阅读说明：本技术 一种以低品位钾长石为原料的微晶面多孔保温陶瓷复合材料及其制备方法 (Microcrystalline surface porous heat-insulating ceramic composite material taking low-grade potassium feldspar as raw material and preparation method thereof ) 是由 刘鹏 王琦琦 刘作冬 于永生 于 2019-10-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种以低品位钾长石为主要原料的微晶面多孔保温陶瓷复合材料及其制备方法；所述的复合材料包括多孔保温陶瓷基体和微晶面层,基体以低品位钾长石为主要原料,面层主要材料包括珍珠岩、氧化铝、氧化镁和二氧化硅,采用二次布料,一次高温发泡法制备,发泡剂为碳化硅。基体层导热系数为0.060~0.097 W/(m·K),具有保温隔热功能,面层具有装饰效果。本发明成本低廉,节能环保；微晶面层极大程度地提高了复合材料的力学性能,同时能够有效地抑制发泡过程中气泡的融合溢出,改善发泡效果,降低发泡剂用量；复合材料一次高温发泡烧成,工艺简单,制备成本低；用于建筑领域可实现保温隔热和装饰一体化。(The invention discloses a microcrystalline surface porous heat-insulating ceramic composite material taking low-grade potassium feldspar as a main raw material and a preparation method thereof, wherein the composite material comprises a porous heat-insulating ceramic matrix and a microcrystalline surface layer, the matrix takes the low-grade potassium feldspar as the main raw material, the surface layer mainly comprises perlite, alumina, magnesia and silicon dioxide, the composite material is prepared by adopting secondary cloth and a one-step high-temperature foaming method, a foaming agent is silicon carbide, the matrix layer has a heat conductivity coefficient of 0.060 ~ 0.097.097W/(m.K), and has the heat-insulating function and a decorative effect.)

一种以低品位钾长石为原料的微晶面多孔保温陶瓷复合材料 及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑保温装饰材料技术领域，具体涉及一种以低品位钾长石为原料的微晶面多孔保温陶瓷复合材料及其制备方法。

背景技术

推广和使用建筑保温隔热材料，能够减少建筑室内外的热量交换，可有效地降低建筑使用过程的能源消耗，是实现建筑节能的有效手段。建筑保温材料种类很多，总体可分为有机保温材料、无机保温材料和复合保温材料，多孔保温陶瓷即属于无机保温材料的一种。多孔保温陶瓷内部有丰富的气孔结构，导热系数较低；其制备过程经过高温烧制，耐火、耐久性和耐候性能优异；其制备原料多以工业固体废弃物，尤其是以矿山尾矿和废矿为主，可实现矿产资源的综合利用。因此，多孔保温陶瓷材料日益受到人们的关注。

高温发泡法是制备多孔陶瓷最常用的方法之一，具有工艺简单、发泡效果好等优点。

中国专利CN106747307A提供了一种保温陶瓷装饰复合板及其制备方法。该保温陶瓷装饰复合板包括发泡陶瓷底层和增韧陶瓷面层组成，底层以铝土矿提取废弃物赤泥和黄河泥沙为主要原料，面层以珍珠岩微粉、硅灰石、膨润土等为主要原料，制备方法采用高温发泡法，发泡剂为碳化硅。

中国专利CN 108840568 A提供了一种轻质保温陶瓷装饰板及其制备方法。该轻质保温陶瓷装饰板包括基体和金属釉面层，基体的主要原料为珍珠岩微粉和膨胀珍珠岩微粉，金属釉面层主要由珍珠岩尾灰、低温熔块粉、铝银粉、羧甲基纤维素钠等组成，制备方法采用二次烧制。

中国专利CN 107651966 A公开了一种装饰性轻质保温陶瓷砖及其制备方法。该装饰性轻质保温陶瓷砖自下而上包括复合坯体层、底釉层、花釉装饰层和抛釉层。复合坯体层以普通陶瓷坯料，制备方法为先制备复合坯体层，150~180℃干燥后二次施釉，1180~1230℃烧制。

中国专利CN 105985020 A公开了一种泡沫微晶玻璃及泡沫玻璃的制备方法。该专利以炼钢热炉渣为主要原料，先制备泡沫玻璃，再将泡沫玻璃进行热处理得到泡沫微晶玻璃。该发明的优点是直接利用热炉渣的显热，节约能耗。

发明专利CN 104150964A公开了一种微晶玻璃陶瓷复合板的制造方法及产品，实用新型专利CN203976648U公开了一种微晶玻璃陶瓷复合板。他们均是将微晶玻璃复合在陶瓷砖表面。

类似上述专利很多，共同特点是以不同原料通过高、低温发泡法制得发泡陶瓷或带有釉面装饰层的复合材料，用于建筑保温隔热装饰；或者将微晶玻璃复合在陶瓷砖表面，用于建筑装饰。

