专利名称：一种利用石粉制备高仿真石雕的方法
技术领域：
本发明涉及仿真石雕制备技术领域，涉及一种高仿真石雕的制备方法，具体涉及
一种利用石粉制备高仿真石雕的方法。
背景技术：
石粉是石材加工企业在生产过程中产生的主要废弃物，这些废石粉数量巨大，但
由于其成分复杂，活性差，很难应用，应用领域也十分有限，目前，废石粉的应用水平还处于
初级阶段，主要作为混凝土的填料，以及用于制备免烧砖和烧结砖等，但由于成本、产品性
能以及消耗量等原因，石粉的再利用问题一直没有得到根本解决，给当地的经济和社会发
展带来严重损害。目前，提升石粉的应用水平，寻找新的应用领域变得十分紧迫。 石雕是采用各种不同种类石料雕刻成的艺术制品。由于天然石材硬度大，导致石
雕制作过程中存在取料困难、雕刻难度大、周期长和成本高等难题。同时，有限的石材资源
也给石雕产业的进一步发展带来困难。 石粉与石料加工前的成分基本一致，如通过适当的成型和烧结工艺，再将石粉制 作成为石雕制品，既能解决废石粉的再利用难题，提升废石粉的应用水平，又能降低石雕的 加工成本和周期，无疑将是废石粉再利用以及石雕仿真制作过程中的一种有益尝试。由于 石粉属瘠性料，成型塑性低，通常的模压成型和挤压成型难以获得坯体强度高、具有一定尺 寸和特定造型的石雕制品，石粉成型工艺已成为利用石粉制作石雕过程中瓶颈。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用石粉制备高仿真石雕的方法，能将石粉制成高仿真 的石雕，提升了石粉的应用水平。 本发明所采用的技术方案是，一种利用石粉制备高仿真石雕的方法，首先将石粉 和添加剂混合，并溶入配制的预混液中制成高固相低粘度的陶瓷浆料，再将该陶瓷浆料注 入石雕模具中，在引发剂和催化剂的作用下，浆料中的丙烯酰胺产生交联聚合，形成聚丙烯 酰胺聚合物，浆料固化成高强度的石雕坯体，经干燥、脱脂和烧结，最终制得所需的石雕制 品，该方法具体按以下步骤进行 步骤1 :按重量百分比，分别取以下各组分
石粉 50 99%
添加剂 0 48%
烧结助剂 1 5%
各组分总量为100%; 步骤2 :将步骤1中取得的各组分混合均匀，制得混合陶瓷粉体；
步骤3:按重量比100 : 5 30 : 0.5 5，分别取水、分析纯的丙烯酰铵和分析 纯的N' N亚甲基双丙烯酰铵，混合，并磁力搅拌4小时 6小时，使丙烯酰铵和N' N亚甲基 双丙烯酰铵完全溶解，制得预混液；
6
步骤4 :分别取柠檬酸、步骤2制得的混合陶瓷粉体和步骤3制得的预混液，将混
合陶瓷粉体和柠檬酸依次加入预混液中，球磨分散6小时 9小时，制得固相体积含量为
40 70vol^的悬浮体，该悬浮体中拧檬酸的重量占悬浮体总重量的0. 1 1% ; 步骤5 :分别取浓度为15wt^的过硫酸胺、浓度为lwt^的四甲基乙二胺和步骤
4制得的悬浮体，过硫酸胺和四甲基乙二胺的重量分别为所取悬浮体重量的3% 5%和
0.3 0.6%，将过硫酸胺和四甲基乙二胺依次加入悬浮体中，混合均匀，得到陶瓷悬浮体
浆料； 步骤6 :将步骤5中制得的陶瓷悬浮体浆料注入模具中，将该模具置于温度为 50 8(TC的恒温水浴中，加热lh 2h，得到陶瓷坯体； 步骤7 :将步骤6得到的陶瓷坯体置于温度为60°C 7(TC的条件下完全干燥，得 到干燥坯体，干燥过程中控制陶瓷坯体的收縮率小于5% ; 步骤8 :将步骤7得到的干燥坯体置于空气炉中，以0. 5 5°C /min的升温速率将 该空气炉内的温度升至400 800°C ，并保温1 6h，制得石雕半成品；
步骤9 :将步骤8制得的石雕半成品放入空气烧结炉中，以0. 5 5°C /min的升温 速率，将该烧结炉内的温度升至1100 130(TC，并保温1 6h，然后，随炉冷却，制得石雕 制品。 本发明方法采用凝胶注模成型工艺，直接将石粉成型为石雕，不仅提升了石粉的 应用水平，减轻了石粉对石材加工地的经济和社会发展的危害，而且缓解了石雕产业取材 困难、雕刻难度大、雕刻周期长和成本高的难题。
具体实施例方式
下面结合具体实施方式
对本发明进行详细说明。 石粉属瘠性料，成型塑性低，采用通常的模压成型方法和挤压成型方法难以获得 坯体强度高，并具有一定尺寸和特定造型的石雕制品，使得石粉成型的方法成为利用石粉 制作石雕的瓶颈。 凝胶注模成型方法是制备复杂形状陶瓷制品的一种有效方法，该方法对成型粉料
的塑性要求低，因此，采用凝胶注模成型方法，将石粉制成石雕具有明显的成型优势。 本发明采用凝胶注模成型方法，将石粉制成石雕制品，首先将石粉和添加剂等溶
入预混液中制成高固相、低粘度的陶瓷浆料，再将该陶瓷浆料注入特定尺寸和造型的石雕
