专利名称：轻质泡沫面砖用原料、轻质泡沫面砖及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种作为建筑材料而用于墙面等上的面砖，特别涉及通过在制造工艺 中使其发泡而轻质化的轻质泡沫面砖、其原料及其制造方法。详细而言，本发明涉及尺寸精 度良好的轻质泡沫面砖、其制造方法、和轻质泡沫面砖用的原料。
背景技术：
作为使面砖轻质化的方法，现有向面砖原料添加发泡剂、轻骨料或者消失物的方 法。其中，添加发泡剂的方法与添加轻骨料和消失物的方法相比，具有能够抑制制造成本的 优点。作为通过添加发泡剂并经烧成使其发泡的轻质泡沫面砖，已知有各种产品。例如，在日本特开2007-246323号公报的第0017段中，记载有一种轻质泡沫面砖， 其通过对由40 60质量份的粘土、10 15质量份的玻璃、25 50质量份的长石以及 0. 01 5质量份的作为发泡剂的SiC而构成的面砖原料进行成型以及烧成而获得。在日本特开平44676号公报的第1页右栏第16行 第2页左上栏第1行中，记 载有一种泡沫外装材料，其通过对由40 10质量份的粘土、60 90质量份的长石以及1 质量份以下的作为发泡剂的碳化硅构成的原料进行成型以及烧成而获得。在日本特开平7-M7181号公报第0025段中，记载了一种泡沫面砖，其使用了如下 的原料，即，在由10 60质量份的粘土、40 90质量份的长石、0. 01 2质量份的气体发 生成分构成的泡沫性原料中，进一步混合石灰石、白云石、玻璃、滑石等碱金属氧化物或碱 土金属氧化物而获得的原料。现有的轻质泡沫面砖由于伴随着烧成时的窑内温度的不均勻等而产生的发泡程 度的不均勻，导致面砖尺寸不均勻，从而存在尺寸精度较低的问题。虽然不涉及轻质泡沫面砖，但在日本特开平6-40760号公报中，记载了一种在制 造吸水率为2%以下的低吸水性陶瓷板时，为了降低成型体的干燥以及烧成收缩，而在原料 中添加云母、β硅灰石、滑石等异向性结晶的技术。在该公报中，作为陶瓷板制造用基材原料组成物，使用以如下方式调制而成的材 料，其含有15 60重量％的玻璃及/或玻璃料粉末、15 40重量％的可塑性粘土、3 40重量％的云母、0 40重量％的β硅灰石、0 20重量％的滑石，并且云母、β硅灰石 以及滑石合计为3 60重量％ (技术方案幻。所述云母、β硅灰石以及滑石为，在冲压成 型或挤压成型等时，向平面方向取向比向厚度方向取向更容易的异向性结晶物质(第0005 段)。在该公报的第0006段中记载了如下内容，即，在对所述原料的成型体进行烧成时，通 过此异向性结晶物质的突扩效果而抑制其向平面方向的收缩，以使其在厚度方向上收缩， 由此实现了陶瓷板的尺寸精度的提高。而如上所述，该公报所涉及的是吸水率为2%以下的低吸水性陶瓷板，在该低吸水 性陶瓷板的原料中未含有发泡剂。该公报的发明是以提升烧成收缩过程中的尺寸精度作为 其目的的，其不具有防止因发泡剂发泡程度的不均勻而导致的尺寸精度降低的目的。在先技术文献
专利文献1 日本特开2007-246323号公报。专利文献2 日本特开平44676号公报。专利文献3 日本特开平7-247181号公报。专利文献4 日本特开平6-40760号公报。
发明内容
发明所要解决的课题如上文所述，在专利文献1 3中的轻质泡沫面砖中，由于伴随烧成时窑内温度的 不均勻等而产生的发泡程度的不均勻，使得尺寸精度降低。本发明的目的在于，提供一种具有良好尺寸精度的轻质泡沫面砖及其制造方法、 以及此轻质泡沫面砖的制造用原料。用于解决课题的方法本发明(技术方案1)的轻质泡沫面砖用原料，含有100质量份的、至少包含可塑 性原料以及取向性原料的非泡沫性原料，和0. 