一种具有热舒适性的陶瓷材料及其制备方法、陶瓷砖和用途
阅读说明：本技术 一种具有热舒适性的陶瓷材料及其制备方法、陶瓷砖和用途 (Ceramic material with thermal comfort, preparation method thereof, ceramic tile and application ) 是由 林要军 马云龙 马会川 张俊 于 2021-08-10 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种具有热舒适性的陶瓷材料,所述陶瓷材料的组分包括：氧化钙、氧化钠、氧化钾、氧化硅、碳化硅、氧化锰、硅灰石、三氧化二硼和三氧化二铝；其中,三氧化二铝的含量≤20wt％,碳化硅的含量为0.3～5wt％,碳化硅的粒径为1～5μm。本发明通过降低陶瓷材料中三氧化二铝的含量并严格控制碳化硅的含量,能够在制得气孔均匀性良好的陶瓷同时显著提高陶瓷的机械性能,应用前景广阔。(The invention provides a ceramic material with thermal comfort, which comprises the following components: calcium oxide, sodium oxide, potassium oxide, silicon carbide, manganese oxide, wollastonite, boron trioxide and aluminum oxide; wherein the content of aluminum oxide is less than or equal to 20 wt%, the content of silicon carbide is 0.3-5 wt%, and the particle size of the silicon carbide is 1-5 μm. According to the invention, by reducing the content of aluminum oxide in the ceramic material and strictly controlling the content of silicon carbide, the ceramic with good pore uniformity can be prepared, and the mechanical property of the ceramic is obviously improved, so that the ceramic has a wide application prospect.)
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种具有热舒适性的陶瓷材料及其制备方法、陶瓷砖和用途。
背景技术
随着人们对建筑陶瓷需求的不断发展，绿色环保且舒适健康成为消费目标，然后现有底板总是给人冰冷的感觉，如何改善陶瓷材料表面的热舒适性能是未来的研究发展方向。
CN102718549A公开了一种陶瓷轻质保温装饰外墙砖，其形成均匀而细密的封闭气孔，具有保温作用。
CN101003433A公开了一种具有隔热保温功能陶瓷砖及其制备方法，其包括现有陶瓷砖基础料组成的砖体，在陶瓷砖砖体内有由添加的发泡材料形成的封闭气孔；同时还公开了该隔热保温功能陶瓷砖的制备方法，它是在现有陶瓷砖生产基础上添加发泡材料，并通过温度、加热时间的控制来实现最佳的发泡效果，上述具有隔热保温功能陶瓷砖具有较好的保温、隔热效果，安装简单。
CN201011074A公开了一种具有隔热保温功能陶瓷砖，其在陶瓷砖砖体内有由添加的发泡材料形成的封闭气孔。所述封闭气孔为若干气泡连成一体构成蜂窝状，也可以若干气泡间隔设置组成，该封闭气孔设置在砖体的底层。
然而，上述砖均是砖体本身的气孔结构，其并未提高陶瓷表面的热舒适性能。
因此，需要开发一种能够适用于瓷砖表面的具有热舒适性能的陶瓷材料。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种具有热舒适性的陶瓷材料，所述陶瓷材料通过组分的调控，能够得到气孔均匀且具有优良机械性能的陶瓷材料，适用于设置在砖体表面，改善地板或墙面等触感，同时优良的机械性能能够有效避免其破损等情况，提高了地板和墙面的使用寿命。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种具有热舒适性的陶瓷材料，所述陶瓷材料的组分包括：氧化钙、氧化钠、氧化钾、氧化硅、碳化硅、氧化锰、硅灰石、三氧化二硼和三氧化二铝；