模具中，在引发剂和催化剂的作用下，浆料中的丙烯酰胺产生交联聚合，形成聚丙烯酰胺聚
合物，浆料固化成高强度的石雕坯体，经干燥、脱脂以及烧结等工艺，最终得到具有一定尺
寸、强度和造型的石雕制品。 该方法具体按以下步骤进行 步骤1 :按重量百分比，分别取以下各组分 石粉 50 99% 添加剂 0 48% 烧结助剂 1 5% 各组分总量为100%， 其中的石粉由以下三部分组成
粒径《0. 1mm的占石粉总重量20%的废石粉，
粒径为0. 1mm 1mm的占石粉总重量60%的废石粉，
粒径为1. 0mm 2. 0mm的占石粉总重量20%的废石粉， 其中的添加剂的粒径《lmm，采用高岭土、蒙脱土、膨润土、海土或红土中的一种， 或者两种组合；当采用两种组合时，可以是任意比例。 其中的烧结助剂的粒径《0. 2mm，采用人工合成的硅酸铋，或者氧化f丐、氧化镁、氧 化锶或氧化硼中的一种或两种组合，或者氟化钙、氟化镁或氟化钾中的一种或两种组合；当 采用两种组合时，可以是任意比例。
步骤2 :将步骤1中取得的各组分混合均匀，制得混合陶瓷粉体；
步骤3:按重量比100 : 5 30 : 0. 5 5，分别取水、分析纯的丙烯酰铵和分析 纯的N' N亚甲基双丙烯酰铵，混合，并磁力搅拌4小时 6小时，使丙烯酰铵和N' N亚甲基 双丙烯酰铵完全溶解，制得预混液； 步骤4 :分别取柠檬酸、步骤2制得的混合陶瓷粉体和步骤3制得的预混液，将混
合陶瓷粉体和柠檬酸依次加入预混液中，球磨分散6小时 9小时，制得固相体积含量为
40 70vol^的悬浮体，该悬浮体中拧檬酸的重量占悬浮体总重量的0. 1 1% ; 步骤5 :分别取浓度为15wt^的过硫酸胺、浓度为lwt^的四甲基乙二胺和步骤
4制得的悬浮体，过硫酸胺和四甲基乙二胺的重量分别为所取悬浮体重量的3% 5%和
0.3 0.6%，将过硫酸胺和四甲基乙二胺依次加入悬浮体中，混合均匀，得到陶瓷悬浮体
浆料； 步骤6 :将步骤5中制得的陶瓷悬浮体桨料注入石雕模具中，将该模具置于温度为 50 8(TC的恒温水浴中，加热lh 2h，使丙烯酰铵和N' N亚甲基双丙烯酰铵发生聚合反 应，在陶瓷悬浮体浆料内生成长链高分子聚合物，实现混合粉末颗粒的原位固化，得到强度 在10MPa 20MPa之间的陶瓷坯体； 步骤7 :将步骤6得到的陶瓷坯体置于温度为60°C 7(TC的条件下完全干燥，得 到干燥坯体，干燥过程中控制陶瓷坯体的收縮率小于5% ; 步骤8 :将步骤7得到的干燥坯体置于空气炉中，以0. 5 5°C /min的升温速率将 该空气炉内的温度升至400 80(TC，并保温1 6h，以排除该干燥坯体中的有机物，制得 石雕半成品； 步骤9 :将步骤8制得的石雕半成品放入空气烧结炉中，以0. 5 5°C /min的升温 速率，将该烧结炉内的温度升至1100 130(TC，并保温1 6h，然后，随炉冷却，制得石雕 制品。 实施例1 按重量百分比，分别取石粉99%和粒径《0. 2mm的硅酸铋1%，其中的石粉由粒 径《0. 1咖的占石粉总重量20%的废石粉、粒径为0. lmm 1咖的占石粉总重量60%的 废石粉和粒径为1.0mm 2. Omm的占石粉总重量20%的废石粉组成；将取得的各组分混合 均匀，制得混合陶瓷粉体；按重量比IOO : 5 : 0.5，分别取水、分析纯的丙烯酰铵和分析纯 的N' N亚甲基双丙烯酰铵，混合，并磁力搅拌4小时，使丙烯酰铵和N' N亚甲基双丙烯酰铵 完全溶解，制得预混液；分别取柠檬酸、制得的混合陶瓷粉体和预混液，将混合陶瓷粉体和 柠檬酸依次加入预混液中，球磨分散6小时，制得固相体积含量为40vol^的悬浮体，该悬浮体中柠檬酸的重量占悬浮体总重量的O. 1% ;分别取浓度为15wt^的过硫酸胺、浓度为
lwt^的四甲基乙二胺和制得的悬浮体，过硫酸胺和四甲基乙二胺的重量分别为所取悬浮 体重量的3%和0. 3%，将过硫酸胺和四甲基乙二胺依次加入悬浮体中，混合均匀，得到陶 瓷悬浮体浆料；将制得的陶瓷悬浮体浆料注入石雕模具中，将该模具置于温度为5(TC的恒 温水浴中，加热lh，使丙烯酰铵和N'N亚甲基双丙烯酰铵发生聚合反应，在陶瓷悬浮体浆料 内生成长链高分子聚合物，实现混合粉末颗粒的原位固化，得到强度为10MPa 20Mpa的陶 瓷坯体；将得到的陶瓷坯体置于温度为6(TC的条件下完全干燥，得到干燥坯体，干燥过程 中控制陶瓷坯体的收縮率小于5%;将得到的干燥坯体置于空气炉中，以0. 5°C /min的升温 速率将该空气炉内的温度升至400°C ，并保温6h，排除该干燥坯体中的有机物，制得石雕半 成品；将制得的石雕半成品放入空气烧结炉中，以0. 5°C /min的升温速率，将该烧结炉内的 温度升至110(TC，并保温6h，然后，随炉冷却，制得石雕制品。经检测，该石雕制品的密度约 为2. 35g/cm3、抗压强度超过80MPa。