01 1质量份的发泡剂，其特征在于，在该非 泡沫性原料中，当将除去灼烧损失后的成分合计为100重量％时，Si02、Al2O3、以及MgO这 三种成分的合计为80 100重量％ ；当将该非泡沫性原料中的Si02、Al2O3以及MgO这三 种成分合计为100重量％时，在这三种成分的三元系相图中，重量组成比(Si02，Al203，MgO) 位于，由点 A1 (67. 0，12. 0，21. 0)、点 A2 (70. 4,8.9, 20. 7)、点 A3 (74. 1，11. 9，14. 0)、以及点 A4(67. 2，18. 4，14. 4)连接而成的四边形区域 A 内，或由点 B1 (67. 6,24.9,7. 5),点 B2 (72. 2， 22. 2,5. 6),点 (74. 2,23.8,2. 0),以及点B4 (68. 9,29.0,2. 1)连接而成的四边形区域B内。技术方案2中的轻质泡沫面砖用原料的特征在于，在技术方案1中，所述可塑性原 料为粘土矿物。技术方案3中的轻质泡沫面砖用原料的特征在于，在技术方案1或2中，所述取向 性原料由滑石、云母、板状氧化铝、叶蛇纹石(Antigorite)、利蛇纹石(Lizardite)中的至 少一种构成。技术方案4中的轻质泡沫面砖用原料的特征在于，在技术方案1至3的任意一项 中，所述发泡剂由碳化硅、氮化硅、氮化铝、碳酸化合物、白云石、氧化铈中的至少一种构成。本发明(技术方案幻的轻质泡沫面砖的制造方法，其特征在于，对技术方案1至 4中任意一项所记载的轻质泡沫面砖用原料进行成型、烧成。技术方案6中的轻质泡沫面砖的制造方法，其特征在于，在技术方案5中，成型方 法为冲压成型或者挤压成型。技术方案7的轻质泡沫面砖的制造方法，其特征在于，在技术方案5或6中，烧成 温度为 1130°C 1310°C。本发明(技术方案8)的轻质泡沫面砖，通过技术方案5至7中任意一项所记载的 轻质泡沫面砖用原料的制造方法而制造。技术方案9的轻质泡沫面砖，其特征在于，在技术方案8中，其比重为0. 7 2. 0。发明效果通过本发明，能够获得尺寸精度良好的轻质泡沫面砖。也就是说，在对轻质泡沫面砖用原料进行成型、烧成，以制造轻质泡沫面砖时，面砖的发泡程度会根据烧成温度而发生变化。因此，在现有示例中，当由于炉内的温度分布等 而导致烧成温度的分布较广时，面砖尺寸将出现误差，所获得的轻质泡沫面砖的尺寸精度 较低。在本发明中，在轻质泡沫面砖用原料中，混合有取向性原料。此取向性原料由向2 轴方向取向的扁平形状的粒子、或者向1轴方向取向的针状的粒子组成。在将含有上述取 向性原料的原料成型为板状的面砖时，取向性原料粒子向板状成型体的面方向取向。此取 向性原料具有，在烧成时向其取向轴方向的膨胀率较小的特性。因此，在对含有此类取向 性原料的成型体进行烧成时，能够抑制烧成时朝向面砖面方向(与面砖厚度方向垂直的方 向)的发泡膨胀，从而容易向面砖厚度方向发泡膨胀。其结果为，即使在烧成温度分布较广 的情况下，面方向上的膨胀率的偏移(自预定膨胀率的偏离)也会变小，从而能够获得尺寸 精度较高的轻质泡沫面砖。并且，在本发明中，因为Si02、Al2O3以及MgO这三种成分的重量组成比位于，在这 三种成分的三元系相图中，远离方石英(CristcAalite)和莫来石(Mullite)的共晶线的区 域A或者区域B内，所以防止了烧成时熔融粘度急剧下降的现象。由此，能够提高所获得的 轻质泡沫面砖的尺寸精度。在本发明中，优选采用粘土矿物作为可塑性原料。优选滑石、云母、板状氧化铝、叶蛇纹石(Antigorite)以及利蛇纹石(Lizardite) 中的至少一种作为取向性原料。这些取向性原料为扁平状，并被良好地取向为，此取向性原 料的取向轴方向(与厚度方向垂直的方向)与板状成型体的面方向(与厚度方向垂直的方 向)一致。优选采用碳化硅、氮化硅、氮化铝、碳酸化合物、白云石以及氧化铈中的至少一种 作为发泡剂。此轻质泡沫面砖的烧成时的烧成温度优选为1130°C 1310°C。此轻质泡沫面砖 的比重优选为0.7 2.0。
