CN1101334A - 热成型多孔陶瓷 - Google Patents

Abstract

热成型多孔陶瓷，是以单向热膨胀热塑性工艺和 多向热膨胀热塑性工艺的热成型生产方法和结合我 国陶瓷资源的实际，生产的一种具有设计尺寸和形态 的高强、轻质、多孔陶瓷，其尺寸大小是各种规格的， 形态和产品类型是多种多样的，有釉面的和无釉面的 砌块、板块、大板、日用品、建筑装饰制品、保温节能制 品和建筑材料制品，特别是热成型多孔陶瓷板块和大 板，对现代建筑具有重要意义。

Description

本发明涉及一种多孔陶瓷及其生产方法，尤其是一种热成型多孔陶瓷，及其结合我国资源的实际，以膨胀页岩、膨胀粘土为原料，或为主要原料进行热成型多孔陶瓷生产的方法。

公知的相关技术有：

陶粒：多孔陶瓷的一种，是多孔而质轻的粒料，一般是在易熔粘土中加入煤粉、炭粒或木屑等起泡剂，经混合烧制而成的，用作混凝土填充料以及保温材料。

申请号93103883.6“一种多孔质陶粒的无配料生产方法及其陶粒和应用”，提出了一种多孔陶瓷的无配料生产方法，扩大了陶粒的应用范筹。

申请号93102556.7“垃圾多孔体材料”，是一项以垃圾和膨胀页岩为原料进行陶粒的生产，同时处理垃圾的技术。

以上技术其产品都是一种人造骨料，使其具有设计尺寸和形态，还需要大量消耗胶结剂（水泥等），以及一系列的加工工序，使工艺繁销，流程复杂，能耗增高，制造成本成倍增大，以致难于推广，且粒间粘结力弱，成品率低，强度不高。

“一种微孔多孔砖”是以农业废弃物作造孔材料，模压成型的。

日本开发的一种“多孔陶瓷”是使用膨润土为支撑剂，注浆成型的，但是都需外加剂而限制了大规模的生产，同时也带来了工序的复杂和成本的增高。

参考资料：

1、国别：中国。名称：《发明专利公报》，标题“一种多孔质陶粒的无配料生产方法，及其陶粒和应用”，申请人：蒋里军，公开日93·2·24，申请号93103883·6，申请日92·5·20分类号CO4B100、CO4B14/02，第9卷，第8号。

2、国别：中国，专利申请号931025567，申请日：93·2·28，标题：“垃圾多孔体材料”，申请人：蒋里军（未公开）。

3、国别：中国，名称：《材料科学进展》，标题：“复合材料热膨胀的一个理论模型”，著者：王玉庆，1989年10月，第3卷5号43页。

4、国别，中国。名称：《建材工业信息》，日本专利，标题：“陶瓷混凝土板”，译者：陈东，1994年第2期8页。

本发明的目的是：结合我国资源的实际，发掘和提供一种热成型多孔陶瓷及其生产方法，其生产的多孔陶瓷不但是轻质高强的，而且是具有设计尺寸和形态的陶瓷多孔体，其设计尺寸和形态是在烧结过程中热成型的，在进行热成型多孔陶瓷的生产过程中，可以无需配料，可以不加入任何外加剂（发泡剂、造孔剂、支撑剂……）而以膨胀页岩、膨胀沾土为单一原料，进行热成型多孔陶瓷的生产，也无需一般人造骨料加工制成具有设计尽寸和形态时所需要的大量胶结剂（水泥），以及一系列的加工序，从而使制造成本大幅度降低。

本发明是这样实现的：结合我国拥有十分丰富、异常优异的陶瓷原料资源的实际，以各种成份含量非常符合多孔陶瓷生产要求的膨胀页岩，膨胀粘土为原料，或为主要原料，可以无需配料、无需任何外加剂，而进行热成型多孔陶瓷的生产，其采用的膨胀页岩、膨胀粘土呈灰黑、浅灰、黄灰、紫褐等色，粘土到粉砂结构，性脆而硬度低，其矿物成份主要为：水云母、高岭土、蒙托石，并含有适量的碳和铁质。当这类膨胀（易熔）岩土在1050-1300℃温度下焙烧的时候，铁与碳互相作用，发生氧化铁的还原反应，还原后的铁和硅酸盐发生反应而形成易熔的低熔体，当受热到熔点时，由于挥发份而产生气相物质，并同时膨胀，经冷却形成具有轻质高强的陶瓷多孔体，从而达到无配料或单一原料进行多孔陶瓷生产的目的。本发明采取的膨胀页岩、膨胀粘土，除具有上述的岩矿理化性质和热膨胀特征之外，尚具有单向热膨胀（线性热膨胀）和多向热膨胀的热塑性性能。

