專利名稱：一種低溫?zé)屏紝?dǎo)熱性剛玉－莫來石質(zhì)陶瓷磚的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于低溫?zé)屏紝?dǎo)熱剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚的制作和燒成技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種低溫?zé)屏紝?dǎo)熱性剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚的方法。
背景技術(shù)：
低溫?zé)屏紝?dǎo)熱剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚是指以粘土質(zhì)原料為主，摻加氧化鋁鋰輝石、長石以及石英等原料，經(jīng)過球磨、成型和在1180～1200℃溫度范圍內(nèi)燒結(jié)獲得的一種致密度較高導(dǎo)熱性能良好的陶瓷磚。
傳統(tǒng)制作陶瓷磚的方法，主要原料是塑性類原料(如球土，高嶺土)、熔劑性原料(如長石)和瘠性類原料(如石英)。這種傳統(tǒng)的工藝生產(chǎn)出來的產(chǎn)品，由于燒成周期和保溫時間短，在較低溫度1180～1200℃燒結(jié)時，導(dǎo)致產(chǎn)品?；潭炔粔颍瑹Y(jié)致密較差，表面氣孔明顯，大大降低了材料的導(dǎo)熱性能和力學(xué)性能。近幾年來，科研工作者不斷的努力研究，通過調(diào)整原料配方或者工藝手段來完善材料的顯微結(jié)構(gòu)，減少氣孔率，提高材料的致密度，從而達到良好的導(dǎo)熱性能。
從國內(nèi)外陶瓷磚的產(chǎn)量來看，中國大陸的產(chǎn)量就占據(jù)世界產(chǎn)量的50％以上，具有最大的生產(chǎn)基地，但是國內(nèi)生產(chǎn)的陶瓷磚面向的市場仍然是中低端為主，在材料的材質(zhì)性能方面的技術(shù)含量比較低，特別是對于這種具有良好導(dǎo)熱系數(shù)和力學(xué)性能的低溫?zé)Y(jié)陶瓷磚目前未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于為目前能源消耗大的建筑領(lǐng)域提供一種具有良好導(dǎo)熱性能的剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚，即采用氧化鋁和鋰輝石等原材料，改善現(xiàn)有陶瓷磚的主晶相，提高剛玉-莫來石質(zhì)相含量，減少其缺陷，從而提高其導(dǎo)熱性能，有效利用大自然的地?zé)豳Y源，不僅可獲得較高的經(jīng)濟和社會效益，而且有利于節(jié)能。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種低溫?zé)屏紝?dǎo)熱性能剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚的方法，包括如下工藝步驟和工藝條件(1)原料處理稱量原料球土、剛玉、高嶺土、氧化鋁、鋰輝石、長石、石英和硅灰石，混合后添加按重量百分比計0.5％的三聚磷酸鈉，然后對原料進行濕法球磨，獲得含水率為31～33％的泥漿，篩余小于1％，其流動度在涂-4杯流出時間35s～45s。
(2)粉料制備將泥漿在噴霧干燥塔中進行噴霧干燥，獲得含水率在3～7％呈球粒狀的粉料。
(3)壓制成型利用壓力達到300～500Mpa的壓機，采用雙面壓的原理將上述粉料進行半干壓制成型。
(4)燒結(jié)在輥道窯中進行燒成，包括干燥、燒成和冷卻三個階段；干燥階段溫度為100～300℃，時間12～18min；燒成階段溫度為500～1220℃，時間30～60min，燒成階段高溫保溫時間15～30min；冷卻階段降溫至100℃以下出窯，冷卻時間10～20min，即得到剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚。
所述原料組分按重量百分比計如下原料重量百分比球土12～20％剛玉6～10％高嶺土 10～15％氧化鋁 8～14％鋰輝石 6～13％長石25～32％石英6～10％硅灰石 7～12％。
本發(fā)明所使用的原料具有廣泛性和互換性，當某一種主要原料短缺時可采用其它相關(guān)原料替換。
所述原料中各組分的化學(xué)成分，按重量百分比含量范圍如下球土的燒失量5～10％，含有SiO242～53％，Al2O328～37％，F(xiàn)e2O30.3～1％，CaO 0.5～1.5％，MgO 0.5～1.5％，K2O 2.2～4.2％，Na2O 2.2～5.5％。
剛玉的燒失量0.1～1％，含有SiO22～3％，Al2O392～96％，Na2O 0.1～1％。
高嶺土的燒失量6～12％，含有SiO245～55％，Al2O327～32％，F(xiàn)e2O30.4～1％，CaO 1～1.5％，MgO 1～1.5％，K2O 3～5％，Na2O 3～5％。
氧化鋁的燒失量0.5～1％，含有Al2O397～99％。
