CN117430405A - 防静电陶瓷砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于陶瓷砖制备技术领域，具体的涉及一种防静电陶瓷砖及其制备方法。所述的防静电陶瓷砖，包括导电陶瓷坯体和防静电釉料；所述的导电陶瓷坯体，由以下原料组成：高岭土、红柱石、硅灰、堇青石、煅烧铝矾土、含铁废渣、赤泥、二硼化锆、氧化锌。本发明所述的防静电陶瓷砖，由导电陶瓷坯体和防静电釉料组成，导电陶瓷坯体创造性的选择添加含铁废渣和赤泥两种固废，复配二硼化锆使用，充分保证了导电陶瓷坯体的导电网络的形成；在防静电釉料层中通过烧成碳化硅、氧化锌和五氧化二钒的混合物形成富含半导体成分的熔体层，复配二硼化钛这种导体，充分保证了防静电釉料与导电陶瓷坯体之间的导通，进而使得陶瓷砖具备防静电性能。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷砖制备技术领域，具体的涉及一种防静电陶瓷砖及其制备方法。
背景技术
随着现代科学技术的发展，静电现象已经在众多行业中普遍存在，例如国防军事、航空航天、精密仪器制造、石油化工、信息工业、制药、矿山开采、防治工业、饲料加工和印刷行业等。在这些行业的生产、加工和应用中使用的一些敏感仪器和场所一旦受到静电影响，很有可能导致严重的危害，例如静电放电时会产生电磁场效应来干扰精密仪器的正常工作，导致医药生产中引尘引菌；引起集成电路损坏而导致医疗过程中电颤事故；导致纺织制造发生纤维聚集等事故。许多静电敏感的环境甚至可能受静电影响产生火花放电，从而导致严重的火灾、爆炸等事故。因此，如何预防静电对于有易燃易爆材料为内部结构建造的建筑物具有极其重要的意义。
防静电材料的表面电阻率或体积电阻率应在一定的范围之内，静电消散速率较大，从而达到静电不易积聚的目的。防静电陶瓷砖相比以往的防静电产品，如：环氧和三聚氰胺、PVC防静电涂料、地板、防静电橡胶板等高分子材料，克服了易老化、不耐磨、易污染、耐久性和防火欠佳等缺点。同时，又兼具陶瓷砖耐磨、抗污能力强、装饰效果好的优点。目前，防静电陶瓷砖已经被应用于能源、国防、航天、石油化工信息及民用生活等领域，具有广阔的市场空间和发展前景。
目前防静电陶瓷通常是使用锑掺杂氧化锡为导电填料，使用量大，价格昂贵，为了减少氧化锡的使用量，解决办法是制备锑掺杂氧化锡包覆型导电填料，虽然减少了锑掺杂氧化锡的加入量，但是也没有从根本上解决这一技术问题。虽然，目前也出现了不使用氧化锡为原料的防静电陶瓷，但是其防静电效果不够好，且抗弯强度也不理想，直接影响防静电陶瓷使用范围和使用寿命。因此，有必要探索一种新型的防静电陶瓷砖。
发明内容
本发明的目的是：提供一种防静电陶瓷砖。所述的陶瓷砖既能够达到防静电的效果，又能够保证陶瓷砖的力学性能，使用范围广泛；本发明同时提供了其制备方法。
本发明所述的防静电陶瓷砖，包括导电陶瓷坯体和防静电釉料；所述的导电陶瓷坯体，以重量份数计，由以下原料组成：高岭土13-15份、红柱石3-5份、硅灰8-10份、堇青石4-7份、煅烧铝矾土8-13份、含铁废渣28-32份、赤泥17-23份、二硼化锆3-5份、氧化锌1-3份。
优选的，本发明所述的防静电陶瓷砖，包括导电陶瓷坯体和防静电釉料；所述的导电陶瓷坯体，以重量份数计，由以下原料组成：高岭土14份、红柱石5份、硅灰9份、堇青石6份、煅烧铝矾土10份、含铁废渣30份、赤泥20份、二硼化锆5份、氧化锌3份。
其中：
所述的含铁废渣，以质量百分数计，化学组成如下所示：Al2O3 9.98-10.43％、SiO242.94-43.58％、Fe2O3 33.63-34.05％、K2O 1.95-2.76％、Na2O 3.78-4.31％、CaO 3.27-3.54％、MgO 0.72-0.89％、余量为杂质。