图1为表示本发明的轻质泡沫面砖用原料中的Si02、Al203以及MgO这三种成分的 重量组成比范围的三元系相图。图2为表示在实施例的实验材料No. 1 观中的Si02、Al203以及MgO这三种成分 的重量组合比范围的三元系相图。图3为表示实验材料No. 3、12、17、27的烧成温度与长边方向上的尺寸变化率之间 的关系的坐标图。图4为表示实验材料No. 3、12、17、27的烧成温度与体积变化率之间的关系的坐标 图。图5为实验材料No. 3、12、17、27的烧成温度与长边方向上的发泡贡献率之间的关 系的坐标图。图6为实验材料No. 3、12、17、27的烧成温度和与厚度方向上的发泡贡献率之间的 关系的坐标图。
具体实施例方式以下，对本发明进行更详细的说明。本发明的轻质泡沫面砖用原料包含，100质量份的至少含有可塑性原料以及取向 性原料的非泡沫性原料，和0. 01 1质量份的发泡剂。优选为，非泡沫性原料除了可塑性原料以及取向性原料之外，还含有长石、石英 砂、耐火粘土(Chamotte)，陶石、蜡石等面砖用原料。作为可塑性原料，优选为粘土矿物，具体有高岭土、绢云母、木节粘土、蛙目粘土寸。作为取向性原料，可以是由向2轴方向取向的扁平形状粒子和向1轴方向取向的 针状粒子中的任意一种，但是优选为，滑石、云母、板状氧化铝、叶蛇纹石以及利蛇纹石等， 由向2轴方向取向的扁平状粒子所组成的原料。由所述扁平状粒子组成的取向性原料，与 由仅在1轴方向取向的针状粒子组成的取向性原料相比，在上述面砖面方向上的发泡膨胀 抑制效果更高。取向性原料的平均粒径优选为Iym 75 μπι左右。此平均粒径是通过激 光衍射型粒度分布计测量出的数值。关于在100质量份的非泡沫性原料(含灼烧损失)中的长石、可塑性原料以及取 向性原料的比例，在区域A中优选为，长石0 40质量份、可塑性原料20 60质量份、取 向性原料40 60质量份(三者合计为100质量份)。在区域B中优选为，长石0 35质 量份、可塑性原料60 90质量份、取向性原料5 20质量份(三者合计为100质量份)。下面，对此非泡沫性原料中的Si02、Al2O3以及MgO这三种成分的优选比例进行说 明。该非泡沫性原料中，当将除去灼烧损失(Ignition loss)后的成分合计为100重 量％时，Si02、Al2O3以及MgO这三种成分的合计为80 100重量％，优选为90 98重量％。 SiO2^Al2O3以及MgO这三种成分的重量组成比(Si02，Al203，Mg0)，在如图1所示的这三成分 的三元系相图中，位于由点 A1 (67. 0，12. 0,21. 0)、点 A2 (70. 4,8. 9，20. 7)、点 A3(67. 2，18. 4， 14. 4)、以及点A4 (74. 1,11.9,14. 0)连接而成的四边形区域A内，或由点B1 (67. 6，24. 9， 7. 5)、点 B2 (72. 2,22.2,5. 6),点 B3 (68. 9,29.0,2. 1),以及点 B4 (74. 2,23. 8,2. 0)连接而成 的四边形区域B内。A 区域尤其优选为，由 A5(68. 7，10. 4,20. 9)、A6(72. 3，10. 3，17. 4)、A7(74. 2，11. 8， 14. 0)、以及A8 (70. 8,15.0,14. 2)所包围的区域。B区域尤其优选为，由& (67. 6,24.9,7. 5), B6(72. 2，22. 2,5. 6)、B7(69. 5，24. 8,5. 7)、以及 B8(72. 3，23. 9,3. 8)所包围的区域。并且，在图1中，共晶线L为，方石英(CristcAalite)和莫来石(Mullite)的共晶线。在图1的Si02、Al203、以及MgO的三元系相图中，图示有滑石、长石以及粘土的典型 的组成比，并且描画有连接这三点的三角形。在该三角形区域内，存在方石英和莫来石的共 晶线。由于当Si02、Al2O3以及MgO这三种成分的重量组成比接近该共晶线L时，烧成时炉 内温度上升并接近共晶点时熔融粘度将急剧下降，所以被烧成体(被持续烧成的面砖)将 发生较大的变形，导致面砖尺寸精度降低。相对于此，在本发明的轻质泡沫面砖用原料中， 三种成分的重量组成比位于区域A或区域B的范围内，并从上述共晶线L分离开一定的距 离。由此，防止了烧成时的熔融粘度的急剧下降，从而能够形成面砖尺寸精度较高的面砖。