鋰輝石的燒失量4～7％，含有SiO238～55％，Al2O314～21％，F(xiàn)e2O30.3～1％，Li2O 15～21％，K2O 2.2～5％，Na2O 2.2～5％。
長石的燒失量4～9％，含有SiO252～68％，Al2O314～20％，F(xiàn)e2O30.2～1％，CaO 1～3.5％，K2O 4～8％，Na2O 3～8％。
石英的燒失量1～3％，含有SiO296～98％，K2O 0.1～1％，Na2O 0.1～1％。
硅灰石的燒失量2～4％，含有SiO262～67％，CaO 22～27％，K2O2.5～4％，Na2O 2～4％。
所述步驟(1)球磨的介質(zhì)為氧化鋁，球磨時間20～24h。
所述步驟(4)燒結(jié)過程中所需燃料重油的熱值QfDW范圍為41868～45218KJ/Kg。
所述步驟(4)燒結(jié)過程中燒成階段高溫的溫度范圍為1180～1220℃。根據(jù)有關(guān)報道，現(xiàn)有的傳統(tǒng)剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚的燒成溫度范圍一般在1280～1350℃?？梢姳景l(fā)明剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚，不僅燒結(jié)溫度范圍明顯低于100℃以上，而且僅比莫來石質(zhì)陶瓷磚高30℃左右，達到節(jié)約能源的目的。
實驗研究和生產(chǎn)實踐表明，在配方中增加氧化鋁的含量，有利于提高剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚中剛玉相的含量，減少玻璃相，鋰輝石作為熔劑在較低的溫度下可生成較多的液相，促進燒結(jié)過程的進行，同時可減少剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚的氣孔率，特別是顯氣孔率，從而提高其致密度、力學(xué)性能和導(dǎo)熱性能。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果1、經(jīng)過實驗及配方優(yōu)化研究結(jié)果表明，利用球土、氧化鋁、長石和石英作為主要原料，可以有效提高剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚的鋁含量，改變其主晶相，減少其玻璃相，提高其致密性，從而可制得具有較高導(dǎo)熱系數(shù)的陶瓷磚。
2、通過改變常規(guī)的熔劑性原料，利用鋰輝石替代部分長石等熔劑性原料，可以在相同的燒成溫度下，獲得更多的液相，以填補材料中的微裂紋和顯氣孔，促進剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚的燒結(jié)過程，降低其內(nèi)部的氣孔率，有利于提高剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚的抗折強度和導(dǎo)熱性能。
3、本發(fā)明的剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚在相同的低溫?zé)晒に嚄l件下，通過優(yōu)化原料配方，采用少量的添加劑可有效地促進燒結(jié)過程，不僅燒結(jié)溫度范圍明顯低于傳統(tǒng)的剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚100℃以上，而且僅比莫來石質(zhì)陶瓷材料高30℃左右，節(jié)能效果顯著。
4、本發(fā)明的剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚的各項性能與國家標準GB/T4100.1-1999要求的對比以及與目前市場上同類產(chǎn)品的各項性能的對比，如表1所示，通過對比分析可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚的力學(xué)性能和導(dǎo)熱性能明顯優(yōu)越于目前市場出售的同類產(chǎn)品的性能。
表1剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚性能與國家標準GB/T4100.1-1999要求的比較

5、本發(fā)明所制備的具有節(jié)能效果的剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚，不僅提高了傳統(tǒng)陶瓷磚的力學(xué)性能，而且提高了其導(dǎo)熱性能，可有效利用大自然的地?zé)豳Y源，通過推廣應(yīng)用擴大其使用范圍，在降低建筑能耗和保護生態(tài)環(huán)境方面具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
圖2為本發(fā)明的燒成溫度曲線。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