其中，三氧化二铝的含量≤20wt％，碳化硅的含量为0.3～5wt％，碳化硅的粒径为1～5μm。
本发明所述具有热舒适性的陶瓷材料中通过添加氧化锰促进碳化硅的氧化，从而能够提高发泡效果，得到均匀细小的孔隙结构；并且发现对于碳化硅的粒径要求非常严格，粒径为1～5μm的碳化硅能够提高合适的反应表面，从而在初期能产生合适量的气体，在整体陶瓷材料中才能够形成均匀且孔径合适的气孔，最终同时保障低导热系数和优良的机械性能；同时碳化硅的含量偏高时容易导致同时参与反应的颗粒过多，气孔量大，不仅气孔孔径大，而且机械性能迅速下降；碳化硅的含量偏低时，产生的气孔不足，导致气体扩散不均匀，气孔不均匀，最终陶瓷材料的整体机械性能仍然较差且热舒适性较差。而且，本申请意外发现，将氧化铝的含量控制在20％以下能够适当降低高温液相的黏度，促进气孔的增长，提高气孔率。
本发明中三氧化二铝的含量≤20wt％，例如可以是2wt％、4wt％、6wt％、8wt％、10wt％、12wt％、14wt％、15wt％、16wt％、18wt％或20wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
碳化硅的含量为0.3～5wt％，例如可以是0.3wt％、0.9wt％、1.4wt％、1.9wt％、2.4wt％、3wt％、3.5wt％、4wt％、4.5wt％或5wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
碳化硅的粒径为1～5μm，例如可以是1μm、1.5μm、1.9μm、2.4μm、2.8μm、3.3μm、3.7μm、4.2μm、4.6μm或5μm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述陶瓷材料中三氧化二铝的含量≤15wt％。
优选地，所述三氧化二铝与三氧化二硼的质量比为0.2～0.8:1，例如可以是0.2:1、0.27:1、0.34:1、0.4:1、0.47:1、0.54:1、0.6:1、0.67:1、0.74:1或0.8:1等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用，优选为0.76:1。
本发明中三氧化二铝与三氧化二硼相互协同作用，能够调节高温液相的粘度，克服因加入硅灰石导致得陶瓷材料脆性增大的问题，促进气孔的生长和扩散，提高最终产品的气孔率，并协同改善陶瓷材料的韧性，提高了陶瓷材料的断裂模数。
优选地，所述陶瓷材料中氧化锰的质量分数为0.01～0.2％，例如可以是0.01％、0.04％、0.06％、0.08％、0.1％、0.12％、0.14％、0.16％、0.18％或0.2％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述氧化锰与碳化硅的质量比为0.01～0.1:1，例如可以是0.01:1、0.02:1、0.03:1、0.04:1、0.05:1、0.06:1、0.07:1、0.08:1、0.09:1或0.1:1等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中氧化锰能够促进碳化硅的氧化，提高发泡效果，从而能够得到均匀且细小的孔隙，既能够保障产品的机械性能又能够降低最终陶瓷的导热系数。
优选地，所述陶瓷材料的组分还包括氧化镁。
本发明所述陶瓷材料中优选还含有氧化镁，其具有稳泡剂的作用，可有效避免气泡破裂等情况，更有利于保障最终成型的陶瓷材料中气孔均匀。
