酸钠、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺、膨润土的重量配比为(25-35):(0.1-0.3):(2-3):(1-2):1；
步骤SB中，水、酯基季铵盐、钠化剂、膨润土的重量配比为(5-8):(0.05-0.15):(0.05-0.15):1；
步骤SC中，酯基季铵盐、膨润土的重量配比为(0.05-0.15):1。
通过采用上述技术方案，对改性膨润土制备过程中使用的原料配比进行优化，提高改性膨润土的使用效果。
可选的，所述钠化剂碳酸钠、氯化钠、硅酸钠中的一种或几种。
通过采用上述技术方案，便于钠化剂的选择，以及改性膨润土的制备。
可选的，所述硅溶胶中二氧化硅的质量含量为20-40％。
硅溶胶中二氧化硅的含量过高，则会影响硅溶胶的稳定性；硅溶胶中二氧化硅的含量过低，则会影响硅溶胶的黏性。本申请中，对硅溶胶中二氧化硅的质量含量进行优化，提高硅溶胶的使用效果。
可选的，所述氧化物超细粉为超细氧化铝、超细二氧化硅中的一种或两种。
通过采用上述技术方案，便于氧化物超细粉的选择，而且超细氧化铝、超细二氧化硅不仅能够对原料起到填充的作用，而且还能够有效的增加陶瓷材料的强度，提高陶瓷材料的综合性能。
可选的，所述分散剂主要由以下重量份的原料制成：水40-60份、乙醇40-60份、异构醇聚氧乙烯醚5-15份、丙烯酸马来酸共聚物5-15份。
分散剂在原料的球磨中使用，利用分散剂中原料之间的协同作用，不仅起到分散，降低原料出现团聚。而且还能够起到传递热量的效果，避免原料于球磨中出现过热的情况而影响性能，提高球磨效果。同时加入异构醇聚氧乙烯醚、丙烯酸马来酸共聚物，可以除去原料表面的油渍，增加原料的分散效果，提高陶瓷材料的综合性能。
第二方面，本申请提供一种上述所述的高强度陶瓷材料的加工工艺，采用如下的技术方案：
一种上述所述的高强度陶瓷材料的加工工艺，包括如下步骤：
S1、将叶腊石、钾长石、石英石、方解石、氮化硅铁、碳化硅、氧化锆珠混合均匀，然后加入分散剂，继续混合均匀，球磨，喷雾干燥，得到混料；
S2、将混料、改性膨润土、铝酸钙水泥、氧化物超细粉混合均匀，然后加入硅溶胶，继续混合均匀，之后在辐照功率为10-30kw、转速为400-600r/min下，继续搅拌处理10-20min，冲压成型，在温度为40-50℃下，保温处理20-25h，得到生坯体；
S3、将生坯体升温至460-480℃，保温处理10-20min；升温至960-980℃，保温处理10-20min；升温至1150-1250℃，保温处理40-50min，降温，得到陶瓷材料。
通过采用上述技术方案，不仅便于陶瓷材料的加工和制备，而且在步骤S2中，采用辐照处理，能够有效的增加原料表面的活性基团，增加原料之间的结合强度，提高生坯体的抗压强度，降低生坯体运输过程中出现损坏的情况，提高产品的合格率。
进一步的，步骤S3中，以40-50℃/min的升温速率升温至460-480℃；以30-40℃/min的升温速率升温至960-980℃；以升温速率为15-25℃/min的升温速率升温至1150-1250℃，采用程序升温，便于控制，而且还提高陶瓷材料的综合性能。
第三方面，本申请提供一种高强度陶瓷砖，采用如下的技术方案：
一种高强度陶瓷砖，其由上述所述的高强度陶瓷材料制备得到。
一种高强度陶瓷砖，包括砖坯体，所述砖坯体由上述所述的高强度陶瓷材料制备得到。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请的高强度陶瓷材料，通过原料之间的协同作用，具有高合格率、高抗弯强度、低水化膨胀率、良好抗冻性的优点。而且生坯体具有较高的抗压强度，降低其在运输移动过程中出现裂纹、损坏的情况，提高陶瓷材料的综合性能，满足市场需求。
2、改性膨润土的制备方法，不仅便于制备和控制，而且步骤SB、步骤SC中均加入酯基季铵盐，有效的增加改性膨润土的分散性以及使用效果。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
制备例
制备例1
