CN1392869A - 用于覆盖建筑物表面、地板和墙壁的陶瓷建筑材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种基本上由多层板片组成的材料，该多层板片是由不同的玻璃料层、放置于所述层之间的装饰片形成的组件经足够的热处理而得到的。调节玻璃料的颗粒尺寸和组件的冷却时间，使得最终板片具有通过形成的釉面可见的装饰图案，该釉面是由在热处理期间熔融的玻璃料冷却形成的。该陶瓷材料被用于覆盖建筑物表面、地板、墙壁或任何其它平滑表面，作为装饰具有类似于花岗岩、大理石、其它天然石材的最终外观的方法。
Description
背景
本发明专利涉及从玻璃料以矩形板片的形状制造的建筑材料，该材料用于建筑物表面，地板和墙壁等的覆盖，它的制造方法和装饰以达到类似花岗岩、大理石或天然石材的最终外观。
有许多专利描述从玻璃料制造陶瓷或微晶陶瓷建筑材料的不同方法，该材料用于建筑物表面、地板和墙壁等的覆盖。最重要的专利如下所列：
| 专利号 | 题目 |
| US5403664 | 大理石状玻璃陶瓷 |
| EP853071 | 结晶玻璃、结晶的玻璃、结晶的玻璃制品和用于生产结晶的玻璃制品的方法 |
| US3841856 | 不透明玻璃材料的生产方法 |
| US4054435 | 结晶两层玻璃制品的方法 |
| US3955989 | 具有表面图案的结晶玻璃 |
| US5061307 | 具有天然大理石状表面图案的结晶玻璃及其生产方法 |
| US3936287 | 显示高脆性的玻璃-陶瓷制品的制造方法 |
| US3964917 | 大理石状玻璃陶瓷的方法 |
| US4173484 | 人造石及制造方法 |
| US5066524 | 其中分散有染色小块的结晶玻璃制品 |
| US5275978 | 着色结晶玻璃制品及其生产方法 |
在所述专利中描述的制造方法基本上基于具有受控尺寸的颗粒形式的玻璃料在耐火材料的板或载体上的成层。这些颗粒彼此接触，在它们之间留下空气，其依次通过开放的槽与表面接触。随后将完全的耐火部件+玻璃料进行热处理，该热处理基本由如下组成：温度的受控增加直到达到最大温度(正常大于1000℃)，将它保持在该最大温度下和温度的受控降低直到达到室温。该热处理与使用的玻璃料的组成和要求获得的材料的类型相符合。
沉积在耐火板上的玻璃料的数量必须使得，在热处理之后以要求的形状(宽度×长度×厚度)生产板片，和其可用作覆盖墙壁、地板、建筑物表面或任何其它类型的平坦表面的建筑材料。
建议在放置玻璃料之前，向耐火板涂敷粉末耐火材料(如氧化铝)的薄涂层，以避免玻璃料，它在灼烧过程中软化，粘合到板或耐火载体上。
使用的玻璃料组合物可以具有非常不同的本质，该本质与希望获得的材料的类型相符合。
据此，获得陶瓷建筑材料，该材料适于墙壁、地板、建筑物表面或任何其它类型的平坦表面的覆盖。
可以使用产生完全透明板片的玻璃料，在该情况下必须的热处理简单地由在受控速率下的温度增加组成，使得在该增加期间玻璃料粒子彼此烧结，消除了它们之间的空气和随后它们开始软化，彼此共混。温度继续增加直到达到最大温度，在该温度下玻璃料粒子已经损失了它们的特性和完全共混在一起，产生熔融材料的无气泡自由板片。将最大温度保持一定的必须时间以达到材料的无气泡板片是玻璃状的和完全均匀的。这样使得在它们整体中的所有粒子已经熔融和没有任何剩余，这可能在冷却上引起问题。一旦此时间已经过去，以受控的方式将温度降到正常室温，以避免可引起获得板片的破裂的应力。遵照的温度曲线要依赖于使用的玻璃料颗粒的组成和尺寸。在室温下的板片具有相似于用于窗户玻璃的透明性，和具有适于用作墙壁(在内部和同等的外部)的覆盖的建筑材料的特性。此外，可以在室温下将板片进行抛光处理，以提供相似于浮法玻璃的外观。