发泡陶瓷保温隔热、耐火、耐久耐候性好，但力学性能普遍偏低，单独作保温材料，外面还需要二次施加装饰层；釉层具有丰富的装饰效果，与发泡陶瓷复合是个不错的选择，但现有与发泡陶瓷复合的釉面表面强度和硬度普遍较低，受到外力时很容易损坏。

微晶玻璃材料具有较高的硬度和抗折强度，同时还具有装饰效果，因此，采用微晶面与发泡陶瓷复合，可同时改善发泡陶瓷基体和装饰面层的性能，满足保温隔热和装饰一体化的要求，是一个亟需研究的问题。

发明内容

为了实现非金属矿物的高效利用，有效解决矿物尾矿堆放带来的环境污染的问题，本发明提供了一种以低品位钾长石为主要原料，采用高温发泡工艺制备具有微晶装饰面的多孔保温陶瓷复合材料。

本发明的目的是这样实现的：

一种以低品位钾长石为原料的微晶面多孔保温陶瓷复合材料，复合材料包括基体和面层两部分，所述的基体以低品位钾长石为原料，碳化硅粉末为发泡剂，通过高温发泡法制备多孔保温陶瓷；面层的主要原料包括珍珠岩、氧化铝、氧化镁和二氧化硅，通过高温烧结制备，其基层和面层一次烧结成型；

所述的一种以低品位钾长石为原料的微晶面多孔保温陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1）、多孔陶瓷基体原料的准备：称取设定质量的低品位钾长石原料，添加设定质量的碳化硅粉末，球磨均匀；

步骤2）、微晶玻璃面层原料的制备：称取设定质量的珍珠岩、氧化铝、氧化镁和二氧化硅，高温熔融并水淬制成玻璃颗粒，然后在去离子水中球磨粉碎，烘干得到玻璃粉体；

步骤3）、微晶面多孔保温陶瓷复合材料坯体的制备：将步骤1）和步骤2）中得到的原料粉体分别加水润湿，搅拌均匀；先将润湿后的基体料装入模具，预压至设定深度，再装入润湿后的面层原料；在设定压力下模压成型，脱模，干燥，得到坯体；

步骤4）、微晶面多孔保温陶瓷复合材料的烧制：将步骤3）中制得的坯体放入程序升温炉中按设定温度制度进行烧结，随炉降温；

步骤5）、微晶面多孔保温陶瓷复合材料的后处理：将步骤4）所得样品切割后，在抛磨机上进行抛光处理，即得到以低品位钾长石为主要原料的微晶面多孔保温陶瓷复合材料。

所述的步骤1）中所用低品位钾长石原料粉体中K₂O含量约为9%，钾长石原料粉体粒径在1~15 μm左右， SiC纯度≥98.5%， SiC的添加量为0.6~1.2 wt.%；

所述的步骤2）中珍珠岩用量为35~55 wt.%，氧化铝用量为25.08~28.13 wt.%、氧化镁用量为15.77~16.29 wt.%，二氧化硅用量为7.31~22.58 wt.%；

所述的步骤3）中复合材料坯体的制备时，基体和面层原料需要加水润湿，先将基体原料装入模具，向下预压3 mm，再装入面层原料，最后模压成型，成型压力10~15MPa；

所述的步骤4）中烧结温度制度为以5 ~25 ℃/min的升温速率升温至300 ℃，并在此温度下保温30 min，然后以5~25 ℃/min的升温速率升温至1190~1270 ℃，并在此温度下保温20~60 min，然后停止加热，随炉冷却至室温；

所制备的微晶面多孔保温陶瓷复合材料为一次烧制成型，表层为微晶玻璃面层，基体为多孔保温陶瓷层。

积极有益效果：本发明以低品位钾长石为主要原料，烧制温度低，成本低廉，为钾长石尾矿综合利用提供了一种解决途径；复合材料面层为微晶玻璃，具有较高的硬度和抗折强度，在改善和保护基体层的同时还具有装饰效果。本发明采用高温发泡法，仅添加碳化硅发泡剂，一次性烧制制备多孔保温隔热陶瓷，制备工艺流程简单，周期短，设备简单，能有效降低生产成本；微晶玻璃面层极大程度提高了材料的力学性能，同时能有效抑制发泡过程中气泡的融合溢出，改善发泡效果，降低了发泡剂的用量。本发明提供的微晶面多孔保温陶瓷复合材料既有保温隔热功能，又有装饰效果，可用于建筑保温隔热装饰，满足保温隔热和装饰一体化的要求。

附图说明

图1为本发明中所用低品位钾长石原料粉体粒径图；

图2为本发明制备的微晶面多孔保温陶瓷照片。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例，对本发明做进一步的说明：