实施例2 按重量百分比，分别取石粉50%、粒径《lmm的高岭土 45%和粒径《0. 2mm的氧 化钙5%，其中的石粉由粒径《0. lmm的占石粉总重量20%的废石粉、粒径为0. lmm lmm 的占石粉总重量60%的废石粉和粒径为1. Omm 2. Omm的占石粉总重量20%的废石粉组 成，将取得的各组分混合均匀，制得混合陶瓷粉体；按重量比IOO : 30 : 5，分别取水、分 析纯的丙烯酰铵和分析纯的N' N亚甲基双丙烯酰铵，混合，并磁力搅拌6小时，使丙烯酰铵 和N'N亚甲基双丙烯酰铵完全溶解，制得预混液；分别取柠檬酸、制得的混合陶瓷粉体和预 混液，将混合陶瓷粉体和柠檬酸依次加入预混液中，球磨分散9小时，制得固相体积含量为 70vol^的悬浮体，该悬浮体中拧檬酸的重量占悬浮体总重量的1% ;分别取浓度为15wt% 的过硫酸胺、浓度为lwt^的四甲基乙二胺和制得的悬浮体，过硫酸胺和四甲基乙二胺的重 量分别为所取悬浮体重量的5%和0. 6%，将过硫酸胺和四甲基乙二胺依次加入悬浮体中， 混合均匀，得到陶瓷悬浮体浆料；将制得的陶瓷悬浮体浆料注入特定尺寸和造型的石雕模 具中，将该模具置于温度为8(TC的恒温水浴中，加热2h，使丙烯酰铵和N' N亚甲基双丙烯 酰铵发生聚合反应，在陶瓷悬浮体浆料内生成长链高分子聚合物，实现混合粉末颗粒的原 位固化，得到强度为15MPa 20MPa的陶瓷坯体；将得到的陶瓷坯体置于温度为7(TC的条 件下完全干燥，得到干燥坯体，干燥过程中控制陶瓷坯体的收縮率小于5% ;将得到的干燥 坯体置于空气炉中，以5°C /min的升温速率将该空气炉内的温度升至80(TC，并保温lh， 排除该干燥坯体中的有机物，制得石雕半成品；将制得的石雕半成品放入空气烧结炉中，以 5°C /min的升温速率，将该烧结炉内的温度升至1300°C ，并保温lh，然后，随炉冷却，制得石 雕制品。经检测，该石雕制品的密度约为2. 30g/cm^抗压强度超过70MPa。
实施例3 按重量百分比，分别取石粉75%、粒径《lmm的添加剂22%和粒径《0. 2mm的氟 化镁3%，其中的石粉由粒径《0. lmm的占石粉总重量20%的废石粉、粒径为0. lmm lmm 的占石粉总重量60%的废石粉和粒径为1. Omm 2. Omm的占石粉总重量20%的废石粉组 成，添加剂由蒙脱土和膨润土混合组成；将取得的各组分混合均匀，制得混合陶瓷粉体；按 重量比IOO : 18 : 3，分别取水、分析纯的丙烯酰铵和分析纯的N'N亚甲基双丙烯酰铵，混 合，并磁力搅拌5小时，使丙烯酰铵和N'N亚甲基双丙烯酰铵完全溶解，制得预混液；分别取
9柠檬酸、制得的混合陶瓷粉体和预混液，将混合陶瓷粉体和柠檬酸依次加入预混液中，球磨分散7. 5小时，制得固相体积含量为55vol^的悬浮体，该悬浮体中柠檬酸的重量占悬浮体总重量的O. 55% ;分别取浓度为15wt^的过硫酸胺、浓度为lwt^的四甲基乙二胺和制得的悬浮体，过硫酸胺和四甲基乙二胺的重量分别为所取悬浮体重量的4%和0. 45%，将过硫酸胺和四甲基乙二胺依次加入悬浮体中，混合均匀，得到陶瓷悬浮体浆料；将制得的陶瓷悬浮体浆料注入雕模具中，将该模具置于温度为65t:的恒温水浴中，加热1. 5h，使丙烯酰铵和N' N亚甲基双丙烯酰铵发生聚合反应，在陶瓷悬浮体浆料内生成长链高分子聚合物，实现混合粉末颗粒的原位固化，得到强度为10MPa 18MPa的陶瓷坯体；将得到的陶瓷坯体置于温度为65°C的条件下完全干燥，得到干燥坯体，干燥过程中控制陶瓷坯体的收縮率小于5% ;将得到的干燥坯体置于空气炉中，以2. 75°C /min的升温速率将该空气炉内的温度升至60(TC，并保温3. 5h，排除该干燥坯体中的有机物，制得石雕半成品；将制得的石雕半成品放入空气烧结炉中，以2. 75°C /min的升温速率，将该烧结炉内的温度升至120(TC，并保温3. 5h，然后，随炉冷却，制得石雕制品。经检测，该石雕制品的密度约为2. 45g/cm^抗压强度超过90MPa。
