陶瓷組合物的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種陶瓷組合物，并且涉及用于制造該組合物的方法，并且涉及由所述陶瓷組合物生產(chǎn)的陶瓷體。將可發(fā)泡的無(wú)機(jī)物質(zhì)顆粒與陶瓷組合物混合。將這些顆粒發(fā)泡到一個(gè)比重，該比重在未發(fā)泡顆粒的比重與如果這些顆粒在該陶瓷組合物的燒制溫度下發(fā)泡的話則這些顆粒的比重所能最大降低到的比重之間。
【專利說(shuō)明】陶瓷組合物
[0001]本發(fā)明涉及一種陶瓷組合物，即一種旨在通過(guò)干燥和燒制來(lái)轉(zhuǎn)化成一種陶瓷體的組合物，以及還有一種用于制造這種組合物的方法；以及還有由這種陶瓷組合物生產(chǎn)的陶瓷體。
[0002]用于形成瓷器體、耐火材料組合物、或磚的陶瓷組合物是如在公布物BG48381A1、CN101638324A、CN101659559A、CN101723648B、CN1418853A、DE1471068B2、DE2632084A1、DE2909653A1、DE3614943C1、DE3921278A1、GB1478904A、GB2377931B、RU2313504C1、RU2329996C1、RU2331607C2、RU2333899C1、RU2334718C1、RU2334723C2、RU2334726C2、RU2341486C2、RU2346910C1、RU2372310C1、RU2400449C1、US6458732B1、TO2009040147A2 中所描述的，其中該陶瓷組合物包含珍珠巖，作為來(lái)自非膨脹微粒的砂或粉塵或作為由膨脹微粒制成的本體材料。
[0003]珍珠巖的問(wèn)題將基于來(lái)自這個(gè)組的三個(gè)示例性文件進(jìn)行討論，作為將通過(guò)干燥和燒制來(lái)轉(zhuǎn)化成陶瓷制品的陶瓷組合物中所有可發(fā)泡添加劑的代表:
[0004]在1964年DE1471068中已經(jīng)提出生產(chǎn)了一種具有高吸音能力的板，其中在一個(gè)短暫而謹(jǐn)慎的混合程序中用一個(gè)由水性黏土組合物制成的薄層涂覆膨脹的珍珠巖顆粒，并且然后將該批次首先干燥并且然后在最低的可能的溫度燒制。如此形成的板僅具有非常低的機(jī)械強(qiáng)度，但是由于陶瓷體的高孔隙率的結(jié)果具有非常好的吸音能力。出現(xiàn)低機(jī)械強(qiáng)度是因?yàn)榕蛎浾渲閹r顆粒僅具有非常低的機(jī)械強(qiáng)度并且已經(jīng)在攪拌陶瓷組合物混合物時(shí)破裂。
[0005]DE2900653A1提出形成一種輕建筑磚塊，其中將處于有待燒盡的材料形式的多孔劑(porosity agent)如木屑、泡珠等與典型地黏土組合物混合，并且此外還混合了非泡沫狀珍珠巖。這些多孔劑在該陶瓷組合物燒制期間蒸發(fā)。剩余體積旨在由珍珠巖顆粒填滿，珍珠巖顆粒在加熱的情況下膨脹以形成高度多孔材料。該方法沒(méi)有在慣例中流行。在混合期間以及在燒制操作期間進(jìn)行排氣的情況下，這些有機(jī)多孔劑引起問(wèn)題。在完成體中在各種剩余物質(zhì)之間的鍵是如此弱，使得`如果實(shí)現(xiàn)了高孔隙率以及因此的良好的特定保溫效果則強(qiáng)度是極低的。
[0006]DE36 14 943C1提出了形成一種具有高保溫水平的磚，其中有待燒制的黏土組合物僅與膨脹珍珠巖顆?；旌喜⑶覜](méi)有多孔劑。由于在混合和捏合過(guò)程中純泡沫珍珠巖顆粒會(huì)被粉碎，所以為珍珠巖顆粒配備一層釉，通過(guò)這樣做使表面獲得所要求的機(jī)械強(qiáng)度并且此外還變得足夠致密使得珍珠巖顆粒在與含水黏土組合物接觸期間不會(huì)被水浸透。陶瓷組合物的燒制是在比之前的珍珠巖顆粒的發(fā)泡更低的溫度下進(jìn)行，因此在燒制操作期間珍珠巖顆粒不會(huì)進(jìn)一步生長(zhǎng)。具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度的如此生產(chǎn)的磚，相對(duì)于不含泡沫珍珠巖的磚保溫效果的改善并不是顯著的。