也可以使用生产完全不透明或半透明板片的玻璃料。为做到这样，讨论中的玻璃料必须具有一定的组成，使得在热处理期间，产生高折射率晶体失透。根据晶体的类型、尺寸和数目，板片可以是完全不透明或半透明。
为得到这些类型的板片，除使用具有在以上段落中所述的特性外，必须使用有益于晶体形成的特定热处理。该热处理基本由如下组成：温度的受控增加直到达到成核温度(具有无穷小尺寸晶核出现的温度)。将材料保持在成核温度下必须的时间，以生产最大数目的晶核。再次，增加温度直到达到结晶温度(晶体尺寸开始增加的温度)。将材料保持在结晶温度下必须的时间，以使晶体达到要求的尺寸。再次以受控的方式，增加温度直到达到最大处理温度。正如透明板片的情况那样，在升高温度时，玻璃料颗料开始烧结，彼此结合和消除它们之间的空气，和软化直到形成熔融材料的无气泡板片。然而，在不透明或半透明板片的情况下，在成核和结晶阶段，熔融材料会形成部分玻璃状和部分结晶状。一旦此时间已经过去，以受控的方式，将温度降低到正常室温，以避免可能引起获得的板片破裂的应力。遵照的温度曲线要依赖于使用的玻璃料颗粒的组成和尺寸，同样依赖于要求的不透明性或半透明性。
获得的板片具有适于用作墙壁(在内部和同等的外部)的覆盖的建筑材料的特性。另外，由于在玻璃相中吸收的晶体的存在，这些板片比透明板片具有显著更大的耐磨性；因此，它们适于用作地板覆盖物。该耐磨性能依赖于不透明晶体的数目、晶体的类型的它们的尺寸。另外，可以在室温下将板片进行抛光处理，以使它具有相似于天然抛光石材的外观。
上述材料可以由不同的方法装饰，达到具有更大美学特征的最终产物。
●通过混合不同着色玻璃料颗粒的装饰：可以使用不同的着色玻璃料颗料，当以合适的比例无规混合时，得到具有不同色调的染色表面的最终产物。另外，这些着色玻璃料可以具有或不具有失透的倾向，以此方式这些污点也由它们的透明性或不透明性区分。所有这些的结果是获得最终的产物，它们具有某些相似于一些花岗岩的外观。
●通过混合不同着色玻璃料颗粒的装饰：可以在特定的位置，将上述部分中的不同着色玻璃料颗料放置在耐火板上，例如有或没有颜色的着色玻璃料的交替带，因此获得具有几何图案的最终产物。
●通过采用着色液体喷涂的装饰：一旦将玻璃料颗料沉积在耐火板上，可以通过气刷或允许着色液体涂敷到玻璃料颗料上的任何其它方法，进行喷涂。气刷涂敷可包括由玻璃料颗料占据的整体区域，或者可以通过使用屏罩或筛网选择涂敷到一定的区域。可以使用的着色液体是可溶性颜料或盐(溶于水的配合物或铬阳离子盐)或采用陶瓷颜料着色的陶瓷珐琅悬浮液。所有这些液体，独立于它们的本质，必须与用作基础的玻璃料颗料相容，以获得讨论的板片，使得它们不在最终的产物中产生缺陷。这样获得的材料可从单一的着色板片到具有某些大理石的相似性。
可以描述更多的装饰方法，但所有已知的那些具有一个共同点，即除可以达到的美学效果非常有限以外，在图案的确定中最终产物具有非常大的缺陷。所有这些使得这些类型的材料难以为市场所接受，尽管它们具有良好的机械和磨耗性能。
发明描述
如上所述，所有解释的那些描述在不同的文章和专利中，其中途述了玻璃料的组成、处理循环等。然而，如上清楚地表述的那样，在现有技术中描述的陶瓷建筑材料具有一系列缺陷，使得它们难以市场化。该缺陷基本集中在于不能达到具有合适美学外观的产物，对于如下两者：采用所述的装饰方法达到的图案确定性较低，和同样可以达到的美学效果的范围有限。
本发明的目的解决了所述问题，这是由于它允许以矩形板片的形状，制造陶瓷建筑材料，具有相似于任何类型花岗岩、大理石或天然石材的外观，而不受限于颜色、图案等。