其多向热膨胀热塑性特征是：在一定的温度下受热软化，同时产生多向热膨胀，并在膨胀的过程中，具有可塑性和自支撑的性质而不产生流动或坍踏。利用这一性能，可以在常温下预制成初坯（模压、塑造、浇注），然后入窑焙烧，使其受热软化膨胀达到预期设计尺寸和形态。与此相应的热成型多孔陶瓷工艺称为多向热膨胀热塑性工艺。虽然有预制，但最终尺寸和形态是在高温条件下，通过热膨胀热塑成型的。

用这种多向热膨胀热塑性工艺模式，进行热成型多孔陶瓷的生产，各向都是可以进行热膨胀而不受限和不受压的，或不受应力状态束缚的，因此，其多向热膨胀能充分进行，可生产出轻质，超轻质的多孔陶瓷，其产品完全能浮于水上，而且有很轻的质量。

材料的热膨胀行为及其大小与材料的种类及其所受的应力状态密切相关。如前所述，本发明所采用的材料种类是单一的，其组份是趋近一致的，或假定是完全一致的，其膨胀形为主要与应力状态相关。如果当热力影响除外，则主要是受模具器壁阻力的影响。以正方形模具为例，当六面体五壁封闭，一壁敝开时，其模内的物料热膨胀状态符合单向线性热膨胀形为，但物料与模壁间的剪切应力可以忽略不计，因物料受热软化已大为超过弹性模量极限。在测定其热膨胀系数时，可采用以下公式计算：

A＝△L/L·△T

式中：△T是测量温度泛围内起始温度和终了温度的温差;A是△T温差范围内的平均线热膨胀系数，△L是试样在△T温度范围内的线膨胀量。这样则很容易预先计算出热成型多孔陶瓷的设计尺寸和形状，并可预测其性能。

根据上述原理，则可采用将膨胀岩土物料直接装入开口模具内，带模入窑进行焙烧，经软化和单向热膨胀而获得具有设计尺寸和形态的热成型多孔陶瓷。与这种热成型相应的热成型多孔陶瓷生产工艺，称为单向热膨胀热塑性工艺。

用这种单向热膨胀热塑性工艺模式，进行热成型多孔陶瓷的生产，其物料在模内的热膨胀形为是：除顶面开口之外，其它各向都是不能自由进行膨胀，而是受限和受压的，或受应力状态所束缚的。其热膨胀行为只是一种单向线热膨胀，虽能得到满意的膨胀系数和孔隙率，但只能生产出较轻质的热成型多孔陶瓷，一般都不能浮于水面，正因为是单向热膨胀和多向处于压应力状态，则促使微细孔隙的产生，并且有较大的体积密度。而体积密度直接影响到制品强度的增减，二者呈正比关系，因此采用单向热膨胀热塑性模式生产热成型多孔陶瓷，不但具有轻的重量，而且有异常高的强度，具有异常的优异性能。

由于采用了具有上述岩矿理化特征、热力化学特征的膨胀岩土为原料，以及多向热膨胀热塑性和单向热膨胀热塑性的热膨胀理论及工艺模式的生产方案，可以生产出热成型多孔陶瓷，并可以达到本发明的目的。

本发明以资源极其丰富的，在全国广泛分布，尤其在长江流域、珠江流域有大规模产出的膨胀岩土为原料或为主要原料，以热膨胀热塑性的理论和工艺模式，进行热成型多孔陶瓷的生产，不但能生产出高强轻质的具有设计尺寸和形态的多孔陶瓷而且能进行热成型多孔陶瓷系列产品的生产，包括热成型多孔陶瓷砌块、板块、大板、日用品、建筑材料制品、装饰材料制品、保温材料制品……

热成型多孔陶瓷砌块、板块和大板与一般建筑墙体材料比较，其优点是块大质轻，隔热、隔音、阻燃、防火，施工方便，价格却异乎寻常的低廉，广泛用于墙体材料。其多孔陶瓷砌块可以是实心的，也可以是空心的，大孔的，盲孔的。

热成型多孔陶瓷砌块，由于无需水泥粘结，则无热桥而具有优异的隔音、保温、防火、隔热性能，特别是价格异乎寻常之低，比天津的陶粒砌块制造成本降低一半以上，比红砖更便益，广泛用作墙体材料，保温隔热材料，冷藏材料。

其产品热成型多孔陶瓷板块和大板与多孔陶瓷砌块相同，一般为规格较大的板块和大板，其中一种是具有双层构造的，即底面为多孔陶瓷，面层为一般瓷面的热成型瓷面多孔陶瓷板块和大板，其瓷面层是光洁的，可以是多种颜色的，或具有图案的，有较高的欣赏和装饰性能，其板块（薄板）一般用作装饰材料，粘面材料，其大板一般用于外墙板和隔墙板。