优选地，所述氧化镁的含量为3.5～6wt％，例如可以是3.5wt％、3.8wt％、4.1wt％、4.4wt％、4.7wt％、4.9wt％、5.2wt％、5.5wt％、5.8wt％或6wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述氧化镁的粒径为250～450μm，例如可以是250μm、273μm、295μm、317μm、339μm、362μm、384μm、406μm、428μm或450μm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述陶瓷材料中氧化钙的质量分数为6～12％，例如可以是6％、6.7％、7.4％、8％、8.7％、9.4％、10％、10.7％、11.4％或12％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述陶瓷材料中氧化钠的质量分数为2.5～4.5％，例如可以是2.5％、2.8％、3％、3.2％、3.4％、3.7％、3.9％、4.1％、4.3％或4.5％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述陶瓷材料中氧化钾的质量分数为1.2～2.5％，例如可以是1.2％、1.4％、1.5％、1.7％、1.8％、2％、2.1％、2.3％、2.4％或2.5％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述陶瓷材料中氧化硅的质量分数为30～41％，例如可以是30％、32％、33％、34％、35％、37％、38％、39％、40％或41％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述陶瓷材料中硅灰石的质量分数为5～15％，例如可以是5％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％或15％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述陶瓷材料的组分还包括氧化铈。
本发明所述陶瓷材料中优选还包括氧化铈，其能够进一步与碳化硅相互配合作为发泡材料，使其形成的气孔更加均匀，同时氧化铈的存在可促进氧化锰对碳化硅的催化作用，促进气孔的形成和扩散，从而形成均匀且孔径大小合适的气孔。
优选地，所述氧化铈的含量为2.6～5.3wt％，例如可以是2.6wt％、2.9wt％、3.2wt％、3.5wt％、3.8wt％、4.1wt％、4.4wt％、4.7wt％、5wt％或5.3wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
第二方面，本发明提供根据第一方面所述的具有热舒适性的陶瓷材料的制备方法，所述制备方法包括：混合所述陶瓷材料的组分，得到混合料；所述混合料经烧成，得到所述陶瓷材料。
优选地，所述烧成的温度为1200～1350℃，例如可以是1200℃、1217℃、1234℃、1250℃、1267℃、1284℃、1300℃、1317℃、1334℃或1350℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
第三方面，本发明提供一种具有热舒适性的陶瓷砖，所述陶瓷砖的表面具有釉层，所述釉层为第一方面所述的陶瓷材料。
本发明所述陶瓷砖的釉层采用第一方面所述的陶瓷材料，不仅具有优良的机械性能，能够抵抗各种磨损和机械碰撞，而且具有均匀的细小气孔，显著提高了产品的触感，改善了用户的使用体验。
第四方面，本发明提供一种根据第一方面所述的陶瓷材料在瓷砖表面材料或釉料中的用途。
本发明提供的具有热舒适性的陶瓷材料气孔均匀，导热系数低，触感优良，且同时具有优良的抗压强度和断裂模数，能够适用瓷砖表面各种摩擦等机械碰撞，使用寿命长。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的具有热舒适性的陶瓷材料同时兼具均匀的气孔和优良的机械性能，能够很好地适用于陶瓷砖的表面；
(2)本发明提供的具有热舒适性的陶瓷材料其中气孔率在20～30％之间，气孔孔径控制在0.01～0.55mm之间，气孔均匀，且导热系数在0.2W/m·K以上，抗压强度在15MPa以上，断裂模数在50MPa以上；
(3)本发明提供的具有热舒适性的陶瓷材料。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种具有热舒适性的陶瓷材料，所述陶瓷材料的组分包括：氧化钙10.23％、氧化钠3.56％、氧化钾2.25％、氧化硅34.96％、碳化硅3.57％、氧化锰0.09％、硅灰石11.65％、三氧化二硼13.78％、三氧化二铝10.55％、氧化镁5.28wt％和氧化铈4.08wt％；氧化镁的粒径为300～380μm，碳化硅的粒径为1.5～4.5μm。