它基本由板片组成，板片由几层玻璃料颗粒组成，在层之间，已经以夹层的形式放置了珐琅片或其它用所需图案装饰的材料。一旦进行热处理，玻璃料颗粒层+装饰片的整体，获得具有所需美学外观的陶瓷建筑材料，条件是选择的玻璃料具有合适的组成，以产生釉面，通过它可以欣赏得益于装饰片的颜色和图案。此产物可以切割和可以进行边缘研磨、表面抛光或其它类型的处理，以获得不同的最终润饰。
用于不同层的玻璃料必须具有一定的组成，使得在板片彼此之间完善地配合在一起是可能的，以一定的方式使得它们在热处理期间不可混溶，其可改变追求的美学效果。此外，它们必须具有相容的膨胀系数，这样不会在最终产物中引起应力，该应力可使外观出现裂纹。同等重要的是熔融玻璃料的表面张力和粘度，好像这些参数不是优化的，表面缺陷会出现，如压痕或会导致最终产物不合格的其它缺陷。在该方面，在不同玻璃料层之间引入的片必须满足与它们接触的玻璃料关于组成、膨胀、熔融态的表面张力和粘度的相容性要求，以避免刚刚所述的问题。
另一个必须优化的基本参数是使用的玻璃料颗料的尺寸测量，这是由于在热处理后，未捕获到空气的釉面和完全覆盖的表面依赖于此。后两个特性特别重要，以达到高质量的产物。在热处理期间，太细的玻璃料颗粒尺寸的分级会导致该颗料在所需点之前熔融，在一些颗料彼此结合的区域捕获空气。随后，如果将最终产物进行抛光处理，捕获到的空气泡到达表面，它有害于材料的机械和美学性能。如果相反，玻璃料颗料尺寸太粗，在热处理期间该玻璃料颗料不会完全熔融，引起釉面仅部分覆盖表面和因此获得的最终产物不能满足市场化的基本要求。
同样非常重要的是采用的热处理循环(时间和温度的曲线)，它要依赖于使用的玻璃料本质和同等地玻璃料的颗粒尺寸测量。在希望于釉面中产生晶体的情况下，此参数具有更大的相关性，如前所述。
最后，为获得具有所需特征的最终产物，必须共同地优化片的组成、玻璃料的组成和颗粒尺寸以及热处理循环。
为了更好地理解本发明的目的，以下描述用于此新建筑材料的制造方法。为做到这样，首先需要获得未装饰的多层板片，随后获得装饰片和最后结合两种组件以获得多层装饰板片。
1.多层板片
在现有技术的描述中，描述了通过相同材料的单层获得形成的板片。这是用于完全透明的材料(仅由玻璃相组成)或不透明或半透明材料(由玻璃和晶体相组成)。然而，采用相似于该描述的制造方法，可以获得多层板片。为做到这样，在耐火板上沉积尺寸受控的玻璃料颗粒的第一涂层，相似于用于单层板片的那个，它已经由耐火粉末(氧化铝)覆盖。一旦形成第一层，在它之上沉积尺寸受控的玻璃料颗粒的第二层，其不同于第一层。以此方式，可以累积随后层直到达到具有所需特性的材料。将耐火板+玻璃料颗料层的整体进行热处理，该热处理会依赖于使用的玻璃料和要求的最终产物的特性和性能，但遵照在以前部分所述的基本前提的一般原则。
采用描述的方法，根据由材料得到的用途和追求的表面润饰和美学，可以获得具有不同特性的材料。通过实施例，以两层材料，可以陈述如下结合：
●下层不透明层+透明上层
●下层不透明层+半透明上层
●下层半透明层+透明上层
对于多层板片不含有缺陷是不可缺少的条件，玻璃料颗料与整个一系列的特性(颗粒尺寸、熔融粘度、表面张力、膨胀系数、混溶性等)相适应。
2.装饰片
为获得此材料，它从要求成形为片的珐琅料浆开始，根据由申请人在相同的日期先前提交的专利申请制备，通过任何已知和市场上存在的方法(带状流延，帘式淋涂法等)，将它沉积在载体上，正常具有塑料的本质，尽管玻璃、金属等可用于形成细层。一旦该珐琅层干燥，将它与载体分离，获得相应的片，通过已知和市场上存在的方法(丝网印法、辊压法，转印法等)，采用所需的图案装饰它。
可以通过描述的任何方法，以一种特定格式或具有特定宽度的连续片(它可围绕转轴转动)制造片。随后可将这些连续片切割成要求的尺寸。