一种改性膨润土，其采用以下方法制备：
SA、将300kg水升温至65℃。加入2kg硫酸钠，搅拌且混合均匀。然后加入25kg羧甲基纤维素、15kg聚丙烯酰胺，继续搅拌且混合均匀，得到预混物。
其中，羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺均选自济南鑫冠化工。
SB、将60kg水升温至65℃。加入10kg膨润土，搅拌处理35min。加入1kg酯基季铵盐，继续搅拌处理1.5h。加入1kg钠化剂，再继续搅拌处理1.5h，得到混合物。
其中，膨润土为钙基膨润土，且选自建平县万兴膨润土；酯基季铵盐为柔软剂RT-90，且选自沧州鑫晟精细化工；钠化剂为碳酸钠。
SC、在混合物中加入预混物，搅拌处理3.5h；加入1kg酯基季铵盐，继续搅拌处理35min，过滤，烘干，得到改性膨润土。
其中，酯基季铵盐为柔软剂RT-90，且选自沧州鑫晟精细化工。
制备例2
一种改性膨润土，其和制备例1的区别之处在于，步骤SB不同。
步骤SB具体为：将60kg水升温至65℃。加入10kg膨润土，搅拌处理35min。加入1kg钠化剂，继续搅拌处理1.5h，得到混合物。
制备例3
一种改性膨润土，其和制备例1的区别之处在于，步骤SC不同。
步骤SC具体为：在混合物中加入预混物，搅拌处理3.5h，过滤，得到改性膨润土。
制备例4
一种分散剂，将以下原料混合均匀得到：水50kg、乙醇50kg、异构醇聚氧乙烯醚10kg、丙烯酸马来酸共聚物10kg。
其中，异构醇聚氧乙烯醚为异构十醇聚氧乙烯醚1007，且选自江苏雷恩环保科技；丙烯酸马来酸共聚物选自广州市毅沓化工。
实施例
表1陶瓷材料各原料含量(单位:kg)
实施例 实施例1 实施例2 实施例3
叶腊石 20 15 25
钾长石 8 10 6
石英石 15 20 10
方解石 10 5 15
氮化硅铁 3 4 2
碳化硅 6 7 5
改性膨润土 5 4 6
铝酸钙水泥 8 10 6
硅溶胶 8 6 10
氧化锆珠 6 7 5
氧化物超细粉 10 15 5
分散剂 60 50 70
实施例1
一种高强度陶瓷材料，其原料配比见表1所示。
其中，叶腊石、钾长石、石英石均选自河北恒光矿产品；方解石选自河北润日矿产品；氮化硅铁、碳化硅均选自安阳坤鑫达冶金耐材；铝酸钙水泥为CA70，且选自郑州科瑞耐火材料；硅溶胶中二氧化硅的质量含量为30％，且选自JN-30；氧化物超细粉为超细二氧化硅，且超细二氧化硅的平均粒度为1μm；改性膨润土采用制备例1制备得到；分散剂采用制备例4制备得到。
一种高强度陶瓷材料的加工工艺，包括如下步骤：
S1、将叶腊石、钾长石、石英石、方解石、氮化硅铁、碳化硅、氧化锆珠混合均匀。然后加入分散剂，继续混合均匀，此时形成浆料。之后对浆料进行球磨，此时为湿法球磨，待球磨结束后，进行喷雾干燥，从而得到混料。混料250目筛余量为1.5％。
S2、将混料、改性膨润土、铝酸钙水泥、氧化物超细粉混合均匀，然后加入硅溶胶，继续混合均匀。之后在辐照功率为20kw、转速为500r/min下，继续搅拌处理15min。然后放入模具内，在压力为20Mpa下，冲压成型，冲压时间为15s。之后在温度为45℃下，保温处理24h，得到生坯体。
S3、将生坯体，以45℃/min的升温速率升温至470℃下，保温处理15min；以35℃/min的升温速率升温至970℃，保温处理15min；以升温速率为20℃/min的升温速率升温至1200℃，保温处理45min；降温至25℃，得到陶瓷材料。
实施例2-3
一种高强度陶瓷材料，其和实施例1的区别之处在于，高强度陶瓷材料的原料配比不同，且高强度陶瓷材料的原料配比见表1所示。
实施例4
一种高强度陶瓷材料，其和实施例1的区别之处在于，高强度陶瓷材料的原料中改性膨润土采用制备例2制备得到。
实施例5
一种高强度陶瓷材料，其和实施例1的区别之处在于，高强度陶瓷材料的原料中改性膨润土采用制备例3制备得到。
实施例6
一种高强度陶瓷材料，其和实施例1的区别之处在于，高耐磨陶瓷材料的制备方法，步骤S2不同。