實施例1以高嶺土、球土、氧化鋁、長石、剛玉和鋰輝石為主要原料，剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚的化學(xué)成分如表2所示，采用燃料的熱值如表3所示。
如圖1所示為本發(fā)明的工藝流程圖；圖2為本發(fā)明的燒成溫度曲線。
(1)原料處理包括原料粉碎和濕法球磨工藝過程，將原料粉碎，稱量原料球土55.8Kg、高嶺土45.3Kg、氧化鋁33Kg、剛玉4.3Kg、長石97.8Kg、鋰輝石13.2kg、石英27.9Kg和硅灰石34.8Kg相混合，添加按重量百分比計0.5％的三聚磷酸鈉，然后對材料進行濕法球磨，球磨介質(zhì)為氧化鋁，球磨時間20h，獲得含水率為31％的泥漿，篩余小于1％，流動度在涂-4杯流出時間36s左右。
(2)粉料制備泥漿在噴霧干燥塔，進行噴霧干燥和造粒，粉料呈球狀，含水率在3％。
(3)壓制成型利用壓機采用雙面壓的原理將上述粉料壓制成型，壓力達到300～500Mpa。
(4)燒結(jié)在輥道窯中進行燒成，主要包括三個階段干燥、燒成和冷卻；干燥階段溫度為100～300℃，12min；燒成階段溫度在500～1220℃，經(jīng)歷時間約40min，其中高溫1180℃保溫10min；冷卻階段降溫至100℃以下出窯，冷卻時間約為15min；即可獲得具有抗折強度43～46MPa、導(dǎo)熱系數(shù)1.933～2.031W/m·K的剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚。
其燒成工藝條件燒結(jié)溫度范圍為1200±15℃。
實施例2以高嶺土、球土、氧化鋁、長石、剛玉和鋰輝石為主要原料，剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚的化學(xué)成分如表2所示，采用燃料的熱值如表3所示。在相同的工藝條件和添加劑作用下，采用鋰輝石替代部分長石作為熔劑性原料。
(1)原料處理包括原料粉碎和濕法球磨工藝過程，將原料粉碎，稱量原料球土50.4Kg、氧化鋁34.8Kg、高嶺土41.1Kg、剛玉8.5Kg、長石88.5Kg、鋰輝石28.2、石英25.2Kg、硅灰石31.5Kg相混合，添加按重量百分比計0.5％的三聚磷酸鈉，然后對材料進行濕法球磨，球磨介質(zhì)為氧化鋁，球磨時間22h，篩余小于1％，獲得含水率為32％的泥漿，其流動度在涂-4杯流出時間40s。
(2)粉料制備包括泥漿噴霧干燥和造粒工藝過程，泥漿在噴霧干燥塔中進行噴霧干燥，獲得含水率在5％呈球粒狀的粉料。
(3)壓制成型利用壓機采用雙面壓的原理將上述粉料壓制成型，壓力達到400Mpa。
(4)燒結(jié)在輥道窯中進行燒成，主要包括三個階段干燥、燒成和冷卻；干燥階段溫度為200℃，16min；燒成階段溫度在1180～1220℃，經(jīng)歷時間約45min，其中高溫1200℃保溫時間20min；冷卻階段降溫至100℃以下出窯，冷卻時間約為20min；即可獲得具有抗折強度46～51MPa、導(dǎo)熱系數(shù)1.933～2.131W/m·K的剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚。
其燒成工藝條件燒結(jié)溫度范圍為1190±15℃。
實施例3以高嶺土、球土、氧化鋁、剛玉、長石和鋰輝石為主要原料，剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚的化學(xué)成分如表2所示，采用燃料的熱值如表3所示。在相同的工藝條件和添加劑作用下，采用鋰輝石替代部分長石作為熔劑性原料，并通過增加剛玉作為主要原料，可提高剛玉質(zhì)主晶相的含量。
(1)原料處理包括原料粉碎和濕法球磨工藝過程，將原料粉碎，稱量原料球土46.5Kg、氧化鋁32.1Kg、高嶺土37.8Kg、剛玉24Kg、長石81.9Kg、鋰輝石26.1Kg、石英22.8Kg和硅灰石28.5Kg相混合，添加按重量百分比計0.5％的三聚磷酸鈉，然后對材料進行濕法球磨，球磨介質(zhì)為氧化鋁，球磨時間24h，獲得含水率為33％的泥漿，篩余小于1％，流動度在涂-4杯流出時間40s左右。
(2)粉料制備泥漿在噴霧干燥塔，進行噴霧干燥和造粒，粉料呈球狀，含水率在7％。
(3)壓制成型利用壓機采用雙面壓的原理將上述粉料壓制成型，壓力達到500Mpa。
(4)燒結(jié)在輥道窯中進行燒成，主要包括三個階段干燥、燒成和冷卻；干燥階段溫度為300℃，約18min；燒成階段溫度在500～1220℃，經(jīng)歷時間約50min，其中高溫1220℃保溫時間30min；冷卻階段降溫至100℃以下出窯，冷卻時間約為30min；即可獲得具有抗折強度49～54MPa、導(dǎo)熱系數(shù)2.109～2.413W/m·K的剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚。
其燒成工藝條件燒結(jié)溫度范圍為1200±20℃。
表2剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚的化學(xué)成分

表3燃料的熱值范圍