所述的赤泥，以质量百分数计，化学组成如下所示：Al2O3 18.56-19.27％、SiO217.53-17.78％、Fe2O3 27.43-28.86％、MgO 0.50-0.56％、Na2O 4.57-5.03％、CaO 12.89-13.02％、余量为杂质。
导电陶瓷坯体中添加二硼化锆，二硼化锆除了具有很高的耐热震性能和高温下的抗氧化性能以外，还具有高强度，且其自身的电阻小，具有很好的导电性，因此，能够配合含铁废渣和赤泥使用，通过含铁废渣和赤泥的化学组成，能够清晰的看出，其中均含有大量的Fe2O3，在本申请所述的烧成温度下，Fe2O3不与其他原料发生反应，而是分散于熔体中发生缓慢分解形成Fe3O4和FeO，从而形成导电网络；所以说，二硼化锆复配含铁废渣和赤泥同时使用，最大限度的保证了坯体导电网络的形成，使其具有很好的导通性能。
所述的导电陶瓷坯体中通过添加硅灰，降低烧成温度的同时减少烧成收缩，提高坯体的机械强度，由于硅灰的存在，也降低了红柱石在烧成过程中转化为莫来石相的温度，从而进一步提高了坯体的机械强度和化学稳定性。
所述的防静电釉料，以重量份数计，由以下原料组成：高岭土10-12份、方解石8-10份、锂辉石20-22份、叶腊石15-18份、滑石6-9份、碳化硅3-5份、二硼化钛4-6份、氧化锌1-2份、五氧化二钒0.5-0.8份、氟化钙2-3份。
优选的，所述的防静电釉料，以重量份数计，由以下原料组成：高岭土11份、方解石9份、锂辉石21份、叶腊石16.5份、滑石8份、碳化硅4份、二硼化钛5份、氧化锌1.5份、五氧化二钒0.7份、氟化钙2.5份。
所述的防静电釉料，通过添加滑石改善釉面的硬度和耐磨性，而额外添加方解石，在改善釉的透光性的同时还能够改善坯釉结合能力，降低釉料的膨胀系数，阻止釉面裂纹的产生。之所以选择添加锂辉石而不再添加钾长石或者钠长石，是因为锂辉石溶解石英的能力更强，且能够降低釉料的热膨胀系数，改善釉的热稳定性。此外，通过添加大量的叶腊石，增加釉面的坯釉适应性和热稳定性。氟化钙和五氧化二钒的添加，降低了釉料的烧成温度，提高釉面的强度和平整度。碳化硅、氧化锌和五氧化二钒通过烧成，形成富含半导体成分的熔体层，复配具有良好导电性的二硼化钛使用，使得釉面具有很好的导通网络结构，从而使其具有防静电效果。
本发明所述的防静电陶瓷砖的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将由高岭土、红柱石、硅灰、堇青石、煅烧铝矾土、含铁废渣、赤泥、二硼化锆以及氧化锌组成的导电陶瓷坯体原料进行湿法球磨，得到坯体浆料，坯体浆料经干燥造粒后过150目筛得到粉料，然后将粉料放入模具中进行压制成型，得导电陶瓷坯体；
(2)将由高岭土、方解石、锂辉石、叶腊石、滑石、碳化硅、二硼化钛、氧化锌、五氧化二钒以及氟化钙组成的防静电釉料原料进行湿法球磨，得到防静电釉料；
(3)将防静电釉料喷涂在导电陶瓷坯体表面，干燥后进行高温烧结，制备得到防静电陶瓷砖。
其中：
步骤(1)中湿法球磨时间为45-50h，转速为300r/min，加入水的质量占导电陶瓷坯体原料和的50-53％；干燥温度为115-120℃，压制成型的压力为120-130MPa。
步骤(2)中湿法球磨时间为58-60h，转速为350r/min，加入水的质量占防静电釉料原料和的70-75％。
步骤(3)中干燥温度为115-120℃，干燥时间为5-6h；高温烧结的温度为1230-1250℃，高温烧结的时间为3.3-3.5h。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明所述的防静电陶瓷砖，由导电陶瓷坯体和防静电釉料组成，导电陶瓷坯体创造性的选择添加含铁废渣和赤泥两种固废，复配二硼化锆使用，充分保证了导电陶瓷坯体的导电网络的形成；在防静电釉料层中通过烧成碳化硅、氧化锌和五氧化二钒的混合物形成富含半导体成分的熔体层，复配二硼化钛这种导体，充分保证了防静电釉料与导电陶瓷坯体之间的导通，进而使得陶瓷砖具备防静电性能。