生产这种瓷面多孔陶瓷板块和大板时，是采用单向热膨胀热塑性工艺完成的。具体是将瓷面材料置于单向敞开的模具底层（需采用低温快烧料），之后再装入膨胀岩土物料（膨胀页岩、膨胀粘土等）于模内（模具应是耐高温的，并应使用脱模剂），然后入窑焙烧，烧成温度1050-1250℃，烧成时间为15-20分钟。

除此之外，还可以生产单层构造热成型多孔陶瓷板块和大板，即仅用一种膨胀页岩或膨胀粘土为原料的多孔陶瓷板块和大板，以及双层构造瓷面磨光热成型多孔陶瓷板块及大板（烧成后再经磨光而成）;以及有釉瓷面热成型多孔陶瓷板块及大板等。

当生产大板时，可以加筋，使之成为具有钢筋结构的多孔陶瓷大板，其加筋方法可以在烧结之前加入，也可以在烧制成大板之后，将筋加在两大板之间，以水泥为粘结剂，使两大板合并为一。用于框架结构隔墙板时，应预埋连接件。

采用本发明生产方案，生产瓷面多孔陶瓷板，与日本国立住房有限工业公司研制的“陶瓷混凝土板”技术方案相比，具有很多优点：

从重量上本发明的产品要更轻质;日本制品主要为混凝土，而本发明纯属陶瓷;从耐热、耐化学物侵蚀和耐老化都将比日本研制的“陶瓷混凝土板”为优。另外从制造成本上，本发明原料为页岩，日本为混凝土，且前者可一步烧成，后者需多次加工，因此，无论从能耗、制造价，产品价格等都将比日本的方案好。（见参考资料4）。

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

本实施例对单向热膨胀热塑性工艺方案，及多向热膨胀热塑性工方案进行了实验。

单向热膨胀热塑性工艺方案实验：

实验方法：采用单向热膨胀热塑性工艺方案。

加工设备：碎矿、磨矿、搅拌、成球等实验设备。

模具：单向开口空心陶瓷园柱。

焙烧设备：隧道窑（以高铝泥浆为脱模剂）。

实验物料：膨胀页岩（采自涪陵市）。

实验目的：热成型多孔陶瓷。

实验过程：以膨胀页岩为单一原料进行碎矿、磨矿（磨矿粒度小于80目），半塑成球（成球粒径3-5毫米），装模（将球料装入模具1/3的高度，即预留2/3的膨胀空间），然后入窑在400℃温度下预热，在1200℃温度下烧成，烧成时间20分钟。

实验结果：

获得具有设计形态（由模具内形结出），设计尺寸（可根据单向热膨胀公式计算得出）的多孔陶瓷圆柱体。孔隙率大于50%，容重1120kg/m³，抗压强度23MPQ/cm²。

结论：采用膨胀页岩为单一原料，以单向热膨胀热塑性工艺方案，烧成的热成型多孔陶瓷，是具有设计尺寸和形态的，高强轻质的多孔陶瓷，尤其是具有异常的强度。

由本实施例可以看出：其设计尺寸和形态随模具的内形而改变，可以是任意的，或多种多样的。因此本发明可以进行各种规格尺寸及形态的热成型多孔陶瓷产品的制造。

由本实验可知：物料是受热软化之后产生膨胀的，因此，对模具（器壁）的膨胀压力也只是一种视压力，模具对物料的压应力也只是一种视压应力，实际并不存在。因此模具不会因物料的膨胀而遭到破坏，以至型砂也可作模具。

从本实施例观察到：其多孔陶瓷的孔隙是微细的，均质的，十分密集的，这对制品强度和保温性能的提高有利;其各粒间以微孔嵌接，已融合成整体，其结构异乎寻常的牢固，是水泥胶结远远不及的。

本实施例，入窑前的物料是成球的，之所以成球，其目的之一是实验球体物料颗粒及其相互之间的软化膨胀形为。实验结果，几乎全部所有的单个颗粒都是变形了的，互相嵌结和融合的，颗粒间介面模糊，是一种热融结膨胀多孔结构。只有具有自由面的、敞开的一面，或单向热膨胀方向的，能自由膨胀的表面的物料单个颗粒，除尺寸外，其形态是完全没有变形的球形颗粒，粒间呈热粘结结构，但与其下的基质层仍为热融结，形成的这种热成型多孔陶瓷的表面既坚实又牢固，尤其是具有外观美和艺术感，而可作妆饰材料，用于柱、壁、板、墙的工艺妆饰，譬如艺术墙。

多向热膨胀热塑性工艺方案实验：

实验方法：采用多向热膨胀热塑性工艺方案。

焙烧设备：马胡炉。

实验物料：膨胀粘土（采自涪陵市）。

初坯成型方法：手工塑造（一只和平鸽）

实验目的：热成型多孔陶瓷

实验过程：以膨胀粘土为单一原料，手工塑造一只和平鸽：以石棉网为垫座，以同类原料为垫饼，烧成温度1250℃，焙烧时间15分钟。其烧成后的和平鸽形状如初，只是各向膨胀了3倍左右，容重为670kg/m³，完全浮于水面。

