CN104261791A - 一种免烧结陶瓷坯体材料及其制备方法 - Google Patents

一种免烧结陶瓷坯体材料及其制备方法 Download PDF

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崔学民
陈向阳
祝贺
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Abstract

本发明公开了一种免烧结陶瓷坯体材料及其制备方法，所述的陶瓷坯体材料是由偏高岭土或高炉矿渣，水玻璃和水制备而成，偏高岭土或高炉矿渣与水玻璃的重量比为1-1.5:1，水的加入量是偏高岭土或高炉矿渣与水玻璃总重量的10-20％。本发明的免烧结陶瓷坯体材料具有坯体免烧、表面可施加低温烧成釉料(约600-800℃)、生产周期短等创新特点，可代替目前普遍使用传统的高温陶瓷瓷质的坯坭，实现大规模产业化业生产，陶瓷企业将会实现节省百万甚至更多的能源费，同时对保护环境资源有重大的作用。

Description

一种免烧结陶瓷坯体材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷加工技术领域，尤其涉及一种免烧结陶瓷坯体材料及其制备方法。
背景技术
进入21世纪，随着科学技术的不断进步和发展，人类社会已经进入了物质文明高度发达的阶段。传统的陶瓷材料是人类应用最早的材料之一，主要采用天然的岩石、矿物、粘土等材料做原料，以煤、油、气为主的燃料，在1200℃以上的高温烧成陶瓷制品。传统的陶瓷产业，属于“两高一瓷“产业，即高能耗，高污染，消耗资源型产业，经济发展与资源环境矛盾十分突出。这种传统”两高一瓷“的粗放型产业结构的增长方式已经让资源难以为继，环境难以承受，导致各种陶瓷原材料价格飞涨，企业利润空间越来越少，转型或淘汰的陶瓷企业越来越多。陶瓷产业在为人类的物质文明做出了巨大贡献的同时也给人类带来了生态环境，资源、能源短缺等严重问题，所以可持续发展就成为该行业日益关注的焦点之一，发展绿色材料尤为重要。解决的办法只能是开发新能源和新材料，如通过研制免烧陶瓷坯体结合低温釉技术，可打破传统陶瓷烧成生产周期长的特点，实现快速出产品，降低单位能耗等方式来保护国家环境资源。我们利用地质聚合物制备免烧陶瓷坯坭技术，就是在这种大背景下提出的。
地质聚合物(Geopolymer)是一种无机聚合铝硅酸盐材料，由法国化学家J.Davidovit教授于上世纪70年代末发现并命名，国内又称土壤聚合物、地聚物、土聚物、矿物键合材料、矿物聚合材料等。它主要是指一种或一种以上的矿物材料或经改性的矿物材料为原料，采用浇注或压制的成型方法，在较低的温度下发生地质聚合反应，形成以共价键、离子键为主的致密高强材料，兼有有机高聚物、陶瓷、水泥的特点，但又不同于上述材料。地质聚合物有早强、工作性能优良以及凝结时间可调节等优点，有较强的耐酸碱腐蚀能力、吸收及固定重金属离子及放射性物质的功能和耐热耐高温品质。有专家预计：地质聚合物材料不劣化的寿命可达千年以上。目前，它的性能还在不断发现之中。这种材料主要是利用硅酸盐矿物在碱性物质激发下生成的，具有低能耗、低资源消耗的特点。地质聚合物材料原材料来源广、工艺简单、价格低廉、能耗低、机械性能高及耐久性强等优点，具有广阔的应用开发前景.