(2)本发明所述的防静电陶瓷砖，不管是导电陶瓷坯体还是防静电釉料，在添加导电物质时，均严格控制导电物质的添加量，既能保证导电网络的形成，达到防静电的效果，又能够保证不影响陶瓷砖的力学性能，从而使得陶瓷砖的使用范围广泛，使用寿命长。
(3)本发明所述的防静电陶瓷砖的制备方法，制备工艺简单，参数易于控制，制备的陶瓷砖具有优异的防静电性能和力学性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
本实施例1所述的防静电陶瓷砖，包括导电陶瓷坯体和防静电釉料；所述的导电陶瓷坯体，以重量份数计，由以下原料组成：高岭土14份、红柱石5份、硅灰9份、堇青石6份、煅烧铝矾土10份、含铁废渣30份、赤泥20份、二硼化锆5份、氧化锌3份。
其中：
所述的含铁废渣，以质量百分数计，化学组成如下所示：Al2O3 10.20％、SiO243.30％、Fe2O3 34.05％、K2O 1.95％、Na2O 3.78％、CaO 3.42％、MgO 0.89％、余量为杂质。
所述的赤泥，以质量百分数计，化学组成如下所示：Al2O3 19.27％、SiO2 17.78％、Fe2O3 28.86％、MgO 0.50％、Na2O 4.57％、CaO 13.02％、余量为杂质。
所述的防静电釉料，以重量份数计，由以下原料组成：高岭土11份、方解石9份、锂辉石21份、叶腊石16.5份、滑石8份、碳化硅4份、二硼化钛5份、氧化锌1.5份、五氧化二钒0.7份、氟化钙2.5份。
本实施例1所述的防静电陶瓷砖的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将由高岭土、红柱石、硅灰、堇青石、煅烧铝矾土、含铁废渣、赤泥、二硼化锆以及氧化锌组成的导电陶瓷坯体原料进行湿法球磨，得到坯体浆料，坯体浆料经干燥造粒后过150目筛得到粉料，然后将粉料放入模具中进行压制成型，得导电陶瓷坯体；
(2)将由高岭土、方解石、锂辉石、叶腊石、滑石、碳化硅、二硼化钛、氧化锌、五氧化二钒以及氟化钙组成的防静电釉料原料进行湿法球磨，得到防静电釉料；
(3)将防静电釉料喷涂在导电陶瓷坯体表面，干燥后进行高温烧结，制备得到防静电陶瓷砖。
其中：
步骤(1)中湿法球磨时间为50h，转速为300r/min，加入水的质量占导电陶瓷坯体原料和的53％；干燥温度为120℃，压制成型的压力为130MPa。
步骤(2)中湿法球磨时间为60h，转速为350r/min，加入水的质量占防静电釉料原料和的75％。
步骤(3)中干燥温度为120℃，干燥时间为5h；高温烧结的温度为1250℃，高温烧结的时间为3.5h。
实施例2
本实施例2所述的防静电陶瓷砖，包括导电陶瓷坯体和防静电釉料；所述的导电陶瓷坯体，以重量份数计，由以下原料组成：高岭土13份、红柱石4份、硅灰8份、堇青石7份、煅烧铝矾土8份、含铁废渣28份、赤泥23份、二硼化锆3份、氧化锌2份。
其中：
所述的含铁废渣，以质量百分数计，化学组成如下所示：Al2O3 10.43％、SiO242.94％、Fe2O3 33.85％、K2O 2.76％、Na2O 4.31％、CaO 3.54％、MgO 0.72％、余量为杂质。
所述的赤泥，以质量百分数计，化学组成如下所示：Al2O3 18.56％、SiO2 17.53％、Fe2O3 28.15％、MgO 0.56％、Na2O 4.81％、CaO 12.89％、余量为杂质。
所述的防静电釉料，以重量份数计，由以下原料组成：高岭土10份、方解石8份、锂辉石20份、叶腊石18份、滑石9份、碳化硅5份、二硼化钛4份、氧化锌2份、五氧化二钒0.5份、氟化钙2份。
