CN1088898A - 以金属作骨架的陶瓷质烧结制品 - Google Patents

Abstract

线状、杆状或金属网状的金属材料，以预定骨架 的形式埋设在陶瓷质烧结制品中，并与其成一整体。 本发明提供的这种埋设有钢筋等金属骨架的陶瓷质 烧结制品，是以往技术中被认为是不可能的事。本发 明提供了强度高而且耐风化性好的建筑材料。

Description

本发明涉及以金属作骨架的陶瓷质烧结制品。具体地说，本发明涉及一种可以作为建筑结构物或下水管道等具有高破坏强度建筑材料的陶瓷质烧结制品。

用钢筋增强的窑业类材料，钢筋混凝土、A·L·C·等已广泛应用于土木建筑领域，但这些都只限于水泥质材料。

玻璃材料领域中，在平板玻璃内部设置金属网而整体成形的“络网玻璃”，即用金属来增强易破损的玻璃，已是公知的技术并被广泛使用。这种平板玻璃因其是热膨胀率高的、近似于金属的材料，以及因采用线径细的金属网，在玻璃的凝固温度600-700℃的冷却过程中，其内部由热膨胀率的差而产生的潜在应力较小，所以这种平板玻璃能够制造出来。

如上所述，对水泥质材料及平板玻璃，可以用钢筋或金属网来增强，但都是只能应用于极有限的材料领域，对于“脆而且易破坏”的陶瓷质材料，目前尚无很实用的金属材料来增强的先例。

针对这种状况，本发明者曾提出过“金属陶瓷复合烧制品”，该烧结制品是用纤维状或碎片状金属分散在陶瓷内做成的，虽然具有部分增强效果，但由于制品中无骨架，所以，作为结构材料，其可靠性低，应用领域受到限制。

因此，如何将作为骨架的金属材料整体地形成在陶瓷质烧结制品 内这一课题被提了出来，但由于以下原由，实现这一课题是极为困难的。

（1）.通常，金属的热膨胀率是陶瓷的近约2倍，在烧结时，封入在内部的金属会膨胀而使陶瓷组织破坏。

（2）.钢筋等的金属，当温度超过500℃时，从表面开始急剧氧化而形成氧化层，并且氧化体积逐渐扩大，长时间的高温加热使氧化层更加扩展，使得钢筋逐渐变细，增强效果大为降低。

因此将金属作为骨架整体烧制而成的陶瓷质材料，在已往的技术中是没有的。

本发明是鉴于上述状况而提出的，本发明的目的是提供一种以金属作为骨架的陶瓷质烧结制品，本发明克服了已有技术的制约，采用对于制品强度来说最为可靠的金属作为骨架，并以稳定状态埋设到烧结制品内部。

本发明是解决上述课题的以金属为骨架的陶瓷质烧结制品，在该烧结制品中，线状、杆状或金属网状的金属材料以预定骨架的形式埋设在内部并形成整体。

更具体地说，本发明是在陶瓷质组合物中的预定骨架位置上，埋设线状、杆状或金属网状的金属材料并整体成形，并在1000℃以上，1250℃以下的温度中烧结而成的烧结制品。本发明中所用的陶瓷质组合物在烧结加热过程中，随着升温以80×10^-7/℃以上线热膨胀率，保持近似直线地膨胀，在1000℃以上的温度中产生的烧结收缩率不超过0.5%以上，是一种收缩性小的组合物

图1是本发明的钢及组合物与已有技术中的陶瓷质组合物相比较的热膨胀性与温度关系图。

图2是本发明烧结制品一实施例的横断面图和纵断面图，图中1为成形物、2为钢筋。

本发明中的陶瓷质组合物，具有80×10^-7/℃以上近直线的热膨胀率，在1000℃以上的烧结温度中，其烧结收缩不超过0.5%，是一种收缩性小的组合物。

一般的陶瓷组合物，如石英、在烧结升温过程中，由于***而呈现出很大的膨胀，温度超过570～600℃时，其热膨胀率达80×10^-7/℃以上，但是另一方面，在600℃以下温度时，由于粘土成分的收缩等原因，其热膨胀率停留在约50～60×10^-7/℃的低水平上，在1000℃以上的烧结温度中，显示出5～10%的高烧结收缩性。

因此，如图1（A）所示，已有的一般性陶瓷类组合物，在膨胀、收缩上有大的回折点，图（1）（B）表示一种以120～150×10^-7/℃的热膨胀率作直线膨胀的金属材料，图1（A）所示的这种已有的一般性陶瓷类组合物的膨胀曲线与图1（B）膨胀曲线无相似性，所以，在烧结过程中，会由于该金属材料的膨胀而遭致破坏。

但是，如图1（C）所示，本发明的陶瓷组合物是具有与金属材料的相似性，呈直线膨胀。因而组合物和金属材料可烧制成一整体。

适合于本发明以金属作骨架的陶瓷质烧结制品的陶瓷质组合物，其化学组成是（CaO+MgO+Al₂O₃）/SiO₂其配合比为0.6～1.5，并含有20～95%重量的主原料，该主原料是由高温熔融产生的玻璃质材料，并配有原料重量3～20%的一种以上成形辅助剂，该成形辅助剂由金属盐和水硬性水泥等材料做成。根据需要还可以渗入非收缩性原料，使烧结组合物的收缩率在0.5%以下。以玻璃态产生的原料，具有代表性的有高炉液态渣等。玻璃质液态渣在加热过程中，850～950℃温度范围内，产生放热反应并晶体化，具有很小膨胀的反应烧结特性。以该玻璃质材料为主原料，含有20%以上该主原料的组合物，在1000℃以上的烧结温度中，其烧结收缩率可在0.5%以下。当主原料含有率大时，烧结物显示出膨胀性。为保持制品尺寸，其配合最好为20～90%。