已经仅通过例子陈述了上述层压方法，如现有技术中那样，可以发现不同的方法也是完全有效的，以获得装饰的珐琅片。
获得装饰片的另一个可能性由如下组成：通过已知和市场上存在的方法(丝网印法，辊压法，转印法等)，装饰塑料辊筒或可用作要携带图案的载体的任何其它材料。这些材料的本质和同等地塑料的组成两者可以有许多种和非常不同，没有这个先决条件，假定本发明包括用于涂敷领域的任何类型限制。
在片装饰工艺中涂敷的材料(油墨)，同样用于制备的不同方法是完全公知的，任何制备用于如下物质装饰的油墨的那些方法是合适的：瓷砖、陶器、瓷器、卫生洁具、耐火件。
装饰片的获得并不限于上述的方法和材料，但仅通过例子引用，这是由于最重要的是阐明该概念，它需要通过术语“装饰片”表达。
3.装饰的多层板片
以下描述用于两层装饰板片的制造步骤，该装饰板片含有携带所需图案的装饰片。
为做到这样，在已经由耐火粉末(氧化铝)覆盖的耐火板上，沉积玻璃料颗粒的涂层，这样所有的耐火板被完全覆盖，构成玻璃料颗料的第一床层。向此第一床层上，放置预先制备的第二装饰片，它携带所需的图案。最后，将特定量的玻璃料颗粒沉积到装饰片上和它们完全覆盖所有的装饰片，构成玻璃料颗料的第二床层。将耐火板+玻璃料颗料的床层+装饰片+玻璃料颗料的第二床层的整体进行热处理，该热处理会依赖于使用的玻璃料和装饰片、以及要求的最终产物的特性和性能，但遵照在以前部分所述的基本前提的一般原则。
按照相似于所述用于两层板片的步骤，可以获得多层板片，简单地交替玻璃料颗料和装饰片，它会允许获得非常不同的最终润饰。
在所有的情况下，使用的玻璃料颗料和装饰片两者必须具有一整套的特性，使得最终产物不含有会使它销售不可行的缺陷。这些特性主要总结为合适的颗粒尺寸、熔融粘度、表面张力、膨胀系数、混溶性等，这样不同层的玻璃料颗粒和装饰片彼此具有良好的相容性。
在下述实施例中，对于每一个前述特性，详细示出了合适的数值，但并不意味着对本发明包括的领域中的任何类型的限制。
表I
| 玻璃料1 | 玻璃料2 | 玻璃料3 | 玻璃料4 | 玻璃料5 | |
| SiO2 | 61.0 | 58.0 | 52.5 | 59.5 | 65.0 |
| Al2O3 | 7.0 | 10.0 | 9.0 | 5.5 | 3.8 |
| B2O3 | 1.5 | 2.0 | 4.0 | 1.0 | |
| CaO | 15.0 | 17.0 | 8.5 | 20.0 | 17.2 |
| MgO | 0.5 | 0.5 | 1.3 | 0.3 | 1.5 |
| ZnO | 6.0 | 6.0 | 11.3 | 10.2 | 8.5 |
| BaO | 4.5 | 1.5 | 9.4 | ||
| K2O | 1.5 | 1.5 | 2.5 | 3.5 | 4.0 |
| Na2O | 3.0 | 3.5 | 1.5 | ||
| 300℃的热膨胀系数 | 65.54 | 60.80 | 58.47 | 63.95 | 58.43 |
| 烧结温度(℃)* | 785 | 820 | 795 | 1097 | 917 |
| 软化温度(℃)* | 910 | 940 | 900 | 1148 | 1139 |
| 温度球(℃)* | 1100 | 1105 | 995 | ||
| 温度1/2球(℃)* | 1135 | 1145 | 1120 | 1165 | 1172 |
| 温度1/3球(℃)* | 1160 | 1170 | 1175 | 1180 | 1189 |
*数据通过热显微镜获得
实施例1：两层未装饰板片(不透明底层/半透明上层)的制造