本实施例2所述的防静电陶瓷砖的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将由高岭土、红柱石、硅灰、堇青石、煅烧铝矾土、含铁废渣、赤泥、二硼化锆以及氧化锌组成的导电陶瓷坯体原料进行湿法球磨，得到坯体浆料，坯体浆料经干燥造粒后过150目筛得到粉料，然后将粉料放入模具中进行压制成型，得导电陶瓷坯体；
(2)将由高岭土、方解石、锂辉石、叶腊石、滑石、碳化硅、二硼化钛、氧化锌、五氧化二钒以及氟化钙组成的防静电釉料原料进行湿法球磨，得到防静电釉料；
(3)将防静电釉料喷涂在导电陶瓷坯体表面，干燥后进行高温烧结，制备得到防静电陶瓷砖。
其中：
步骤(1)中湿法球磨时间为45h，转速为300r/min，加入水的质量占导电陶瓷坯体原料和的50％；干燥温度为115℃，压制成型的压力为120MPa。
步骤(2)中湿法球磨时间为58h，转速为350r/min，加入水的质量占防静电釉料原料和的73％。
步骤(3)中干燥温度为115℃，干燥时间为6h；高温烧结的温度为1230℃，高温烧结的时间为3.3h。
实施例3
本实施例3所述的防静电陶瓷砖，包括导电陶瓷坯体和防静电釉料；所述的导电陶瓷坯体，以重量份数计，由以下原料组成：高岭土15份、红柱石3份、硅灰10份、堇青石4份、煅烧铝矾土13份、含铁废渣32份、赤泥17份、二硼化锆4份、氧化锌1份。
其中：
所述的含铁废渣，以质量百分数计，化学组成如下所示：Al2O3 9.98％、SiO243.58％、Fe2O3 33.63％、K2O 2.40％、Na2O 4.05％、CaO 3.27％、MgO 0.81％、余量为杂质。
所述的赤泥，以质量百分数计，化学组成如下所示：Al2O3 18.92％、SiO2 17.66％、Fe2O3 27.43％、MgO 0.53％、Na2O 5.03％、CaO 12.96％、余量为杂质。
所述的防静电釉料，以重量份数计，由以下原料组成：高岭土12份、方解石10份、锂辉石22份、叶腊石15份、滑石6份、碳化硅3份、二硼化钛6份、氧化锌1份、五氧化二钒0.8份、氟化钙3份。
本实施例3所述的防静电陶瓷砖的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将由高岭土、红柱石、硅灰、堇青石、煅烧铝矾土、含铁废渣、赤泥、二硼化锆以及氧化锌组成的导电陶瓷坯体原料进行湿法球磨，得到坯体浆料，坯体浆料经干燥造粒后过150目筛得到粉料，然后将粉料放入模具中进行压制成型，得导电陶瓷坯体；
(2)将由高岭土、方解石、锂辉石、叶腊石、滑石、碳化硅、二硼化钛、氧化锌、五氧化二钒以及氟化钙组成的防静电釉料原料进行湿法球磨，得到防静电釉料；
(3)将防静电釉料喷涂在导电陶瓷坯体表面，干燥后进行高温烧结，制备得到防静电陶瓷砖。
其中：
步骤(1)中湿法球磨时间为48h，转速为300r/min，加入水的质量占导电陶瓷坯体原料和的52％；干燥温度为118℃，压制成型的压力为125MPa。
步骤(2)中湿法球磨时间为59h，转速为350r/min，加入水的质量占防静电釉料原料和的70％。
步骤(3)中干燥温度为118℃，干燥时间为5.5h；高温烧结的温度为1240℃，高温烧结的时间为3.4h。
对比例1
本对比例1所述的防静电陶瓷砖的制备方法与实施例1相同，防静电釉料的组成也与实施例1相同，唯一的不同点在于，导电陶瓷坯体的原料组成与实施例1不同。本对比例1中所述的导电陶瓷坯体，以重量份数计，由以下原料组成：高岭土14份、红柱石5份、硅灰9份、堇青石6份、煅烧铝矾土10份、氧化锌3份。
对比例2
本对比例2所述的防静电陶瓷砖的制备方法与实施例1相同，导电陶瓷坯体的组成也与实施例1相同，唯一的不同点在于，防静电釉料的原料组成与实施例1不同。本对比例1中所述的防静电釉料，以重量份数计，由以下原料组成：高岭土11份、方解石9份、锂辉石21份、叶腊石16.5份、滑石8份、氟化钙2.5份。