步骤S2具体为：将混料、改性膨润土、铝酸钙水泥、氧化物超细粉混合均匀，然后加入硅溶胶，继续混合均匀。然后放入模具内，在压力为20Mpa下，冲压成型，冲压时间为15s。之后在温度为45℃下，保温处理24h，得到生坯体。
对比例
对比例1
一种高强度陶瓷材料，其和实施例1的区别之处在于，高强度陶瓷材料的原料中未添加改性膨润土。
对比例2
一种高强度陶瓷材料，其和实施例1的区别之处在于，高强度陶瓷材料的原料中未添加铝酸钙水泥。
对比例3
一种高强度陶瓷材料，其和实施例1的区别之处在于，高强度陶瓷材料的原料中用等量的水替换硅溶胶。
对比例4
一种高强度陶瓷材料，其和实施例1的区别之处在于，高强度陶瓷材料的原料中用等量的水替换硅溶胶，且未添加改性膨润土、铝酸钙水泥。
对比例5
一种高强度陶瓷材料，其和实施例1的区别之处在于，高强度陶瓷材料的原料中用等量的膨润土替换改性膨润土。
对比例6
一种高强度陶瓷材料，其和实施例1的区别之处在于，高强度陶瓷材料的原料，改性膨润土中，步骤SA不同。
步骤SA具体为：将300kg水升温至65℃。加入2kg硫酸钠，搅拌且混合均匀。然后加入25kg羧甲基纤维素，继续搅拌且混合均匀，得到预混物。
对比例7
一种高强度陶瓷材料，其和实施例1的区别之处在于，高强度陶瓷材料的原料，改性膨润土中，步骤SA不同。
步骤SA具体为：将300kg水升温至65℃。加入2kg硫酸钠，搅拌且混合均匀。然后加入15kg聚丙烯酰胺，继续搅拌且混合均匀，得到预混物。
性能检测试验
分别取实施例1-7、对比例1-7步骤S2得到的生坯体作为试样，且依据GB/T2542-2012《砌墙砖试验方法》对试样的抗压强度进行检测，检测结果如表2所示。
分别取实施例1-7、对比例1-7步骤S3得到的高强度陶瓷材料作为试样，且依据GB/T3810-2016《陶瓷砖试验方法》、GB/T2542-2012《砌墙砖试验方法》对试样的抗弯强度、水化膨胀率、合格率进行检测，检测结果如表2所示。
其中，试样尺寸为300mm×300mm×8mm。
合格率为生产100个高强度陶瓷材料产品的合格情况。通过观察产品表面是否具有明显裂纹，排断产品是否合格，且具有明显裂纹为不合格，不具有明显裂纹为合格。
表2检测结果
检测项目 抗压强度/(Mpa) 抗弯强度/(Mpa) 水化膨胀率/(‰) 抗冻性 合格率/(％)
实施例1 2.74 69.7 0.41 良好 99
实施例2 2.53 67.6 0.42 良好 97
实施例3 2.31 65.5 0.43 良好 96
实施例4 2.55 67.9 0.43 良好 97
实施例5 2.62 68.4 0.42 良好 98
实施例6 2.66 68.9 0.42 良好 98
对比例1 1.63 61.8 0.38 良好 85
对比例2 1.82 63.4 0.39 良好 88
对比例3 1.36 57.6 0.43 良好 81
对比例4 1.08 53.1 0.42 良好 76
对比例5 1.87 62.5 0.41 良好 92
对比例6 2.05 64.6 0.42 良好 94
对比例7 1.94 63.3 0.41 良好 93
从表2中可以看出，本申请的高强度陶瓷材料，具有较高的合格率，合格率为97-99％，生坯体具有较高的抗压强度，抗压强度为2.31-2.74Mpa，能够降低其煅烧前由于运输移动而出现裂纹、损坏的情况，进而提高陶瓷材料的合格率。而且，其还具有较高的抗弯强度，抗弯强度为65.5-69.7Mpa，提高陶瓷材料的应用范围。同时，其还具有较低的水化膨胀率、良好的抗冻性，使陶瓷材料具有良好的综合性能，满足市场需求。
将实施例1和对比例1-4进行比较，由此可以看出，在原料中添加改性膨润土、铝酸钙水泥、硅溶胶，且利用其之间的协同作用，在不影响水化膨胀率、抗冻性的基础上，明显增加生坯体的抗压强度，以及陶瓷材料的抗弯强度，同时还提高陶瓷材料的合格率。
将对比例1和对比例5进行比较，由此可以看出，在原料中加入膨润土，能够提高生坯体的抗压强度。结合对比例6-7，以及实施例1，利用羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺对膨润土进行改性，可以提高膨润土的使用效果，进而提高陶瓷材料的综合性能。