[0007]例如，在AT504051B1中描述了目前用于從由火山巖玻璃(珍珠巖、松脂巖、琥拍石、黑曜巖)構(gòu)成的泡沫顆粒生產(chǎn)粒料的常規(guī)工藝順序。在一個(gè)第一加熱步驟中從填滿盡可能一致的粒度的材料的本體中抽出結(jié)晶水，直到材料中僅含有明確定義的較小比例的水。在一個(gè)第二加熱步驟中，將粒子在豎式爐中充分加熱，使得其玻璃質(zhì)材料部分軟化并且通過(guò)蒸發(fā)仍然位于粒子內(nèi)部的結(jié)晶水而膨脹。[0008]本發(fā)明所基于的目的是提供一種通過(guò)干燥和燒制可轉(zhuǎn)化成多孔陶瓷的陶瓷組合物。該陶瓷將具有比具有相等的低比重和/或具有相等的低導(dǎo)熱率的已知多孔陶瓷更高的機(jī)械強(qiáng)度。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)該目的，如在現(xiàn)有技術(shù)中提到的那些公開物中所假定的，將可發(fā)泡的無(wú)機(jī)材料顆粒(例如珍珠巖)與該陶瓷組合物混合。
[0010]根據(jù)本發(fā)明提出的是，將可發(fā)泡的無(wú)機(jī)材料顆粒與陶瓷組合物在它們都已經(jīng)有些發(fā)泡的但未到它們?cè)谔沾山M合物的燒制溫度下是可發(fā)泡的程度的狀態(tài)下混合。與陶瓷組合物混合的顆粒因此具有的比重是在在未發(fā)泡的顆粒的比重與如果這些顆粒在陶瓷組合物的燒制溫度下發(fā)泡的話這些顆粒的比重所能夠最大降低到的比重之間。
[0011]因?yàn)檫@些顆粒在它們與陶瓷組合物混合的狀態(tài)下還未最大化發(fā)泡，它們具有足夠高的強(qiáng)度以不被破壞并且在陶瓷組合物的混合、捏合、和成型過(guò)程中幾乎不吸收任何水。在燒制操作過(guò)程中，這些顆?？梢蕴顫M已經(jīng)在干燥過(guò)程中出現(xiàn)或還有將在燒制過(guò)程中出現(xiàn)的空腔，并且因此改善在單獨(dú)的材料組分之間的結(jié)合。由于它們僅稍微進(jìn)一步發(fā)泡，在陶瓷的材料微結(jié)構(gòu)中沒(méi)有出現(xiàn)破壞性變化，并且然而產(chǎn)生了整體上相當(dāng)?shù)兔芏鹊奶沾伞?br> [0012]取決于陶瓷的起始材料以及可發(fā)泡無(wú)機(jī)材料的種類，這些效果是確實(shí)值得注意的，如果在與陶瓷組合物混合之前可發(fā)泡材料的顆粒是充分發(fā)泡的，使得它們具有的比重是如果它們?cè)谔沾山M合物的燒制溫度下單獨(dú)膨脹將具有的比重的兩倍到五倍。
[0013]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，使用火山巖玻璃(珍珠巖、松脂巖、琥拍石、黑曜巖、蛭石)作為可發(fā)泡的無(wú)機(jī)材料。這些材料(全部是硅酸鹽)相對(duì)頻繁地出現(xiàn)在自然界中，并且是成本有效地并且以環(huán)境友好的方式以合適的純度和粒度可獲得的。
[0014]在 使用火山巖玻璃粒子體填充物(bukl fill)作為可發(fā)泡材料時(shí)，實(shí)現(xiàn)了非常好的結(jié)果,如果混合到陶瓷組合物中的本體填充物被發(fā)泡到高達(dá)若個(gè)體粒子在陶瓷組合物的燒制溫度下被最大化膨脹所可能具有的比重的三倍或四倍。