本实施例所述具有热舒适性的陶瓷材料的制备方法包括：混合所述陶瓷材料的组分，得到混合料；所述混合料经1280℃烧成，得到所述陶瓷材料。
本实施例制得的具有热舒适性的陶瓷材料成型具有均匀的孔道结构，其气孔的孔径为0.01～0.05mm，采用国家标准GB/T3810.1-16-2006中的方法测试显气孔率，发现其气孔率为28％；采用导热系数仪对其导热系数进行测试，发现其导热系数为0.31W/m·K。同时根据GB/T5486-2008采用TYE-300型压力试验机对试样进行抗压强度测试，结果表明本实施例的抗压强度可达16.2MPa，断裂模数按照标准《GB/T3810.4陶瓷砖断裂模数和破坏强度的测定》进行测量，其结果为62MPa。
实施例2
本实施例提供一种具有热舒适性的陶瓷材料，所述陶瓷材料的组分包括：氧化钙6.12％、氧化钠4.5％、氧化钾1.2％、氧化硅31.2％、碳化硅0.34％、氧化锰0.01％、硅灰石5.15％、三氧化二硼25.32％、三氧化二铝20％、氧化镁3.55wt％和氧化铈2.61wt％；氧化镁的粒径为250～400μm，碳化硅的粒径为1～4.5μm。
本实施例所述具有热舒适性的陶瓷材料的制备方法包括：混合所述陶瓷材料的组分，得到混合料；所述混合料经1200℃烧成，得到所述陶瓷材料。
实施例3
本实施例提供一种具有热舒适性的陶瓷材料，所述陶瓷材料的组分包括：氧化钙12％、氧化钠2.53％、氧化钾2.5％、氧化硅40.56％、碳化硅4.79％、氧化锰0.2％、硅灰石14.98％、三氧化二硼6.62％、三氧化二铝4.52％、氧化镁6wt％和氧化铈5.3wt％；氧化镁的粒径为320～450μm，碳化硅的粒径为1.8～5μm。
本实施例所述具有热舒适性的陶瓷材料的制备方法包括：混合所述陶瓷材料的组分，得到混合料；所述混合料经1350℃烧成，得到所述陶瓷材料。
实施例4
本实施例提供一种具有热舒适性的陶瓷材料，所述陶瓷材料的组分除三氧化二硼质量分数为20.52％，三氧化二铝的质量分数为3.81％外，其余均与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供一种具有热舒适性的陶瓷材料，所述陶瓷材料的组分除三氧化二硼质量分数为12.35％，三氧化二铝的质量分数为11.98％外，其余均与实施例1相同。
实施例6
本实施例提供一种具有热舒适性的陶瓷材料，所述陶瓷材料的组分除碳化硅的质量分数为3.26％，氧化锰的质量分数为0.4％外，其余均与实施例1相同。
实施例7
本实施例提供一种具有热舒适性的陶瓷材料，所述陶瓷材料的组分除碳化硅的质量分数为3.63％，氧化锰的质量分数为0.03％外，其余均与实施例1相同。
对比例1
本对比例提供一种具有热舒适性的陶瓷材料，所述陶瓷材料的组分除三氧化二铝的含量为25％，将氧化硅的质量分数减至20.51％外，其余均与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供一种具有热舒适性的陶瓷材料，所述陶瓷材料的组分除碳化硅的含量为7wt％，将氧化硅的含量减至31.53％外，其余均与实施例1相同。
对比例3
本对比例提供一种具有热舒适性的陶瓷材料，所述陶瓷材料的组分除碳化硅的含量为0.1wt％，将氧化硅的含量增至38.43％外，其余均与实施例1相同。
对比例4
本对比例提供一种具有热舒适性的陶瓷材料，所述陶瓷材料的组分除碳化硅的粒径为10～25μm外，其余均与实施例1相同。
测试方法：采用与实施例1中相同的方法测试上述实施例和对比例中的气孔孔径、气孔率、导热系数、抗压强度和断裂模数。
以上实施例和对比例的测试结果如表1所示。
表1
综上所述，本发明提供的具有热舒适性的陶瓷材料能够同时兼顾陶瓷材料的机械性能和导热系数，其中气孔率在20～30％之间，气孔孔径控制在0.01～0.55mm之间，较优条件下，能够控制气孔孔径在0.01～0.1mm之间，气孔均匀，且导热系数在0.2W/m·K以上，抗压强度在15MPa以上，断裂模数在50MPa以上，显著提高了陶瓷表面材料的使用寿命并改善了用户触感。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种无机纤维泡沫陶瓷及其制备方法