将实施例1和实施例4-5进行比较，由此可以看出，在改性膨润土的制备方法中，于步骤SB中加入酯基季铵盐，于步骤SC中加入酯基季铵盐，均可以进一步提高膨润土的使用效果。结合实施例6，在陶瓷材料的制备方法中，采用辐照处理，也可以提高陶瓷材料的生坯体抗压强度，以及陶瓷材料的抗弯强度。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种高强度陶瓷材料，其特征在于：其主要由以下重量份的原料制成：叶腊石15-25份、钾长石6-10份、石英石10-20份、方解石5-15份、氮化硅铁2-4份、碳化硅5-7份、改性膨润土4-6份、铝酸钙水泥6-10份、硅溶胶6-10份、氧化锆珠5-7份、氧化物超细粉5-15份、分散剂50-70份；所述改性膨润土采用钠化剂、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺对膨润土改性得到；
高强度陶瓷材料的加工工艺，包括如下步骤：
S1、将叶腊石、钾长石、石英石、方解石、氮化硅铁、碳化硅、氧化锆珠混合均匀，然后加入分散剂，继续混合均匀，球磨，喷雾干燥，得到混料；
S2、将混料、改性膨润土、铝酸钙水泥、氧化物超细粉混合均匀，然后加入硅溶胶，继续混合均匀，之后在辐照功率为10-30kw、转速为400-600r/min下，继续搅拌处理10-20min，冲压成型，在温度为40-50℃下，保温处理20-25h，得到生坯体；
S3、将生坯体升温至460-480℃，保温处理10-20min；升温至960-980℃，保温处理10-20min；升温至1150-1250℃，保温处理40-50min，降温，得到陶瓷材料。
2.根据权利要求1所述的一种高强度陶瓷材料，其特征在于：所述改性膨润土采用以下方法制备：
SA、将水升温至60-70℃，加入硫酸钠，搅拌且混合均匀，加入羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺，继续搅拌且混合均匀，得到预混物；
SB、将水升温至60-70℃，加入膨润土，搅拌处理30-40min，加入酯基季铵盐，继续搅拌处理1-2h，加入钠化剂，再继续搅拌处理1-2h，得到混合物；
SC、在混合物中加入预混物，搅拌处理3-4h；加入酯基季铵盐，继续搅拌处理30-40min，过滤，烘干，得到改性膨润土。
3.根据权利要求2所述的一种高强度陶瓷材料，其特征在于：步骤SA中，水、硫酸钠、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺、膨润土的重量配比为(25-35):(0.1-0.3):(2-3):(1-2):1；
步骤SB中，水、酯基季铵盐、钠化剂、膨润土的重量配比为(5-8):(0.05-0.15):(0.05-0.15):1；
步骤SC中，酯基季铵盐、膨润土的重量配比为(0.05-0.15):1。
4.根据权利要求2所述的一种高强度陶瓷材料，其特征在于：所述钠化剂碳酸钠、氯化钠、硅酸钠中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种高强度陶瓷材料，其特征在于：所述硅溶胶中二氧化硅的质量含量为20-40%。
6.根据权利要求1所述的一种高强度陶瓷材料，其特征在于：所述氧化物超细粉为超细氧化铝、超细二氧化硅中的一种或两种。
7.根据权利要求1所述的一种高强度陶瓷材料，其特征在于：所述分散剂主要由以下重量份的原料制成：水40-60份、乙醇40-60份、异构醇聚氧乙烯醚5-15份、丙烯酸马来酸共聚物5-15份。
8.一种高强度陶瓷砖，其特征在于：其由权利要求1-7中任一所述的高强度陶瓷材料制备得到。
9.一种高强度陶瓷砖，包括砖坯体，其特征在于：所述砖坯体由权利要求1-7中任一所述的高强度陶瓷材料制备得到。
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