本發(fā)明涉及陶瓷磚技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高強度仿生竹壁結(jié)構(gòu)的陶瓷磚及其制備方法。
背景技術(shù)：
陶瓷磚在日常生活中隨處可見，是一種重要的建筑材料，是由粘土和其他無機非金屬原料，經(jīng)成型、燒結(jié)等工藝生產(chǎn)的板狀或塊狀陶瓷制品，用于裝飾與保護建筑物、構(gòu)筑物的墻面和地面，通常在室溫下通過干壓、擠壓或其他成型方法成型，然后干燥，在一定溫度下燒成。由于瓷磚自重大，粘貼在墻面上時龍骨受力后容易變形、移位，時間一長就會導(dǎo)致空鼓、掉落等問題，不僅影響美觀還存在安全隱患，為此輕質(zhì)高強度的瓷磚越來越受到市場歡迎。目前輕質(zhì)高強度瓷磚的生產(chǎn)研發(fā)主要集中在從配方和燒結(jié)工藝上改善，極大的提高了生產(chǎn)成本。近年來涌現(xiàn)了仿生結(jié)構(gòu)陶瓷的研制，從改變陶瓷體內(nèi)部結(jié)構(gòu)著手，應(yīng)用前景良好。
竹子是自然界存在的一種典型的、具有良好力學性能的生物體，具有強度高、彈性好、性能穩(wěn)定、密度小的優(yōu)點，按照比強度計算，竹材的比強度甚至比鋼材還要高出3-4倍。竹材的這一特殊性能是由其獨特的結(jié)構(gòu)決定的，竹壁的獨特組織構(gòu)造是竹材優(yōu)良力學性能的物質(zhì)基礎(chǔ)。竹壁的組織細胞分為呈圓形薄壁結(jié)構(gòu)的基本組織細胞和以纖維管束為主體的厚壁細胞，其中厚壁細胞被基本組織細胞包圍著，起著承載的作用；此外竹桿中維管束的形狀、大小以及密度在竹壁中的分布均存在規(guī)律性變化，由外而內(nèi)，維管束的體積由小變大，到接近竹黃時又略變小，而密度則是由密到疏，近竹黃面時又略變密。正是竹材獨特的組織結(jié)構(gòu)對竹材力學性能有重大貢獻，支撐其穩(wěn)定的生長到很高的高度。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明為了彌補已有技術(shù)的缺陷，提供一種高強度仿生竹壁結(jié)構(gòu)的陶瓷磚及其制備方法。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
一種高強度仿生竹壁結(jié)構(gòu)的陶瓷磚，包括陶瓷基體和覆于陶瓷基體上的釉面層，所述的陶瓷基體是由多孔或?qū)嵭奶招竞桶@陶芯的仿竹壁結(jié)構(gòu)陶瓷組成。
所述的一種高強度仿生竹壁結(jié)構(gòu)的陶瓷磚的制備方法包括以下步驟：
（1）配制陶瓷漿料：
將陶瓷骨料與分散劑、粘結(jié)劑、水按照100:1:1-5:20-50的配比混合均勻后球磨處理，制成陶瓷漿料1備用；
將陶瓷骨料與分散劑、粘結(jié)劑、球狀造孔劑、水按照100:1:1-5:5-20：20-50的配比混合均勻后球磨處理，制得陶瓷漿料2備用；
將陶瓷骨料與分散劑、粘結(jié)劑、纖維狀造孔劑、水按照100:1:1-5：10-35:20-50的配制混合均勻后球磨處理，制得陶瓷漿料3備用；
（2）冷凍造型：
將陶瓷漿料1注入模具中，制成所需尺寸的陶芯，然后送入冷源中冷凍處理，得到冷凍陶芯1；
取出冷凍陶芯1，固定在模具的中心位置，所述模具的尺寸大于陶芯，然后將陶瓷漿料2注滿模具空白間歇中，澆注完畢后送入冷源中冷凍處理，得冷凍陶瓷體2；
取出完全冷凍的陶瓷體2，放入模具的中心位置，所述的模具尺寸大于陶瓷體2，然后將陶瓷漿料3注滿模具空白間隙中，澆注完畢后送入冷源冷凍處理，得冷凍陶瓷體3；
取出冷凍陶瓷體3，再次放入模具的中心位置，所述的模具尺寸大于冷凍陶瓷體3，然后將陶瓷漿料2注入模具空白間隙中，澆注完畢后模具送入冷源中冷凍處理，得冷凍陶瓷體4；
取出冷凍陶瓷體4，放入模具的中心位置，所述的模具尺寸大于冷凍陶瓷體4，然后將陶瓷漿料1注入模具空白間隙中，澆注完畢后模具送入冷源中冷凍處理，得冷凍陶瓷基體；
（3）施釉：將釉料噴施與冷凍陶瓷基體表面；
（4）燒結(jié)：將施釉后的冷凍陶芯基體送入電爐中通過程序升溫工藝燒結(jié)處理后出料，即得所述的仿生結(jié)構(gòu)陶瓷磚。
所述的球狀造孔劑為有機樹脂微球、淀粉、花粉或形貌為球形的物質(zhì)。