现有技术中只有法国专利2490625、2528822中提到低温凝结聚合物在干燥温度(50℃～250℃)及碱环境中，通过浓度为2％到6％(根据陶瓷浆质量确定具体值)的低聚前驱体(-Si-O-Al-O-)(Na)而发生聚合物凝结作用可以将粘土中的高岭石转化成为具有水稳定的特性和高机械强度的三维Na-PS碳酸钠聚合混合物。同样欧洲专利0101714中也提到低温凝结聚合物将会显著的促进传统陶瓷工业的发展以及加快现代化进程。如果能在50℃～250℃的条件下聚合生成Na-聚合铝硅酸盐(Na-PS)或者K-聚合酸盐(K-PS)，将陶瓷坯体在1000℃～1200℃的环境中快速焙烧，那么就会生产出高品质的陶瓷。
另外，现有的陶瓷制备方法存在能耗高，生产周期长，粘土资源不可再生等缺点。
发明内容
本发明目的在于提供一种免烧结陶瓷坯体材料及其制备方法。
本发明采取的技术方案是：
本发明的免烧结陶瓷坯体材料是由偏高岭土或高炉矿渣，水玻璃和水制备而成，偏高岭土或高炉矿渣与水玻璃的重量比为(1-1.5):1，水的加入量是偏高岭土或高炉矿渣与水玻璃总重量的10-20％。
所述的偏高岭土是由高岭土在600-900℃煅烧2小时获得。
所述的水玻璃是由固体速溶钾水玻璃和固体速溶钠水玻璃组成，固体速溶钾水玻璃的模数2.0，含水量小于25％，固体速溶钠水玻璃的模数2.0，含水量小于25％。
固体速溶钾水玻璃和固体速溶钠水玻璃的重量比为1:1。
本发明的免烧结陶瓷坯体材料的制备方法的具体步骤如下：
(1)首先按配比称取偏高岭土或高炉矿渣与水玻璃，然后混合均匀，再加入配方量的水，搅拌均匀；
(2)然后将步骤(1)得到的混合物放入模具中，进行干压成型，成型压强为300-1200MPa，保持压力2分钟后卸载拆模；
(3)拆模后常温养护3-7天，然后即可施加市场购买的低温瓷釉进行烧结从而获得陶瓷制品。经抗压强度测试，烧结后陶瓷制品强度提高20％。
本发明的积极效果如下：
本发明的免烧结陶瓷坯体材料具有坯体免烧、表面可施加低温烧成釉料(约600-800℃)、生产周期短等创新特点，可代替目前普遍使用传统的高温陶瓷瓷质的坯坭，实现大规模产业化业生产，对陶瓷行业来说是一项革命性的技术改革，企业将会实现节省百万甚至更多的能源费，同时对保护环境资源有重大的作用。
本发明制备陶瓷的方法，不仅能耗降低，所制备的坯体可以打碎，磨细以后重新使用。
具体实施方式
下面的实施例是对本发明的进一步详细描述。
实施例1
本发明的免烧结陶瓷坯体材料是由偏高岭土或高炉矿渣，水玻璃和水制备而成，偏高岭土与水玻璃的重量比为1:1，水的加入量是偏高岭土与水玻璃总重量的20％。
所述的偏高岭土是由高岭土在600-900℃煅烧2小时获得。
所述的水玻璃是由固体速溶钾水玻璃和固体速溶钠水玻璃等量组成，固体速溶钾水玻璃的模数2.0，含水量小于25％，固体速溶钠水玻璃的模数2.0，含水量小于25％。
固体速溶钾水玻璃和固体速溶钠水玻璃的重量比为1:1。
本发明的免烧结陶瓷坯体材料的制备方法的具体步骤如下：
(1)首先按配比称取偏高岭土与水玻璃，然后混合均匀，再加入配方量的水，搅拌均匀；
(2)然后将步骤(1)得到的混合物放入模具中，进行干压成型，成型压强为1200MPa，保持压力2分钟后卸载拆模；
(3)拆模后常温养护3-7天，该坯体抗压强度在150MPa,然后即可施加市场购买的低温瓷釉进行烧结从而获得陶瓷制品。经抗压强度测试，烧结后陶瓷制品强度提高20％。
实施例2
本发明的免烧结陶瓷坯体材料是由高炉矿渣，水玻璃和水制备而成，高炉矿渣与水玻璃的重量比为1.5:1，水的加入量是高炉矿渣与水玻璃总重量的10％。
所述的高炉矿渣由市场采购，细度1000目以上。