实施例4 按重量百分比，分别取石粉90%、粒径《0. 2mm的添加剂6%和粒径《0. 05mm的氧化硼4%，其中的石粉由粒径《0. lmm的占石粉总重量20X的废石粉、粒径为0. lmm lmm的占石粉总重量60%的废石粉和粒径为1. Omm 2. Omm的占石粉总重量20%的废石粉组成，将取得的各组分混合均匀，制得混合陶瓷粉体；按重量比IOO : 5 : 5，分别取水、分析纯的丙烯酰铵和分析纯的N' N亚甲基双丙烯酰铵，混合，并磁力搅拌4. 5小时，使丙烯酰铵和N' N亚甲基双丙烯酰铵完全溶解，制得预混液；分别取柠檬酸、制得的混合陶瓷粉体和预混液，将混合陶瓷粉体和柠檬酸依次加入预混液中，球磨分散7小时，制得固相体积含量为50vol^的悬浮体，该悬浮体中柠檬酸的重量占悬浮体总重量的0. 3% ;分别取浓度为15wt^的过硫酸胺、浓度为lwt^的四甲基乙二胺和步骤4制得的悬浮体，过硫酸胺和四甲基乙二胺的重量分别为所取悬浮体重量的3.5%和0.4%，将过硫酸胺和四甲基乙二胺依次加入悬浮体中，混合均匀，得到陶瓷悬浮体浆料；将制得的陶瓷悬浮体浆料注入石雕模具中，将该模具置于温度为6(TC的恒温水浴中，加热lh，使丙烯酰铵和N' N亚甲基双丙烯酰铵发生聚合反应，在陶瓷悬浮体浆料内生成长链高分子聚合物，实现混合粉末颗粒的原位固化，得到强度在10MPa 15MPa之间的陶瓷坯体；将得到的陶瓷坯体置于温度为60°C的条件下完全干燥，得到干燥坯体，干燥过程中控制陶瓷坯体的收縮率小于5% ;将得到的干燥坯体置于空气炉中，以2°C /min的升温速率将该空气炉内的温度升至50(TC，并保温2h，排除该干燥坯体中的有机物，制得石雕半成品；将制得的石雕半成品放入空气烧结炉中，以2°C /min的升温速率，将该烧结炉内的温度升至115(TC，并保温2h，然后，随炉冷却，制得石雕制。 实施例5 按重量百分比，分别取石粉50%、粒径《lmm的海土 48%和粒径《0. 2mm的烧结助剂2%，其中的石粉由粒径《0. lmm的占石粉总重量20%的废石粉、粒径为0. lmm lmm的占石粉总重量60%的废石粉和粒径为1. Omm 2. Omm的占石粉总重量20%的废石粉组成，其中的烧结助剂由氧化镁和氧化锶组成；将取得的各组分混合均匀，制得混合陶瓷粉体；按重量比100 : 5 : 2.75，分别取水、分析纯的丙烯酰铵和分析纯的N' N亚甲基双丙烯酰铵，混合，并磁力搅拌5. 5小时，使丙烯酰铵和N' N亚甲基双丙烯酰铵完全溶解，制得预混液；分别取柠檬酸、制得的混合陶瓷粉体和预混液，将混合陶瓷粉体和柠檬酸依次加入预混液中，球磨分散8小时，制得固相体积含量为60vol^的悬浮体，该悬浮体中柠檬酸的重量占悬浮体总重量的0.8% ;分别取浓度为15wt^的过硫酸胺、浓度为lwt^的四甲基乙二胺和制得的悬浮体，过硫酸胺和四甲基乙二胺的重量分别为所取悬浮体重量的4. 5%和0. 5%，将过硫酸胺和四甲基乙二胺依次加入悬浮体中，混合均匀，得到陶瓷悬浮体浆料；将制得的陶瓷悬浮体浆料注入石雕模具中，将该模具置于温度为70°C的恒温水浴中，加热2h，使丙烯酰铵和N' N亚甲基双丙烯酰铵发生聚合反应，在陶瓷悬浮体浆料内生成长链高分子聚合物，实现混合粉末颗粒的原位固化，得到强度在12MPa 18MPa之间的陶瓷坯体；将得到的陶瓷坯体置于温度为68°C的条件下完全干燥，得到干燥坯体，干燥过程中控制陶瓷坯体的收縮率小于5%;将得到的干燥坯体置于空气炉中，以4°C /min的升温速率将该空气炉内的温度升至70(TC，并保温5h，以排除该干燥坯体中的有机物，制得石雕半成品；将制得的石雕半成品放入空气烧结炉中，以4°C /min的升温速率，将该烧结炉内的温度升至1250°C ，并保温4h，然后，随炉冷却，制得石雕制品。
实施例6 按重量百分比，分别取石粉75%、粒径《lmm的添加剂22%和粒径《0. 2mm的氟化钾3%，其中的石粉由粒径《0. lmm的占石粉总重量20%的废石粉、粒径为0. lmm lmm的占石粉总重量60%的废石粉和粒径为1. Omm 2. Omm的占石粉总重量20%的废石粉组成，添加剂由蒙脱土和膨润土混合组成；将取得的各组分混合均匀，制得混合陶瓷粉体；按重量比IOO : 30 : 0.5，分别取水、分析纯的丙烯酰铵和分析纯的N'N亚甲基双丙烯酰铵，混合，并磁力搅拌5小时，使丙烯酰铵和N' N亚甲基双丙烯酰铵完全溶解，制得预混液；分别取柠檬酸、制得的混合陶瓷粉体和预混液，将混合陶瓷粉体和柠檬酸依次加入预混液中，球磨分散7. 5小时，制得固相体积含量为55vol^的悬浮体，该悬浮体中柠檬酸的重量占悬浮体总重量的O. 55% ;分别取浓度为15wt^的过硫酸胺、浓度为lwt^的四甲基乙二胺和制得的悬浮体，过硫酸胺和四甲基乙二胺的重量分别为所取悬浮体重量的4%和0. 45%，将过硫酸胺和四甲基乙二胺依次加入悬浮体中，混合均匀，得到陶瓷悬浮体浆料；将制得的陶瓷悬浮体桨料注入石雕模具中，将该模具置于温度为65t:的恒温水浴中，加热1. 