所述的纖維狀造孔劑為紙纖維、聚乙烯醇纖維、碳納米纖維或形貌為纖維狀的物質(zhì)。
所述步驟（2）中冷凍溫度為-5--20℃。
所述的一種高強度仿生竹壁結(jié)構(gòu)的陶瓷磚的制備方法中冷凍陶瓷芯1與冷凍陶瓷體2的半徑差控制在0.1-5mm；冷凍陶瓷體2與冷凍陶瓷體3的半徑差控制在0.5-5mm；冷凍陶瓷體3與冷凍陶瓷體4的半徑差控制在0.1-1mm；冷凍陶瓷體4與冷凍陶瓷基體的半徑差控制在1-5mm。
所述的成型升溫工藝為先以8-10℃/min的升溫速率升溫至90-100℃，保溫20-25min，然后以5-8℃/min的升溫速率升溫至180-250℃，保溫10-15min，然后再以相同的升溫速率升溫至400-500℃，保溫5-12min，然后再升溫至850-900℃，保溫5-8min，最后升溫至1200-1500℃，保溫燒結(jié)1-5h。
本發(fā)明借鑒竹壁的結(jié)構(gòu)，利用注漿和冷凍成型工藝，以不含造孔劑的陶瓷漿料作為陶芯，然后在陶芯外層包繞一定厚度的含有球狀造孔劑的陶瓷漿料，然后接著在外層包繞含有纖維狀造孔劑的陶瓷漿料，再接著在外層包繞含球狀造孔劑的陶瓷漿料，最后再包繞一層不含造孔劑的陶瓷漿料，冷凍成型的陶瓷基體坯表面施釉后進行高溫燒結(jié)，得到了這種仿生竹壁結(jié)構(gòu)的陶瓷磚，這種陶瓷磚載荷能力極強，其結(jié)構(gòu)變化可控，較之傳統(tǒng)的多孔陶瓷磚強度更高，產(chǎn)品的應(yīng)用范圍內(nèi)更廣，且制備方法簡單，便于大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。
具體實施方式
一種高強度仿生竹壁結(jié)構(gòu)的陶瓷磚，包括陶瓷基體和覆于陶瓷基體上的釉面層，所述的陶瓷基體是由多孔或?qū)嵭奶招竞桶@陶芯的仿竹壁結(jié)構(gòu)陶瓷組成。
所述的一種高強度仿生竹壁結(jié)構(gòu)的陶瓷磚的制備方法，包括以下步驟：
（1）配制陶瓷漿料：
將陶瓷骨料與分散劑、粘結(jié)劑、水按照100:1:1:20的配比混合均勻后球磨處理，制成陶瓷漿料1備用；
將陶瓷骨料與分散劑、粘結(jié)劑、球狀造孔劑、水按照100:1:1:5：20的配比混合均勻后球磨處理，制得陶瓷漿料2備用；
將陶瓷骨料與分散劑、粘結(jié)劑、纖維狀造孔劑、水按照100:1:1：10:20的配制混合均勻后球磨處理，制得陶瓷漿料3備用；
（2）冷凍造型：
將陶瓷漿料1注入模具中，制成所需尺寸的陶芯，然后送入冷源中冷凍處理，得到冷凍陶芯1；
取出冷凍陶芯1，固定在模具的中心位置，所述模具的尺寸大于陶芯，然后將陶瓷漿料2注滿模具空白間歇中，澆注完畢后送入冷源中冷凍處理，得冷凍陶瓷體2；
取出完全冷凍的陶瓷體2，放入模具的中心位置，所述的模具尺寸大于陶瓷體2，然后將陶瓷漿料3注滿模具空白間隙中，澆注完畢后送入冷源冷凍處理，得冷凍陶瓷體3；
取出冷凍陶瓷體3，再次放入模具的中心位置，所述的模具尺寸大于冷凍陶瓷體3，然后將陶瓷漿料2注入模具空白間隙中，澆注完畢后模具送入冷源中冷凍處理，得冷凍陶瓷體4；
取出冷凍陶瓷體4，放入模具的中心位置，所述的模具尺寸大于冷凍陶瓷體4，然后將陶瓷漿料1注入模具空白間隙中，澆注完畢后模具送入冷源中冷凍處理，得冷凍陶瓷基體；
（3）施釉：將釉料噴施與冷凍陶瓷基體表面；
（4）燒結(jié)：將施釉后的冷凍陶芯基體送入電爐中通過程序升溫工藝燒結(jié)處理后出料，即得所述的仿生結(jié)構(gòu)陶瓷磚。
所述的球狀造孔劑為聚乙烯樹脂微球。
所述的纖維狀造孔劑為紙纖維。
所述步驟（2）中冷凍溫度為-5℃。
所述的一種高強度仿生竹壁結(jié)構(gòu)的陶瓷磚的制備方法中冷凍陶瓷芯1與冷凍陶瓷體2的半徑差控制在0.1mm；冷凍陶瓷體2與冷凍陶瓷體3的半徑差控制在0.5mm；冷凍陶瓷體3與冷凍陶瓷體4的半徑差控制在0.1mm；冷凍陶瓷體4與冷凍陶瓷基體的半徑差控制在1mm。
所述的成型升溫工藝為先以8℃/min的升溫速率升溫至90℃，保溫20min，然后以5℃/min的升溫速率升溫至180℃，保溫15min，然后再以相同的升溫速率升溫至400℃，保溫12min，然后再升溫至850℃，保溫8min，最后升溫至1200℃，保溫燒結(jié)5h。