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種低溫?zé)屏紝?dǎo)熱性能剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚的方法，其特征在于包括如下工藝步驟和工藝條件(1)原料處理稱量原料球土、剛玉、高嶺土、氧化鋁、鋰輝石、長石、石英和硅灰石，混合后添加按重量百分比計0.5％的三聚磷酸鈉，然后對原料進行濕法球磨，獲得含水率為31～33％的泥漿，篩余小于1％，其流動度在涂-4杯流出時間35s～45s；(2)粉料制備將泥漿在噴霧干燥塔中進行噴霧干燥，獲得含水率在3～7％呈球粒狀的粉料；(3)壓制成型利用壓力達到300～500Mpa的壓機，采用雙面壓的原理將上述粉料進行半干壓制成型；(4)燒結(jié)在輥道窯中進行燒成，包括干燥、燒成和冷卻三個階段；干燥階段溫度為100～300℃，時間12～18min；燒成階段溫度為500～1220℃，時間30～60min，高溫保溫時間15～30min；冷卻階段降溫至100℃以下出窯，冷卻時間10～20min，即得到剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚；所述原料組分按重量百分比計如下原料重量百分比球土12～20％剛玉6～10％高嶺土 10～15％氧化鋁 8～14％鋰輝石 6～13％長石25～32％石英6～10％硅灰石 7～12％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫?zé)屏紝?dǎo)熱性能剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚的方法，其特征在于所述原料中各組分的化學(xué)成分，按重量百分比含量范圍如下球土的燒失量5～10％，含有SiO242～53％，Al2O328～37％，F(xiàn)e2O30.3～1％，CaO 0.5～1.5％，MgO 0.5～1.5％，K2O 2.2～4.2％，Na2O 2.2～5.5％；剛玉的燒失量0.1～1％，含有SiO22～3％，Al2O392～96％，Na2O 0.1～1％；高嶺土的燒失量6～12％，含有SiO245～55％，Al2O327～32％，F(xiàn)e2O30.4～1％，CaO 1～1.5％，MgO 1～1.5％，K2O 3～5％，Na2O 3～5％；氧化鋁的燒失量0.5～1％，含有Al2O397～99％；鋰輝石的燒失量4～7％，含有SiO238～55％，Al2O314～21％，F(xiàn)e2O30.3～1％，Li2O 15～21％，K2O 2.2～5％，Na2O 2.2～5％；長石的燒失量4～9％，含有SiO252～68％，Al2O314～20％，F(xiàn)e2O30.2～1％，CaO 1～3.5％，K2O 4～8％，Na2O 3～8％；石英的燒失量1～3％，含有SiO296～98％，K2O 0.1～1％，Na2O 0.1～1％；硅灰石的燒失量2～4％，含有SiO262～67％，CaO 22～27％，K2O 2.5～4％，Na2O 2～4％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫?zé)屏紝?dǎo)熱性能剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚的方法，其特征在于所述步驟(1)球磨的介質(zhì)為氧化鋁，球磨時間20～24h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫?zé)屏紝?dǎo)熱性能剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚的方法，其特征在于所述步驟(4)燒結(jié)過程中所需燃料重油的熱值QfDW范圍為41868～45218KJ/Kg。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫?zé)屏紝?dǎo)熱性能剛玉-莫來石質(zhì)陶瓷磚的方法，其特征在于所述步驟(4)燒結(jié)過程中燒成階段高溫的溫度范圍為1180～1220℃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低溫?zé)屏紝?dǎo)熱性能剛玉－莫來石質(zhì)陶瓷磚的方法，該方法包括原料處理、粉料制備、壓制成型、燒結(jié)。本發(fā)明所制備的具有節(jié)能效果的剛玉－莫來石質(zhì)陶瓷磚，不僅提高了傳統(tǒng)陶瓷磚的力學(xué)性能，而且提高了其導(dǎo)熱性能，可有效利用大自然的地?zé)豳Y源，通過推廣應(yīng)用擴大具使用范圍，在降低建筑能耗和保護生態(tài)環(huán)境方面具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。
文檔編號C04B35/622GK1974474SQ200610123990
公開日2007年6月6日 申請日期2006年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月1日
發(fā)明者吳清仁, 李清陶, 吳建青, 余其俊, 鄭樹龍, 唐奇, 王首楊, 孫創(chuàng)奇 申請人:華南理工大學(xué)