5h，使丙烯酰铵和N' N亚甲基双丙烯酰铵发生聚合反应，在陶瓷悬浮体浆料内生成长链高分子聚合物，实现混合粉末颗粒的原位固化，得到强度在10MPa 16MPa之间的陶瓷坯体；将得到的陶瓷坯体置于温度为65t:的条件下完全干燥，得到干燥坯体，干燥过程中控制陶瓷坯体的收縮率小于5% ;将得到的干燥坯体置于空气炉中，以2. 75°C /min的升温速率将该空气炉内的温度升至60(TC，并保温3. 5h，排除该干燥坯体中的有机物，制得石雕半成品；将制得的石雕半成品放入空气烧结炉中，以2. 75°C /min的升温速率，将该烧结炉内的温度升至120(TC，并保温3.5h，然后，随炉冷却，制得石雕制品。经检测，该石雕制品的密度约为2. 45g/cm^抗压强度超过90MPa。
实施例7 按重量百分比，分别取石粉99%和粒径《0. 2mm的硅酸铋1%，其中的石粉由粒径《0. 1咖的占石粉总重量20%的废石粉、粒径为0. lmm 1咖的占石粉总重量60%的废石粉和粒径为1.0mm 2. Omm的占石粉总重量20%的废石粉组成；将取得的各组分混合均匀，制得混合陶瓷粉体；按重量比100 : 30 : 2.8，分别取水、分析纯的丙烯酰铵和分析纯的N' N亚甲基双丙烯酰铵，混合，并磁力搅拌4小时，使丙烯酰铵和N' N亚甲基双丙烯酰铵完全溶解，制得预混液；分别取柠檬酸、制得的混合陶瓷粉体和预混液，将混合陶瓷粉体和柠檬酸依次加入预混液中，球磨分散6小时，制得固相体积含量为40vol %的悬浮体，该悬浮体中柠檬酸的重量占悬浮体总重量的O. 1% ;分别取浓度为15wt^的过硫酸胺、浓度为lwt^的四甲基乙二胺和制得的悬浮体，过硫酸胺和四甲基乙二胺的重量分别为所取悬浮体重量的3%和0. 3%，将过硫酸胺和四甲基乙二胺依次加入悬浮体中，混合均匀，得到陶瓷悬浮体浆料；将制得的陶瓷悬浮体浆料注入石雕模具中，将该模具置于温度为5(TC的恒温水浴中，加热lh，使丙烯酰铵和N'N亚甲基双丙烯酰铵发生聚合反应，在陶瓷悬浮体浆料内生成长链高分子聚合物，实现混合粉末颗粒的原位固化，得到强度为10MPa 15MPa的陶瓷坯体；将得到的陶瓷坯体置于温度为6(TC的条件下完全干燥，得到干燥坯体，干燥过程中控制陶瓷坯体的收縮率小于5%;将得到的干燥坯体置于空气炉中，以0. 5°C /min的升温速率将该空气炉内的温度升至400°C ，并保温6h，排除该干燥坯体中的有机物，制得石雕半成品；将制得的石雕半成品放入空气烧结炉中，以0. 5°C /min的升温速率，将该烧结炉内的温度升至110(TC，并保温6h，然后，随炉冷却，制得石雕制品。
实施例8 按重量百分比，分别取石粉50%、粒径《lmm的高岭土 45%和粒径《0. 2mm的氧化钙5%，其中的石粉由粒径《0. lmm的占石粉总重量20%的废石粉、粒径为0. lmm lmm的占石粉总重量60%的废石粉和粒径为1. Omm 2. Omm的占石粉总重量20%的废石粉组成，将取得的各组分混合均匀，制得混合陶瓷粉体；按重量比IOO : 18 : 0.5，分别取水、分析纯的丙烯酰铵和分析纯的N' N亚甲基双丙烯酰铵，混合，并磁力搅拌6小时，使丙烯酰铵和N'N亚甲基双丙烯酰铵完全溶解，制得预混液；分别取柠檬酸、制得的混合陶瓷粉体和预混液，将混合陶瓷粉体和柠檬酸依次加入预混液中，球磨分散9小时，制得固相体积含量为70vol^的悬浮体，该悬浮体中拧檬酸的重量占悬浮体总重量的1% ;分别取浓度为15wt%的过硫酸胺、浓度为lwt^的四甲基乙二胺和制得的悬浮体，过硫酸胺和四甲基乙二胺的重量分别为所取悬浮体重量的5%和0.6%，将过硫酸胺和四甲基乙二胺依次加入悬浮体中，混合均匀，得到陶瓷悬浮体浆料；将制得的陶瓷悬浮体浆料注入石雕模具中，将该模具置于温度为8(TC的恒温水浴中，加热2h，使丙烯酰铵和N' N亚甲基双丙烯酰铵发生聚合反应，在陶瓷悬浮体浆料内生成长链高分子聚合物，实现混合粉末颗粒的原位固化，得到强度在15MPa 20MPa之间的陶瓷坯体；将得到的陶瓷坯体置于温度为70°C的条件下完全干燥，得到干燥坯体，干燥过程中控制陶瓷坯体的收縮率小于5% ;将得到的干燥坯体置于空气炉中，以5°C /min的升温速率将该空气炉内的温度升至80(TC，并保温lh，排除该干燥坯体中的有机物，制得石雕半成品；将制得的石雕半成品放入空气烧结炉中，以5°C /min的升温速率，将该烧结炉内的温度升至130(TC，并保温lh，然后，随炉冷却，制得石雕制品。