[0015]例如，在未發(fā)泡狀態(tài)下具有的本體密度為近似1000kg/m3的珍珠巖粒子可以通過(guò)熱預(yù)處理釋放如此多的最初包含的結(jié)晶水，使得在的陶瓷常規(guī)燒制溫度下它們可發(fā)泡到近似100kg/m3的本體密度。對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的用途，如果珍珠巖粒子在將它們與陶瓷組合物混合之前僅發(fā)泡到近似350kg/m3的本體密度，隨后將其模塑、干燥、并且燒制，這是理想的?？傮w上，如果泡沫珍珠巖粒子相對(duì)于陶瓷組合物比例是0.5%至50%體積時(shí)出現(xiàn)有利的效果，20vol.-%至40vol.-%的泡沫珍珠巖粒子是典型的。
[0016]除了火山巖玻璃作為可發(fā)泡無(wú)機(jī)材料之外，水玻璃，即無(wú)定形的水溶性硅酸鈉和/或硅酸鉀是非常適合于預(yù)期目的，作為一種預(yù)先發(fā)泡的與陶瓷組合物的混合物，仍可以進(jìn)一步膨脹。像是由火山巖玻璃制成的粒子，可以使水玻璃粒子在一個(gè)第一加熱步驟中在相對(duì)低溫下釋放過(guò)量結(jié)晶水而不膨脹。在一個(gè)第二更高水平的加熱步驟中，其溫度在陶瓷的典型燒制溫度范圍內(nèi)，然后可以優(yōu)選通過(guò)微波輻射使這些粒子熔化直到粘性、并且然后由于剩余的所含結(jié)晶水蒸發(fā)而膨脹。優(yōu)選使這些粒子膨脹40%-80%體積，如果使它們?cè)谠撎沾刹牧系臒茰囟认屡蛎浀阶畲罂赡艿某潭榷慌c任何類型的本體接觸的話，這是能實(shí)現(xiàn)的。
[0017]該由無(wú)機(jī)材料制成的可發(fā)泡顆粒(該可發(fā)泡顆粒將與該陶瓷組合物混合)的所希望的高機(jī)械強(qiáng)度以及所希望的低吸水能力不僅取決于這些粒子的密度，還取決于其形狀和表面品質(zhì)。盡可能類似球體并且具有殼型致密表面的粒子對(duì)于不成形的有角的具有開放表面的粒子是非常優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈兪歉訖C(jī)械穩(wěn)定的并且在它們與潮濕的陶瓷組合物接觸期間幾乎不吸收水。
[0018]已經(jīng)顯示出所希望的幾何結(jié)構(gòu)和表面質(zhì)量是容易實(shí)現(xiàn)的，如果這些粒子的發(fā)泡是在它們與該陶瓷組合物混合之前按以下工作步驟進(jìn)行的話:
[0019]a)將這些粒子加熱到這些粒子仍是固體但是已經(jīng)失去結(jié)晶水一個(gè)溫度。保持該升高的溫度直到這些粒子僅仍僅包含定義的少量結(jié)晶水。就此而言的溫度以及就此而言的持續(xù)時(shí)間對(duì)每種材料以及每種粒度通過(guò)經(jīng)驗(yàn)而最好地確定。約300°C的溫度和約幾分鐘到一小時(shí)的時(shí)間是典型的。
[0020]b)使這些粒子在至少近似于室溫的下冷卻。
[0021]c)將這些粒子加熱到一個(gè)溫度，在該溫度下固體材料至少變得粘性并且現(xiàn)在通過(guò)仍保留的現(xiàn)在蒸發(fā)的結(jié)晶水而發(fā)泡。在發(fā)泡操作過(guò)程中，這些粒子將不與其他粒子或物體接觸，并且有利的是如果在該發(fā)泡操作起始，溫度盡可能快地上升到一個(gè)上限值并且然后稍微降低到極大降低直到這些粒子再次硬化。
[0022]在最典型的情況下，該第二加熱步驟是在一個(gè)豎式爐中進(jìn)行，該豎式爐通過(guò)它的夾套表面加熱，其中將這些粒子從頂部斷面引入到該爐身，下落或向下浮動(dòng)通過(guò)該爐身，并且從爐身通過(guò)底部端面移除。
[0023]出人意料地，為了獲得發(fā)泡粒子的封閉式的固體表面，步驟b (即在兩個(gè)加熱步驟之間的冷卻)是顯著有利的。