当原料组成从区域A、B向远离共晶线L的方向偏离，或从区域A向Al2O3过剩一侧 偏离时，烧成温度将变得过高。当原料组成从区域B向长石过剩一侧偏离时，因烧成温度上 升而导致的发泡量增加将会急剧变大，从而尺寸精度会恶化。在将上述非泡沫性原料中除去灼烧损失(Ignition loss)的成分的合计作为100 重量％的情况下，当Si02、Al2O3以及MgO这三种成分的合计在80重量％以上时，由上述三 种成分以外的成分引起的影响较小。作为所述发泡剂，优选采用碳化硅、氮化硅、氮化铝、碳酸化合物、白云石、氧化铈 等，其中尤其优选采用碳化硅。相对于包含灼烧损失在内的该非泡沫原料的合计100质量份，发泡剂混合0. 01 1质量份、优选混合0. 05 0. 7质量份、更优选混合0. 07 0. 1质量份。本发明的轻质泡沫面砖用原料，在上述的原料以外，也可以含有石英砂、耐火粘 土、陶石、蜡石等，其含有量为整体的20重量％以下范围内。本发明的轻质泡沫面砖用原料通过如下方式来制备，即，添加原料重量的50% 200%的水，并利用磨粉机等进行混合，以使这些原料按照上述比例形成悬浮液。该轻质泡 沫面砖用原料的平均粒径优选为，5 μ m 15 μ m左右。通过对所述轻质泡沫面砖用原料进行成型以及烧成，来制造轻质泡沫面砖。成型 方法可以采用在成型时使取向性原料在成型体内取向的任意方法，优选采用冲压成型、挤 压成型等。例如，在取向性原料为扁平状的情况下，当在下模内填充轻质泡沫面砖用原料， 并从上方将上模合模，并在上下方向上加压而进行干压成型时，扁平状的取向性原料的扁 平面方向将取向于大致水平方向。由此，能够获得所述取向性原料的扁平面方向向板状成 型体的板面方向取向的轻质泡沫面砖用成型体。在干压成型的情况下，成型压力优选为 50kgf/cm2 500kgf/cm2左右。成型体的体积密度优选为1. 5g/cm3 2. Og/cm3，特优选为 1. 7g/cm 1. 9g/cm 。烧成温度优选为1130°C 1310°C，尤其优选为1180°C 1280°C。作为烧成炉，可 以使用RHK、TK、SK、陶瓷炉等。在使用陶瓷炉时，烧成时间(维持上述烧成温度的时间)优 选为1 10小时左右。以这种方式获得的轻质泡沫面砖的比重优选为0. 7 2，尤其优选为1. 2 1. 8左右。本发明的轻质泡沫面砖用原料，因为具备有取向性原料，因此当将其成型为板状 并进行烧成时，如上文所述，能够获得面方向上的尺寸精度良好的轻质泡沫面砖。关于其理 由，在下面进行详细说明。一般来说，来自发泡剂的气体产生量随烧成温度而变化。因此，对轻质泡沫面砖用 原料进行成型、烧成，从而制造轻质泡沫面砖时，如果由于炉内温度分布和炉控制条件的变 动等，而使烧成温度在窑内有较大误差时，所获得的轻质泡沫面砖的尺寸将有较大的误差。在对含有取向性原料的轻质泡沫面砖用原料进行成型时，取向性原料将在成型体 内取向。例如，将含有扁平状取向性原料的轻质泡沫面砖用原料填充于模具内，并在面砖的 厚度方向上加压而形成板状成型体时，该扁平状的取向性原料粒子取向为，其取向轴方向 (扁平的面方向)指向板状成型体的板面方向(即与加压方向垂直的方向)。由于此取向 性原料具有在烧成时抑制向扁平面方向膨胀的作用，所以在烧成该成型体时，被烧成物在面砖的厚度方向较容易地膨胀，而向面砖面方向的发泡膨胀受到抑制。