所述的水玻璃是由固体速溶钾水玻璃和固体速溶钠水玻璃组成，固体速溶钾水玻璃的模数2.0，含水量小于25％，固体速溶钠水玻璃的模数2.0，含水量小于25％。
固体速溶钾水玻璃和固体速溶钠水玻璃的重量比为1:1。
本发明的免烧结陶瓷坯体材料的制备方法的具体步骤如下：
(1)首先按配比称取高炉矿渣与水玻璃，然后混合均匀，再加入配方量的水，搅拌均匀；
(2)然后将步骤(1)得到的混合物放入模具中，进行干压成型，成型压强为800MPa，保持压力2分钟后卸载拆模；
(3)拆模后常温养护7天，所得坯体抗压强度300MPa；然后即可施加市场购买的低温瓷釉进行烧结从而获得陶瓷制品。经抗压强度测试，烧结后陶瓷制品强度提高20％。
实施例3
本发明的免烧结陶瓷坯体材料是由偏高岭土，水玻璃和水制备而成，偏高岭土与水玻璃的重量比为1.2:1，水的加入量是偏高岭土与水玻璃总重量的15％。
所述的偏高岭土是由高岭土在600-900℃煅烧2小时获得。
所述的水玻璃是由固体速溶钾水玻璃和固体速溶钠水玻璃组成，固体速溶钾水玻璃的模数2.0，含水量小于25％，固体速溶钠水玻璃的模数2.0，含水量小于25％。
固体速溶钾水玻璃和固体速溶钠水玻璃的重量比为1:1。
本发明的免烧结陶瓷坯体材料的制备方法的具体步骤如下：
(1)首先按配比称取偏高岭土或高炉矿渣与水玻璃，然后混合均匀，再加入配方量的水，搅拌均匀；
(2)然后将步骤(1)得到的混合物放入模具中，进行干压成型，成型压强为1200MPa，保持压力2分钟后卸载拆模；
(3)拆模后常温养护3天，所得坯体材料抗压强度280MPa；然后即可施加低温瓷釉进行烧结获得所需制品。经抗压强度测试，烧结后陶瓷制品强度提高20％。
本发明的免烧结陶瓷坯体材料养护后免烧陶瓷坯体抗压强度大于150MPa,便于施加低温陶瓷釉料；经600-800度高温煅烧后免烧陶瓷坯体无开裂，强度提高约20％。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种免烧结陶瓷坯体材料，其特征在于：所述的陶瓷坯体材料是由偏高岭土或高炉矿渣，水玻璃和水制备而成，偏高岭土或高炉矿渣与水玻璃的重量比为1-1.5:1，水的加入量是偏高岭土或高炉矿渣与水玻璃总重量的10-20％。
2.如权利要求1所述的免烧结陶瓷坯体材料，其特征在于：所述的偏高岭土是由高岭土在600-900℃煅烧2小时获得。
3.如权利要求1所述的免烧结陶瓷坯体材料，其特征在于：所述的水玻璃是由固体速溶钾水玻璃和固体速溶钠水玻璃组成，固体速溶钾水玻璃的模数2.0，含水量小于25％，固体速溶钠水玻璃的模数2.0，含水量小于25％。
4.如权利要求1所述的免烧结陶瓷坯体材料，其特征在于：固体速溶钾水玻璃和固体速溶钠水玻璃的重量比为1:1。
5.制备一种如权利要求1-4所述的免烧结陶瓷坯体材料的方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：
(1)首先按配比称取偏高岭土或高炉矿渣与水玻璃，然后混合均匀，再加入配方量的水，搅拌均匀；
(2)然后将步骤(1)得到的混合物放入模具中，进行干压成型，成型压强为300-1200MPa，保持压力2分钟后卸载拆模；
(3)拆模后常温养护3-7天，然后即可施加市场购买的低温瓷釉进行烧结从而获得陶瓷制品，经抗压强度测试，烧结后陶瓷制品强度提高20％。
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