[0024]如以上已經(jīng)解釋的，根據(jù)本發(fā)明有意義的不將這些粒子發(fā)泡到盡可能大的程度，而是僅到某一程度，典型地到發(fā)泡所能實(shí)現(xiàn)的最低比重的兩倍到八倍之間?？梢酝ㄟ^(guò)每單位時(shí)間將粒子添加到爐身中以及還有通過(guò)該爐身長(zhǎng)度上的溫度曲線來(lái)控制發(fā)泡程度。最高溫度可作用的時(shí)間越短，發(fā)泡出現(xiàn)的越少。每單位時(shí)間添加的粒子越多，用于單獨(dú)粒子的熱能越少，并且這些單獨(dú)粒子將越少發(fā)泡。
[0025]在慣例中，必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)找出最優(yōu)化參數(shù)并且然后必須保持這些單獨(dú)的參數(shù)盡可能恒定，即，必須精確監(jiān)控以及調(diào)節(jié)溫度曲線，必須將物料流控制一致，必須在盡可能窄的粒度分布中使用盡可能均勻的材料盡可能久。在本領(lǐng)域中常規(guī)測(cè)量的范圍內(nèi)，良好的結(jié)果是以可重現(xiàn)的方式完全可實(shí)現(xiàn)的。
[0026]有利的是如果這些已發(fā)泡的并且仍進(jìn)一步可發(fā)泡的、要與陶瓷組合物混合的粒子是盡可能的小，其平均尺寸可以是例如小于十分之一毫米。因此可以很好地使用火山巖玻璃粉塵。這種粉塵在這些玻璃的許多應(yīng)用過(guò)程中大量出現(xiàn)，但是迄今是難以可用或不能用的。具體地，蛭石，是層狀硅酸鹽并且因此優(yōu)選破碎以形成非常細(xì)小的薄片以及極高的粉塵比例，由此是非常合用的。
[0027]將詳細(xì)說(shuō)明或簡(jiǎn)略地再次補(bǔ)充根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn):
[0028]-與根據(jù)本發(fā)明的可發(fā)泡的、已經(jīng)部分發(fā)泡的材料混合的陶瓷組合物具有相對(duì)少的水/單位體積，因此可相對(duì)迅速地干燥并且還幾乎不收縮，借此獲得了生產(chǎn)時(shí)間，節(jié)約了能源，并且避免了收縮破裂。
[0029]-對(duì)于均勻的陶瓷磚的材料，根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的用于磚的陶瓷材料典型具有增加了近似15%的比機(jī)械強(qiáng)度，降低了近似15%的比熱傳導(dǎo)系數(shù)，以及降低了近似15%的比重。此外，具體地，使用這種材料可非常好地生產(chǎn)薄壁磚。
[0030]-優(yōu)選將添加到根據(jù)本發(fā)明的陶瓷組合物的添加劑改善了陶瓷組合物的可混和性。
[0031]-優(yōu)選將添加到根據(jù)本發(fā)明的陶瓷組合物的添加劑允許，以同樣良好的最終結(jié)果，使用所使用的較低品質(zhì)的陶瓷起始材料、尤其是所使用的黏土。[0032]-作為收縮率降低的結(jié)果，增強(qiáng)的比強(qiáng)度和良好的捏合能力，特別地薄壁陶瓷物體、尤其是同樣特別的薄壁磚是通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法可很好地生產(chǎn)的。
[0033]-根據(jù)本發(fā)明的方法使得由此生產(chǎn)的物體是更輕的，具有另外同樣良好或改善的功能。例如，比之另外的等價(jià)物常規(guī)生產(chǎn)的貼磚，根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的大量的貼磚可以使用卡車馬上立刻運(yùn)輸。
【權(quán)利要求】
1.一種陶瓷組合物，該陶瓷組合物旨在通過(guò)干燥和燒制可轉(zhuǎn)化成陶瓷體，其中該陶瓷組合物包含一種可發(fā)泡無(wú)機(jī)材料的顆粒， 其特征在于， 將這些可發(fā)泡無(wú)機(jī)材料的顆粒與陶瓷組合物以泡沫狀態(tài)混合，使得其比重是在這些未發(fā)泡顆粒的比重與如果這些顆粒在該陶瓷組合物的燒制溫度下發(fā)泡的話這些顆粒所能夠最大降低的比重之間。