结论：采用膨胀粘土为单一原料，以多向热膨胀热塑性工艺方案，烧制而成的热成型多孔陶瓷是具有设计尺寸和形态的，轻质、超轻质的多孔陶瓷。其设计尺寸可以用多向热膨胀理论公式预先算出，其形态与初坯相近似，并可以通过模压、浇注，塑造等方法预制成初坯，而可生产出各种规格、尺寸及形态的热成型多孔陶瓷制品。

实验证明：热成形多孔陶瓷的烧成温度和烧成时间又直接影响到制品的体积和密度的增减，二者成正比关系。根据这一关系，当需要生产出更轻的、体积更大，密度更小的（容重可小于500Kg/m³）的超轻陶瓷时，可采用1250-1350℃的烧成温度制造，而烧成时间只需几分钟（高温快烧法），当需要制造强度更高、密度较大的多孔陶瓷制品时，则宜采用烧成温度较低（可低达1050℃以下），而烧成时间相反却要长（20分钟以上）的低温慢烧法。

采用上述的“高温快烧法”对隔热、隔音材料及其制品的生产具有重要意义，当生产热成型多孔陶瓷保温制品时，可以在有垫饼的，一向封闭（垫饼方向）、多向自由的条件下进行，并使垫饼与物料接触的表面尺寸和形态与制品的设计尺寸和形态相一致，这样可以生产出各种形态、尺寸的定型保温材料制品，同样也与多向热膨胀热塑性理论和工艺方案相符合。采用本方法生产保温材料制品的最大优点是不需要价格昂贵的粘胶剂，而比使用粘胶剂制造的保温制品具有更好的优良性能，比如抗化学物（酸、碱）侵蚀和抗老化等，而价格却十分低廉。

新材料产业是支撑21世纪的尖端产业，由于社会现代化趋势，则越来越需要更多的、重量更轻、强度更高的、性能更优异的，用于建筑，以及用于其它领域的陶瓷材料及制品，同时还需要制造成本越小越好，价格越低越好的具有竞争力和大的市场兼容潜力的产品。

本发明的生产流程及设备随制品品种及类别不同而易，但总的与一般陶瓷生产相同，或者大为简单。当生产建筑用热成型多孔陶瓷时，比如热成型多孔陶瓷砌块，可以无需磨矿、搅拌、成球、烘干、预热等工序，而直接将膨胀页岩岩粒或岩块（最好小于3-5毫米），装模入窑焙烧。这样不仅可大量节能，而且可使制造成本降到异常的低，从而使产品具有很大的市场竞争及兼容能力，并能结合我国实际，以致能推广到广大农村。

Claims (8)

1、陶粒，多孔陶瓷的一种，是高强轻质的多孔粒料，本发明的特征是：热成型多孔陶瓷，是高强轻质多孔的，是具有设计尺寸和形态的。

2、根据权利要求1所述的热成型多孔陶瓷其特征是：设计尺寸的大小是各种规格的，设计形态和产品类别是多种多样的，可以是热成型多孔陶瓷砌块、板块、大板、日用品、装饰材料制品、保温材料制品和建筑材料制品。

3、根据权利要求1、2所述热成型多孔陶瓷产品及制品，其特征是：结构是一种热融结膨胀多孔结构，构造是单层的和具有瓷面的双层构造，组成成份全属陶瓷。

4、一种无需配料，无需任何外加剂，以一种“笔石相页岩”为唯一原料进行陶粒烧制的方法，本发明的特征是：以膨胀页岩、膨胀粘土为原料或主要原料进行热成型多孔陶瓷生产的方法。

5、根据权利要求4所述的膨胀页岩、膨胀粘土，其特征是：在1050-1300℃温度下受热软化，同时膨胀。

6、根据权利要求4所述的热成型多孔陶瓷生产方法，其特征是：以单向热膨胀热塑性和多向热膨胀热塑性工艺方案，进行热成型多孔陶瓷的生产。

7、根据权利要求6所述的单向热膨胀热塑性工艺方案，其特征是：当生产热成型多孔陶瓷砌块时，可以无需磨矿、搅拌、成球、烘干、预热工序，而直接将粒径小于3-5毫米的膨胀页岩岩粒、岩块装模入窑，焙烧。

8、根据权利要求1、4所述的热成型多孔陶瓷及其生产方法，其特征是：当产品为热成型多孔陶瓷大板时，可以是有筋的，其加筋方法可以在烧结之前加入，也可以在烧制成大板之后，将筋加在两板之间，以水泥粘结，使两大板合并为一，而成为具有钢筋结构的热成型多孔陶瓷大板。