通过喷涂50wt％粉末化氧化铝在水中的悬浮液，以完全覆盖耐火板的方式，在450×450mm耐火板(来自Acme Maris公司的Remcor 1S)上，沉积25克氧化铝层(Duprint HTM 30焙烧氧化铝)。一旦氧化铝床层成形，以均匀覆盖的方式，沉积2950g测量的颗粒尺寸为5000-800μm的玻璃料1颗粒(见表1)。然后在玻璃料1颗粒床层的顶部上，沉积1150g颗粒尺寸为2000-800μm的玻璃料2颗粒(见表1)。在电炉中，将整体(耐火板+氧化铝床层+玻璃料1床层+玻璃料2床层)进行如下热处理：
●阶段1：以15℃/min加热到875℃
●阶段2：在875℃下保持45’(烧结)
●阶段3：以4℃/min加热到950℃
●阶段4：在950℃下保持10’(结晶)
●阶段5：以7.5℃/min加热到1100℃
●阶段6：在1100℃下保持60’(老化)
●阶段7：以15℃/min冷却到室温。
在阶段2(烧结)中，1和2玻璃料颗粒逐渐熔融，消除在它们内部的空气。在阶段4(结晶)中，产生1和2玻璃料的晶核。在阶段6(老化)中，产生在阶段4形成的晶核的生长。在1和2玻璃料中产生的晶体是白色硅灰石晶体，但给出了不同的玻璃料化学组成，玻璃料1比玻璃料2具有更大的结晶倾向，因此首先在阶段4中已经产生了更大数目的晶体，和在阶段6中这些晶体已经生长到更大的程度。由于晶体数目和尺寸的差异，下层是白色和完全不透明，而上层是发白和半透明，使得它允许下层的白色不透明层可以被看到。如果横向观察获得的板片，相应于玻璃料1和2和在它们之间的较小相间层，两层可以清楚地区分。在热处理之后玻璃料1层的最终厚度为13-14mm，而玻璃料2层的最终厚度为4-5mm。
一旦板片已经冷却下来，通过使用连续的砂布进行抛光，其中增加细度直到达到板片的镜状润饰。由于使用的最优热处理，获得的板片实际上不含有隐藏的孔隙，因此在抛光时可以在表面上观察到孤立的孔(每片的孔数目＜10)，使得决不会有害于最终产物的美学外观。可以注意到在抛光的板片中，玻璃料颗粒如何彼此共混，和在该玻璃料颗料中心和其中有彼此结合的区域之间留下色调差异和方面，它使最终产物具有单色花岗岩的外观。
实施例2：两层未装饰板片(底层透明/半透明上层)的制造
步骤和实施例1相同，但以玻璃料3代替玻璃料2沉积作为上层。在灼烧期间此玻璃料并不产生晶体；因此，获得的上层是完全透明的和允许下层白色不透明层的清楚度和亮度可以被赏识。由于不需要在上层中产生晶体，关于实施例1所述，使用的灼烧循环变成如下：
●阶段1：以15℃/min加热到875℃
●阶段2：在875℃下保持30’(烧结)
●阶段3：以4℃/min加热到910℃
●阶段4：以10℃/min加热到1065℃
●阶段5：在1065℃下保持10’
●阶段6：以15℃/min冷却到室温。
实施例3：装饰塑料片的制造
采用如表II所示的组合物1制备溶液。通过带状流延技术，在Mylar类型塑料载体上，沉积该溶液的均匀层。一旦溶剂(水和乙醇)已经蒸发，获得测量尺寸为500×500mm的片，厚度为300μm，它从塑料载体分离。通过可得的技术来源，片的尺寸可以是任何允许值且它也依赖于希望生产的最终产物的尺寸。通过丝网印法，将由如表II所示的组合物2、3和4粘贴的丝网涂敷。丝网膏状体的制备通过在地板和瓷砖工业中正常采用的任何方法进行。每个膏状体带有不同的颜色和图案，使得它们在片上的重叠得到装饰片，该装饰片已经具有大理石的外观或试图创造的图案。这样获得的片是完全可管理和运输的，能够容易地施加到玻璃料颗粒的床层上，如在随后的实施例中所述。
重要的是突出如下两者：片的组分和同等地已经设计和优化的丝网膏状体的组分，使得当该装饰片用于多层装饰板片的制造时，不引起缺陷，如在随后的实施例中所述。