当采用硅酸钠、硅酸钾等金属盐作为成形辅助剂时，用量以原材料重量的3～10%较为适合，少于3%得不到足够的成形强度，而超过10%则不经济。当采用波特兰水泥、熔渣水泥作为形辅助剂时，其用量按重量百分比计在10～20%范围内。这些成形辅助剂可单独使用，亦可混合使用。

根据成品所要求的物理特性、成品的大小等，可在组合物中加入预先经高温烧结的、不收缩的陶瓷器或砖的碎碴，或粉煤灰等，如果为了使成品更轻，还可以加入一些轻质混凝土材料，如珍珠岩粉。

本发明烧结制品内部埋设的金属材料，可采用作为钢筋用的铁丝、圆形或方形铁杆、金属网等。不限于钢铁材料，热膨胀系数近似钢铁的各种金属材料均可使用。

通常，这些金属材料与前述组合物比，热膨胀程度大，为了吸收这个热膨胀差，一个有效的办法是在金属材料表面涂敷淀粉、聚乙烯醇或C.M.C等的有机糊料，形成涂膜。该有机糊料在组合物内部少氧状态下不易消失，约350℃时开始碳化，在1200℃时仍然作为碳留在钢筋的表层。只要有碳留在钢筋上，钢筋的氧化就不易进行。在烧结结来后，切开观察钢筋的表面，钢筋表面如渗碳层似地呈光滑状。据实验结果，该有机糊层的厚度为钢筋直径的0.5%即可，考虑到留在钢筋表层的残留碳量和由钢筋长度方向的伸缩产生的应力吸收，该厚度为钢筋直径的1.0%以上较好。另外，当涂膜厚度需在0.05mm以上时，混合一些木碳粉，低粉等也较为有效。

从有机糊料开始燃烧、碳化、体积减小至350℃前，钢筋与组合物的热膨胀率的差仅为0.1%以下，作用组合物上的钢筋膨胀应力可充分被弹性吸收。

以下通过实施例更详细地说明本发明：

根据以下条件，在尺为300mm×600mm×20mm的陶瓷质成形体内部，埋设直径为5mm的钢筋并成形，用滚柱炉膛式窑，升温速度为20℃/分上升至1200℃，保持约20分钟后，以30℃/分的速度冷却，得到烧成的制品。

（1）钢筋的表面处理

用1∶1重量比混合淀粉和木碳粉，加入10～20倍的水，加温形成糊料，涂敷在钢筋表面，涂膜厚度约0.2mm，然后干燥之。

（2）钢筋的配量与绑扎

如图2所示，在组合物成形体（1）的中心部位埋设钢筋（2），钢筋（2）的交叉部位用直径为1.0mm的钢丝松松地绑扎

（3）陶瓷质组合物的配料、配比如表1所示（重量）

（4）成形方法

No.1和No.2用粉末加压成形方法，加压150Kg/cm²成形，No.3是加入30～50%的水分，作为水泥砂浆进行混练，注入模子内振动成形，在6℃蒸汽中养护24小时，使之硬化。

（5）烧制后的制品外观及切开观察其钢筋周围的龟裂，具有以下观察结果：

No.1    外观及内部全无龟裂产生

No.2    外观及内部全无龟裂产生

No.3    外观及内部全无龟裂产生

（6）烧成制品的物理特征，如表2所示：

表中，烧结收缩栏中“+”为膨胀，为“-”为收缩。

弯曲强度是在200mm跨度的中央加上荷重，观察其表面，当组合物上产生龟裂时所测得的强度值。

No.1，No.2和No.3在1000Kg/cm²的荷载下，钢筋和组合物之间均不分离。

本发明提供了埋设的钢筋等金属架的、整体成形的陶瓷质烧结制品，这是在已往技术中认为不可能的事，它发挥了强度高的钢筋等金属材料和耐风化性好的陶瓷材料的特性，为建材领域提供了一种新材料。

Claims (4)

1、一种以金属为骨架的陶瓷质烧结制品，其特征在于，线状、杆状或金属网状的金属材料以预定的骨架形式埋设在该烧结制品内，并与该烧结制品形成一整体。

2、如权利要求1所述的陶瓷质燃结制品，其特征在于，在陶瓷质组合物内预定的骨架位置，埋设着与组合物成整体的线状、杆状或金属网状金属材料，它们在1000℃以上1250℃以下的温度中烧制而成，所说的陶瓷质组合物是在烧结加温过程中，随着升温以80×10^-7/℃以上的线热膨胀率保持近直线地膨胀，在1000℃以上的温度中的烧结收缩不超过0、5%，收缩性小的陶瓷质组合物。

3、如权利要求1或2所述的陶瓷质烧结制品，其特征在于烧制品的组成物是这样的：具有（CaO+MgO+Al₂O₃）/SiO₂的配合比为0、6～1、5的化学组成，以由高温熔融而产生的玻璃质状物作为主原料，该主原料按重量百分比计为20～90%，配合3～20%原料重量的一种以上成形辅助剂，该成形辅助剂由金属盐和水硬性水泥类材料做成，再根据需要配合一些非收缩原料。

4、如权利要求2或3所述的陶瓷质燃结制品，其特征在于，整体埋设成形的金属材料表面上，形成有机糊料的举行涂膜，该涂膜厚度为金属材料直径的1%以上。

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