对实施例1-3以及对比例1-2制备的防静电陶瓷砖进行性能测试，结果如下表1所示：
表1实施例1-3以及对比例1-2制备的防静电陶瓷砖的性能测试结果
Claims (10)
1.一种防静电陶瓷砖，其特征在于：包括导电陶瓷坯体和防静电釉料；所述的导电陶瓷坯体，以重量份数计，由以下原料组成：高岭土13-15份、红柱石3-5份、硅灰8-10份、堇青石4-7份、煅烧铝矾土8-13份、含铁废渣28-32份、赤泥17-23份、二硼化锆3-5份、氧化锌1-3份。
2.根据权利要求1所述的防静电陶瓷砖，其特征在于：所述的导电陶瓷坯体，以重量份数计，由以下原料组成：高岭土14份、红柱石5份、硅灰9份、堇青石6份、煅烧铝矾土10份、含铁废渣30份、赤泥20份、二硼化锆5份、氧化锌3份。
3.根据权利要求1所述的防静电陶瓷砖，其特征在于：所述的含铁废渣，以质量百分数计，化学组成如下所示：Al2O3 9.98-10.43％、SiO2 42.94-43.58％、Fe2O3 33.63-34.05％、K2O1.95-2.76％、Na2O 3.78-4.31％、CaO 3.27-3.54％、MgO 0.72-0.89％、余量为杂质。
4.根据权利要求1所述的防静电陶瓷砖，其特征在于：所述的赤泥，以质量百分数计，化学组成如下所示：Al2O3 18.56-19.27％、SiO2 17.53-17.78％、Fe2O3 27.43-28.86％、MgO0.50-0.56％、Na2O 4.57-5.03％、CaO 12.89-13.02％、余量为杂质。
5.根据权利要求1所述的防静电陶瓷砖，其特征在于：所述的防静电釉料，以重量份数计，由以下原料组成：高岭土10-12份、方解石8-10份、锂辉石20-22份、叶腊石15-18份、滑石6-9份、碳化硅3-5份、二硼化钛4-6份、氧化锌1-2份、五氧化二钒0.5-0.8份、氟化钙2-3份。
6.根据权利要求1所述的防静电陶瓷砖，其特征在于：所述的防静电釉料，以重量份数计，由以下原料组成：高岭土11份、方解石9份、锂辉石21份、叶腊石16.5份、滑石8份、碳化硅4份、二硼化钛5份、氧化锌1.5份、五氧化二钒0.7份、氟化钙2.5份。
7.一种权利要求1所述的防静电陶瓷砖的制备方法，其特征在于：由以下步骤组成：
(1)将由高岭土、红柱石、硅灰、堇青石、煅烧铝矾土、含铁废渣、赤泥、二硼化锆以及氧化锌组成的导电陶瓷坯体原料进行湿法球磨，得到坯体浆料，坯体浆料经干燥造粒后过150目筛得到粉料，然后将粉料放入模具中进行压制成型，得导电陶瓷坯体；
(2)将由高岭土、方解石、锂辉石、叶腊石、滑石、碳化硅、二硼化钛、氧化锌、五氧化二钒以及氟化钙组成的防静电釉料原料进行湿法球磨，得到防静电釉料；
(3)将防静电釉料喷涂在导电陶瓷坯体表面，干燥后进行高温烧结，制备得到防静电陶瓷砖。
8.根据权利要求7所述的防静电陶瓷砖的制备方法，其特征在于：步骤(1)中湿法球磨时间为45-50h，转速为300r/min，加入水的质量占导电陶瓷坯体原料和的50-53％；干燥温度为115-120℃，压制成型的压力为120-130MPa。
9.根据权利要求7所述的防静电陶瓷砖的制备方法，其特征在于：步骤(2)中湿法球磨时间为58-60h，转速为350r/min，加入水的质量占防静电釉料原料和的70-75％。
10.根据权利要求7所述的防静电陶瓷砖的制备方法，其特征在于：步骤(3)中干燥温度为115-120℃，干燥时间为5-6h；高温烧结的温度为1230-1250℃，高温烧结的时间为3.3-3.5h。
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