2.如權(quán)利要求1所述的陶瓷組合物，其特征在于，在與該陶瓷組合物混合之前將這些可發(fā)泡無(wú)機(jī)材料顆粒充分發(fā)泡，使得它們具有的比重是如果它們?cè)谠撎沾山M合物的燒制溫度下膨脹到最大可能的程度它們將具有的比重的兩倍到八倍。
3.如權(quán)利要求2所述的陶瓷組合物，其特征在于，在與該陶瓷組合物混合之前將這些可發(fā)泡無(wú)機(jī)材料顆粒充分發(fā)泡，使得它們具有比重是如果它們?cè)谠撎沾山M合物的燒制溫度下膨脹到最大可能的程度它們將具有的比重的三倍到四倍。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的陶瓷組合物，其特征在于，該可發(fā)泡材料是一種硅酸鹽并且含有結(jié)晶水。
5.如權(quán)利要求4所述的陶瓷組合物，其特征在于，該可發(fā)泡材料屬于下組礦物:珍珠巖、松脂巖、琥珀石、黑曜巖、蛭石。
6.如權(quán)利要求4所述的陶瓷組合物，其特征在于，該可發(fā)泡材料是水玻璃。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的陶瓷組合物，其特征在于，該可發(fā)泡材料的比例是0.5%到50%體積。
8.如權(quán)利要求7所述的陶瓷組合物，其特征在于，該可發(fā)泡材料的比例是20%到40%體積。
9.一種陶瓷物體，該陶瓷物體通過(guò)干燥和燒制一種陶瓷組合物形成，其中該陶瓷組合物包含一種可發(fā)泡無(wú)機(jī)材料的顆粒， 其特征在于， 該陶瓷組合物是一種如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的陶瓷組合物。
10.如權(quán)利要求9所述的陶瓷物體，其特征在于，該陶瓷物體是一種磚。
11.如權(quán)利要求10所述的陶瓷物體，其特征在于，該陶瓷物體是一種貼磚。
12.一種用于生產(chǎn)陶瓷組合物的方法，其中將顆粒與通過(guò)干燥和燒制可將其轉(zhuǎn)化成陶瓷制品的一種部分材料混合，這些顆粒由一種無(wú)機(jī)材料組成，該無(wú)機(jī)材料在燒制溫度下熔融并且包封有結(jié)晶水， 其特征在于， 將所述顆粒在與該陶瓷組合物混合之前發(fā)泡，并且特別是發(fā)泡到一個(gè)比重，該比重小于這些顆粒在發(fā)泡前具有的比重但是大于如果這些將顆粒在該陶瓷組合的燒制溫度下最大化發(fā)泡而沒(méi)有與其他物體接觸阻礙將具有的比重。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，這些顆粒的發(fā)泡是在一個(gè)兩步加熱操作中進(jìn)行，其中在一個(gè)第一加熱步驟中，將這些顆粒充分加熱使得它們尚未熔融但是通過(guò)蒸發(fā)失去了結(jié)晶水，并且其中在一個(gè)在更高溫度下的第二加熱步驟中，將這些顆粒充分加熱使得它們變成塑性可變形的并且通過(guò)蒸發(fā)剩余殘余結(jié)晶水而膨脹， 其特征在于，在這兩個(gè)加熱步驟之間允許將這些顆粒冷卻到正常環(huán)境溫度。
14.如權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于該第二加熱步驟在一個(gè)爐身中發(fā)生，將這些顆粒從頂部添加到該爐身中并且將這些顆粒在底部從該爐身排出。
【文檔編號(hào)】C04B38/08GK103889925SQ201280051279
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月20日
【發(fā)明者】霍斯特·伍斯廷格 申請(qǐng)人:霍斯特·伍斯廷格