实施例1

制备微晶面多孔保温陶瓷复合材料：将200 g低品位钾长石尾矿粉和1.6 g碳化硅粉放入球磨机中，球磨30 min；称取35 g珍珠岩，28.13 g氧化铝、16.29 g氧化镁，22.58 g二氧化硅，高温熔融并水淬成玻璃颗粒，然后将其在去离子水中球磨粉碎，烘干后得到玻璃粉体；在得到的两种粉体中分别加入13 wt.%的水润湿，搅拌均匀；将润湿后的基体料装入模具，向下预压3 mm，再装入润湿后的面层原料，在10MPa成型压力下模压成型，脱模后放入干燥箱中105 ℃下干燥4 h，得到干坯；将干坯放入高温炉中以5 ℃/min的升温速率升温至300 ℃，保温30 min，之后再以5 ℃/min的升温速率升温至1250 ℃，保温30 min，停止加热，并随炉降温至室温，得到复合材料块体，最后将复合材料块体进行切割、抛光，即得到规则的具有微晶面的多孔保温陶瓷复合材料。

实施例2

制备微晶面多孔保温陶瓷复合材料：将200 g低品位钾长石尾矿粉和2 g碳化硅粉放入球磨机中，球磨30 min；称取40 g珍珠岩，27.37 g氧化铝、16.16 g氧化镁，18.76 g二氧化硅，高温熔融并水淬成玻璃颗粒，然后将其在去离子水中球磨粉碎，烘干后得到玻璃粉体；在得到的两种粉体中分别加入13 wt.%的水润湿，搅拌均匀；将润湿后的基体料装入模具，向下预压3 mm，再装入润湿后的面层原料，在10 MPa成型压力模压成型，脱模后放入干燥箱中在105 ℃下干燥4 h，得到干坯；将干坯放入高温炉中以15 ℃/min的升温速率升温至300℃，保温30 min，之后再以15 ℃/min的升温速率升温至1230 ℃，保温30 min，停止加热，并随炉降温至室温，得到复合材料块体，最后将复合材料块体进行切割、抛光，即得到规则的具有微晶面的多孔保温陶瓷复合材料。

实施例3

制备微晶面多孔保温陶瓷复合材料：将200 g低品位钾长石尾矿粉和2 g碳化硅放入球磨机中，球磨30 min；称取50g珍珠岩，25.84 g氧化铝、15.90 g氧化镁，11.12 g二氧化硅，高温熔融并水淬成玻璃颗粒，然后将其在去离子水中球磨粉碎，烘干后得到玻璃粉体；在得到的两种粉体中分别加入13 wt.%的水润湿，搅拌均匀；将润湿后的基体料装入模具，向下预压3 mm，再装入润湿后的面层原料，在15 MPa成型压力下模压成型，脱模后放入干燥箱中在105 ℃下干燥4 h，得到干坯；将干坯放入高温炉中以15 ℃/min的升温速率升温至300℃，保温30 min，之后再以15 ℃/min的升温速率升温至1210 ℃，保温40 min，停止加热，并随炉降温至室温，得到复合材料块体，最后将复合材料块体进行切割、抛光，即得到规则的具有微晶面的多孔保温陶瓷复合材料。

实施例4

制备微晶面多孔保温陶瓷复合材料：将200 g低品位钾长石尾矿粉和2.4 g碳化硅放入球磨机中，球磨30 min；称取55 g珍珠岩，25.08 g氧化铝、15.76 g氧化镁，7.31 g二氧化硅，高温熔融并水淬成玻璃颗粒，然后将其在去离子水中球磨粉碎，烘干后得到玻璃粉体；在得到的两种粉体中分别加入13 wt.%的水润湿，搅拌均匀；将润湿后的基体料装入模具，向下预压3 mm，再装入润湿后的面层原料，在15 MPa成型压力下模压成型，脱模后放入干燥箱中在105 ℃下干燥4 h，得到干坯；将干坯放入高温炉中以15 ℃/min的升温速率下升温至300 ℃，保温30 min，之后再以15 ℃/min的升温速率升温至1190 ℃，保温50 min，停止加热，并随炉降温至室温，得到复合材料块体，最后将复合材料块体进行切割、抛光，即得到规则的具有微晶面的多孔保温陶瓷复合材料。

本发明以多孔保温陶瓷为基体，微晶玻璃为面层制备的微晶面多孔保温陶瓷复合材料，微晶玻璃面层极大程度提高了材料的力学性能，同时能有效抑制发泡过程中气泡的融合溢出，改善发泡效果，降低了发泡剂的用量；在多孔保温陶瓷基体的制备中以低品位钾长石尾矿粉为原料，成本低廉，固废再利用，节能环保，为钾长石尾矿的处理提供新的解决途径；本发明采用高温发泡法，仅添加碳化硅发泡剂，一次性烧制成型，制备工艺流程简单，周期短，设备简单，能有效降低制备生产成本。本发明制备的微晶面的多孔保温陶瓷复合材料具有良好的保温隔热性能、力学性能和装饰效果。

以上实施例仅用于说明本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代和改进等，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围之内。