由此，即使烧成温度 从预定温度偏离，面砖面方向上的尺寸误差也会减小，从而能够获得尺寸精度较高的轻质 泡沫面砖。实施例以下，通过实施例以及比较例来更加详细地对本发明进行说明。(轻质泡沫面砖用原料的制造)将表1所示的滑石、蛙目粘土以及长石，和碳化硅进行混合而制造出了轻质泡沫 面砖用原料。作为碳化硅，使用了平均粒径为6 μ m的日陶产业社产的碳化硅[GP3000]。按照表2所示的比例混合上述滑石、粘土以及长石、碳化硅，并添加与原料重量相 同程度的水，通过磨粉机进行混合，形成悬浮液，从而制造出轻质泡沫面砖用原料No. 1 28。并且，将No. 1 观中的SiO2^Al2O3以及MgO作为100重量％时的SiO2^Al2O3以及MgO 的比例表示在表3、4中，并制成图2的三元系相图。为使附图简明，图2中省略了 [No]，比 如将No. 1只记作[1]。表1:
权利要求
1.一种轻质泡沫面砖用原料，包含100质量份的至少含有可塑性原料以及取向性原 料的非泡沫性原料，和0. 01 1质量份的发泡剂，其特征在于，该非泡沫性原料中，当除去灼烧损失后的成分的合计为100重量％时，Si02、Al203以及 MgO这三种成分的合计为80 100重量％ ；当所述非泡沫性原料中的Si02、Al203以及MgO这三种成分的合计为100重量％时，在这 三种成分的三元系相图中，重量组成比(SiO2，Al2O3，MgO)位于，由点A1 (67. 0，12. 0，21. 0)、 点 A2 (70. 4,8. 9，20. 7)、点 A3 (74. 1,11.9,14. 0)、以及点 A4 (67. 2，18. 4，14. 4)连接而成的四 边形区域 A 内，或由点 B1 (67. 6,24.9,7. 5),点 B2 (72. 2,22.2,5. 6),点 B3 (74. 2,23.8,2. 0), 以及点B4 (68. 9，29.0，2. 1)连接而成的四边形区域B内。
2.如权利要求1所述的轻质泡沫面砖用原料，其特征在于，所述可塑性原料为粘土矿物。
3.如权利要求1或2中所述的轻质泡沫面砖用原料，其特征在于，所述取向性原料为， 滑石、云母、板状氧化铝、叶蛇纹石、利蛇纹石中的至少一种。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的轻质泡沫面砖用原料，其特征在于，所述发泡剂 为，碳化硅、氮化硅、氮化铝、碳酸化合物、白云石、氧化铈中的至少一种。
5.一种轻质泡沫面砖的制造方法，其特征在于，对权利要求1至4中任意一项所述的轻 质泡沫面砖用原料进行成型、烧成。
6.如权利要求5所述的轻质泡沫面砖的制造方法，其特征在于，成型方法为冲压成型 或者挤压成型。
7.如权利要求5或6所述的轻质泡沫面砖的制造方法，其特征在于，烧成温度为 1130 1310 。
8.一种轻质泡沫面砖，其通过权利要求5至7中任意一项所述的轻质泡沫面砖用原料 的制造方法而制造。
9.如权利要求8所述的轻质泡沫面砖，其特征在于，比重为0.7 2. 0。
全文摘要
本发明提供一种尺寸精度良好的轻质泡沫面砖用原料、轻质泡沫面砖及其制造方法，该轻质泡沫面砖用原料包含100质量份的至少含有可塑性原料以及取向性原料的非泡沫性原料，和0.01～1质量份的发泡剂，其特征在于，在将除去灼烧损失以外的成分的合计作为100重量％时，SiO2、Al2O3以及MgO这三种成分的合计为80～100重量％；当将该非泡沫性原料中的SiO2、Al2O3以及MgO这三种成分的合计作为100重量％时，在图1的三种成分的三元系相图中，重量组成比(SiO2，Al2O3，MgO)位于区域A或者区域B内。
文档编号C04B38/02GK102101786SQ20101053380
公开日2011年6月22日 申请日期2010年10月29日 优先权日2009年12月22日
发明者大桥浩介, 泽田健行, 渡边修, 竹田道弘 申请人:株式会社伊奈