表II
| 组合物1 | 组合物2 | 组合物3 | 组合物4 | |
| 聚乙烯醇1 | 30 | |||
| 聚乙二醇4002 | 20 | |||
| H2O | 110 | |||
| 乙醇 | 110 | |||
| 玻璃料1＜45μm | 5 | 5 | 5 | |
| Al-10013(绿色) | 1.3 | |||
| Al-80563(黑色) | 0.7 | |||
| Al-30013(蓝色) | 0.1 | |||
| Al-40283(棕色) | 1.1 | 0.18 | ||
| Al-40043(棕色) | 0.1 | 0.39 | ||
| Al-80113(灰色) | 0.25 | |||
| Al-40053(棕色) | 0.15 | |||
| 按重量计的数量 | ||||
| 1Airbol PVA 8052Clariant PEG 4003Al-Farben陶瓷颜料 | ||||
实施例4：具有实施例3中的片类型的两层装饰板片(不透明下层/
半透明上层)的制造
通过喷涂50wt％氧化铝粉末在水中的悬浮液，以完全覆盖耐火板的方式，在900×350mm耐火板上，沉积35克氧化铝层。一旦氧化铝床层成形，以均匀覆盖的方式，沉积5000g颗粒尺寸为5000-800μm的玻璃料1颗粒(见表1)。玻璃料的沉积方式必须使得一旦涂敷它给出可能最平滑的表面。为做到这样，建议使用自动负载方法(相似于用于地板和墙壁瓷砖工业中用于压挤的支架)，或采用一些类型的工具使它平整或变平。根据实施例3的描述制备装饰片，但将900×350mm的尺寸沉积在玻璃料1颗粒的床层上。一旦涂敷了片，在它之上沉积1800g颗粒尺寸为2000-800μm的玻璃料2颗粒(见表1)。如实施例1所述，将整体(耐火板+氧化铝床层+玻璃料1床层+装饰片+玻璃料2床层)进行同样的热处理。
实施例5：具有装饰的珐琅片的两层未装饰板片(不透明下层/透明
上层)的制造
方法相似于实施例4中所述，但类似的尺寸为900×350mm装饰珐琅片和在片上沉积的玻璃料是玻璃料3(表1)。如实施例2所述，将整体(耐火板+氧化铝床层+玻璃料1床层+装饰片+玻璃料3床层)进行同样的热处理。
Claims (4)
1.一种用于覆盖建筑物表面、地板和墙壁的陶瓷建筑材料和该材料的制造方法，此材料也适于任何平坦表面，和适于采用模仿天然材料如花岗岩、大理石、天然石材等的良好美学外观装饰，其特征在于该材料基本由多层板片组成，该多层板片来源于几层玻璃料颗粒的合适热处理，具有特定的组成和特性，在该层之间放置珐琅片或其它具有所需图案的装饰材料，通过由玻璃料冷却形成的釉面，使它变成可见的，该玻璃料在热处理工艺中熔融。
2.根据权利要求1的陶瓷材料，其特征在于使用的玻璃料的颗粒尺寸小于5000μm，优选5000-600μm。
3.根据权利要求1的陶瓷建筑材料的制造方法，其特征在于在耐火板材料上沉积氧化铝层，它完全覆盖该板和随后加入继续的玻璃料层，在它们之间插入装饰片，将整体进行热处理和随后的规定冷却，此后可以赋予其抛光相以使陶瓷板片获得引人入胜的润饰。
4.根据权利要求3的陶瓷建筑材料的制造方法，其特征在于在连续的加热阶段中进行热处理，直到达到合适的温度以获得烧结相，在750-950℃之间，优选850-900℃，结晶或成核在900-1050℃，优选950-1000℃和老化在1000-1200℃，优选1050-1150℃，对这些温度具有中间保持时间，以及对每个阶段具有合适的加热和冷却速率。
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