实施例9 按重量百分比，分别取石粉50%、粒径《lmm的海土 48%和粒径《0. 2mm的烧结助剂2%，其中的石粉由粒径《0. lmm的占石粉总重量20%的废石粉、粒径为0. lmm lmm的占石粉总重量60%的废石粉和粒径为1. Omm 2. Omm的占石粉总重量20%的废石粉组成，其中的烧结助剂由氧化镁和氧化锶组成；将取得的各组分混合均匀，制得混合陶瓷粉体；按重量比100 : 18 : 2.75，分别取水、分析纯的丙烯酰铵和分析纯的N' N亚甲基双丙烯酰铵，混合，并磁力搅拌5. 5小时，使丙烯酰铵和N' N亚甲基双丙烯酰铵完全溶解，制得预混液；分别取柠檬酸、制得的混合陶瓷粉体和预混液，将混合陶瓷粉体和柠檬酸依次加入预混液中，球磨分散8小时，制得固相体积含量为60vol^的悬浮体，该悬浮体中柠檬酸的重量占悬浮体总重量的0.8% ;分别取浓度为15wt^的过硫酸胺、浓度为lwt^的四甲基乙二胺和制得的悬浮体，过硫酸胺和四甲基乙二胺的重量分别为所取悬浮体重量的4. 5%和0. 5%，将过硫酸胺和四甲基乙二胺依次加入悬浮体中，混合均匀，得到陶瓷悬浮体浆料；将制得的陶瓷悬浮体浆料注入石雕模具中，将该模具置于温度为70°C的恒温水浴中，加热2h，使丙烯酰铵和N' N亚甲基双丙烯酰铵发生聚合反应，在陶瓷悬浮体浆料内生成长链高分子聚合物，实现混合粉末颗粒的原位固化，得到强度在10MPa 16MPa之间的陶瓷坯体；将得到的陶瓷坯体置于温度为6『C的条件下完全干燥，得到干燥坯体，干燥过程中控制陶瓷坯体的收縮率小于5%;将得到的干燥坯体置于空气炉中，以4°C /min的升温速率将该空气炉内的温度升至70(TC，并保温5h，以排除该干燥坯体中的有机物，制得石雕半成品；将制得的石雕半成品放入空气烧结炉中，以4°C /min的升温速率，将该烧结炉内的温度升至1250°C ，并保温4h，然后，随炉冷却，制得石雕制品。 本发明方法以废石粉为主要原料，制备高仿真石雕制品，石粉消耗量大，不仅提高了石粉的应用水平，而且节约了大量的石材资源。具有工艺简单，制备过程易于实现等优点，是拓展石粉应用新领域的一种非常有潜力的工艺方法。
权利要求
一种利用石粉制备高仿真石雕的方法，首先将石粉和添加剂混合，并溶入配制的预混液中制成高固相低粘度的陶瓷浆料，再将该陶瓷浆料注入石雕模具中，在引发剂和催化剂的作用下，浆料中的丙烯酰胺产生交联聚合，形成聚丙烯酰胺聚合物，浆料固化成高强度的石雕坯体，经干燥、脱脂和烧结，最终制得所需的石雕制品，其特征在于，该方法具体按以下步骤进行步骤1按重量百分比，分别取以下各组分石粉50％～99％添加剂 0％～48％烧结助剂1％～5％各组分总量为100％；步骤2将步骤1中取得的各组分混合均匀，制得混合陶瓷粉体；步骤3按重量比100∶5～30∶0.5～5，分别取水、分析纯的丙烯酰铵和分析纯的N’N亚甲基双丙烯酰铵，混合，并磁力搅拌4小时～6小时，使丙烯酰铵和N’N亚甲基双丙烯酰铵完全溶解，制得预混液；步骤4分别取柠檬酸、步骤2制得的混合陶瓷粉体和步骤3制得的预混液，将混合陶瓷粉体和柠檬酸依次加入预混液中，球磨分散6小时～9小时，制得固相体积含量为40vol％～70vol％的悬浮体，该悬浮体中柠檬酸的重量占悬浮体总重量的0.1％～1％；步骤5分别取浓度为15wt％的过硫酸胺、浓度为1wt％的四甲基乙二胺和步骤4制得的悬浮体，过硫酸胺和四甲基乙二胺的重量分别为所取悬浮体重量的3％～5％和0.3％～0.6％，将过硫酸胺和四甲基乙二胺依次加入悬浮体中，混合均匀，得到陶瓷悬浮体浆料；步骤6将步骤5中制得的陶瓷悬浮体浆料注入模具中，将该模具置于温度为50℃～80℃的恒温水浴中，加热1h～2h，得到陶瓷坯体；步骤7将步骤6得到的陶瓷坯体置于温度为60℃～70℃的条件下完全干燥，得到干燥坯体，干燥过程中控制陶瓷坯体的收缩率小于5％；步骤8将步骤7得到的干燥坯体置于空气炉中，以0.5℃/min～5℃/min的升温速率将该空气炉内的温度升至400℃～800℃，并保温1h～6h，制得石雕半成品；步骤9将步骤8制得的石雕半成品放入空气烧结炉中，以0.5℃/min～5℃/min的升温速率，将该烧结炉内的温度升至1100℃～1300℃，并保温1h～6h，然后，随炉冷却，制得石雕制品。
2. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中的石粉由粒径《0. lmm的 占石粉总重量20%的废石粉、粒径为0. lmm lmm的占石粉总重量60%的废石粉和粒径为1. Omm 2. Omm的占石粉总重量20%的废石粉组成。
3. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中添加剂的粒径《lmm，采用 高岭土、蒙脱土、膨润土、海土或红土中的一种，或者两种组合，当采用两种组合时，可以是 任意比例。
4. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中烧结助剂的粒径《0. 2mm， 采用硅酸铋，或者氧化钙、氧化镁、氧化锶或氧化硼中的一种或两种组合，或者氟化钙、氟化 镁或氟化钾中的一种或两种组合，当采用两种组合时，可以是任意比例。
5. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，按重量百分比，分别取石粉99%和粒径《0. 2mm的硅酸铋1 % ，其中的石粉由粒径《0. 1mm的占石粉总重量20%的废石粉、粒径为 0. 1mm 1mm的占石粉总重量60%的废石粉和粒径为1. 0mm 2. 0mm的占石粉总重量20% 的废石粉组成；将取得的各组分混合均匀，制得混合陶瓷粉体；按重量比IOO : 5 : 0.5，分 别取水、分析纯的丙烯酰铵和分析纯的N' N亚甲基双丙烯酰铵，混合，并磁力搅拌4小时， 使丙烯酰铵和N' N亚甲基双丙烯酰铵完全溶解，制得预混液；分别取柠檬酸、制得的混合 陶瓷粉体和预混液，将混合陶瓷粉体和柠檬酸依次加入预混液中，球磨分散6小时，制得固 相体积含量为40vol^的悬浮体，该悬浮体中柠檬酸的重量占悬浮体总重量的0. 1% ;分别 取浓度为15wt^的过硫酸胺、浓度为lwt^的四甲基乙二胺和制得的悬浮体，过硫酸胺和 四甲基乙二胺的重量分别为所取悬浮体重量的3%和0.3%，将过硫酸胺和四甲基乙二胺 依次加入悬浮体中，混合均匀，得到陶瓷悬浮体浆料；将制得的陶瓷悬浮体浆料注入石雕模 具中，将该模具置于温度为5(TC的恒温水浴中，加热lh，使丙烯酰铵和N' N亚甲基双丙烯 酰铵发生聚合反应，在陶瓷悬浮体浆料内生成长链高分子聚合物，实现混合粉末颗粒的原 位固化，得到强度为10MPa 20MPa的陶瓷坯体；将得到的陶瓷坯体置于温度为6(TC的条 件下完全干燥，得到干燥坯体，干燥过程中控制陶瓷坯体的收縮率小于5% ;将得到的干燥 坯体置于空气炉中，以0. 5°C /min的升温速率将该空气炉内的温度升至400°C，并保温6h， 排除该干燥坯体中的有机物，制得石雕半成品；将制得的石雕半成品放入空气烧结炉中，以 0. 5°C /min的升温速率，将该烧结炉内的温度升至1 IO(TC ，并保温6h，然后，随炉冷却，制得 石雕制品。
6. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，按重量百分比，分别取石粉50%、粒径 《1咖的高岭土45%和粒径《0. 2mm的氧化f丐5X，其中的石粉由粒径《0. lmm的占石粉总 重量20%的废石粉、粒径为0. lmm lmm的占石粉总重量60%的废石粉和粒径为1. Omm 2. Omm的占石粉总重量20%的废石粉组成，将取得的各组分混合均匀，制得混合陶瓷粉体； 按重量比IOO : 30 : 5，分别取水、分析纯的丙烯酰铵和分析纯的N'N亚甲基双丙烯酰铵， 混合，并磁力搅拌6小时，使丙烯酰铵和N' N亚甲基双丙烯酰铵完全溶解，制得预混液；分 别取柠檬酸、制得的混合陶瓷粉体和预混液，将混合陶瓷粉体和柠檬酸依次加入预混液中， 球磨分散9小时，制得固相体积含量为70vol^的悬浮体，该悬浮体中柠檬酸的重量占悬浮 体总重量的1% ;分别取浓度为15wt^的过硫酸胺、浓度为lwt^的四甲基乙二胺和制得的 悬浮体，过硫酸胺和四甲基乙二胺的重量分别为所取悬浮体重量的5%和0. 6%，将过硫酸 胺和四甲基乙二胺依次加入悬浮体中，混合均匀，得到陶瓷悬浮体浆料；将制得的陶瓷悬浮 体浆料注入石雕模具中，将该模具置于温度为80°C的恒温水浴中，加热2h，使丙烯酰铵和 N'N亚甲基双丙烯酰铵发生聚合反应，在陶瓷悬浮体浆料内生成长链高分子聚合物，实现混 合粉末颗粒的原位固化，得到强度为15MPa 20MPa的陶瓷坯体；将得到的陶瓷坯体置于温 度为7(TC的条件下完全干燥，得到干燥坯体，干燥过程中控制陶瓷坯体的收縮率小于5% ; 将得到的干燥坯体置于空气炉中，以5°C /min的升温速率将该空气炉内的温度升至80(TC， 并保温lh，排除该干燥坯体中的有机物，制得石雕半成品；将制得的石雕半成品放入空气 烧结炉中，以5°C /min的升温速率，将该烧结炉内的温度升至1300°C ，并保温lh，然后，随炉 冷却，制得石雕制品。
7. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，重量百分比，分别取石粉75%、粒径《lmm 的添加剂22%和粒径《0. 2mm的氟化镁3 % ，其中的石粉由粒径《0. lmm的占石粉总重量20%的废石粉、粒径为0. 1mm 1mm的占石粉总重量60 %的废石粉和粒径为1. 0mm 2. 0mm的占石粉总重量20%的废石粉组成，添加剂由蒙脱土和膨润土混合组成；将取得的 各组分混合均匀，制得混合陶瓷粉体；按重量比100 : 18 : 3，分别取水、分析纯的丙烯酰 铵和分析纯的N' N亚甲基双丙烯酰铵，混合，并磁力搅拌5小时，使丙烯酰铵和N' N亚甲 基双丙烯酰铵完全溶解，制得预混液；分别取柠檬酸、制得的混合陶瓷粉体和预混液，将混 合陶瓷粉体和柠檬酸依次加入预混液中，球磨分散7. 5小时，制得固相体积含量为55vol% 的悬浮体，该悬浮体中柠檬酸的重量占悬浮体总重量的O. 55% ;分别取浓度为15wt^的过 硫酸胺、浓度为lwt^的四甲基乙二胺和制得的悬浮体，过硫酸胺和四甲基乙二胺的重量分 别为所取悬浮体重量的4%和0. 45%，将过硫酸胺和四甲基乙二胺依次加入悬浮体中，混 合均匀，得到陶瓷悬浮体浆料；将制得的陶瓷悬浮体浆料注入石雕模具中，将该模具置于温 度为65t:的恒温水浴中，加热1. 5h，使丙烯酰铵和N' N亚甲基双丙烯酰铵发生聚合反应， 在陶瓷悬浮体浆料内生成长链高分子聚合物，实现混合粉末颗粒的原位固化，得到强度在 10MPa 18MPa之间的陶瓷坯体；将得到的陶瓷坯体置于温度为65°C的条件下完全干燥， 得到干燥坯体，干燥过程中控制陶瓷坯体的收縮率小于5% ;将得到的干燥坯体置于空气 炉中，以2. 75°C /min的升温速率将该空气炉内的温度升至600°C，并保温3. 5h，排除该干 燥坯体中的有机物，制得石雕半成品；将制得的石雕半成品放入空气烧结炉中，以2. 75°C / min的升温速率，将该烧结炉内的温度升至120(TC，并保温3. 5h，然后，随炉冷却，制得石雕 制品。
8. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，按重量百分比，分别取石粉90%、粒径 《0. 2mm的添加剂6%和粒径《0. 05mm的氧化硼4 % ，其中的石粉由粒径《0. lmm的占 石粉总重量20%的废石粉、粒径为0. lmm lmm的占石粉总重量60%的废石粉和粒径为 1. Omm 2. Omm的占石粉总重量20%的废石粉组成，将取得的各组分混合均匀，制得混合陶 瓷粉体；按重量比IOO : 5 : 5，分别取水、分析纯的丙烯酰铵和分析纯的N'N亚甲基双丙烯 酰铵，混合，并磁力搅拌4. 5小时，使丙烯酰铵和N'N亚甲基双丙烯酰铵完全溶解，制得预混 液；分别取柠檬酸、制得的混合陶瓷粉体和预混液，将混合陶瓷粉体和柠檬酸依次加入预混 液中，球磨分散7小时，制得固相体积含量为50vol %的悬浮体，该悬浮体中柠檬酸的重量 占悬浮体总重量的0. 3% ;分别取浓度为15wt^的过硫酸胺、浓度为lwt^的四甲基乙二胺 和步骤4制得的悬浮体，过硫酸胺和四甲基乙二胺的重量分别为所取悬浮体重量的3. 5% 和0. 4%，将过硫酸胺和四甲基乙二胺依次加入悬浮体中，混合均匀，得到陶瓷悬浮体浆料； 将制得的陶瓷悬浮体浆料注入石雕模具中，将该模具置于温度为6(TC的恒温水浴中，加热 lh，使丙烯酰铵和N' N亚甲基双丙烯酰铵发生聚合反应，在陶瓷悬浮体浆料内生成长链高 分子聚合物，实现混合粉末颗粒的原位固化，得到强度在10MPa 15MPa之间的陶瓷坯体； 将得到的陶瓷坯体置于温度为60°C的条件下完全干燥，得到干燥坯体，干燥过程中控制陶 瓷坯体的收縮率小于5% ;将得到的干燥坯体置于空气炉中，以2°C /min的升温速率将该 空气炉内的温度升至500°C ，并保温2h，排除该干燥坯体中的有机物，制得石雕半成品；将 制得的石雕半成品放入空气烧结炉中，以2°C /min的升温速率，将该烧结炉内的温度升至 1150°C ，并保温2h，然后，随炉冷却，制得石雕制。
9. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，按重量百分比，分别取石粉50%、粒径 《1咖的海土48%和粒径《0. 2mm的烧结助剂2%，其中的石粉由粒径《0. lmm的占石粉总重量20 %的废石粉、粒径为0. 1mm 1mm的占石粉总重量60 %的废石粉和粒径为1. 0mm 2. 0mm的占石粉总重量20 %的废石粉组成，其中的烧结助剂由氧化镁和氧化锶组 成；将取得的各组分混合均匀，制得混合陶瓷粉体；按重量比IOO : 5 : 2.75，分别取水、 分析纯的丙烯酰铵和分析纯的N' N亚甲基双丙烯酰铵，混合，并磁力搅拌5. 5小时，使丙烯 酰铵和N'N亚甲基双丙烯酰铵完全溶解，制得预混液；分别取柠檬酸、制得的混合陶瓷粉体 和预混液，将混合陶瓷粉体和柠檬酸依次加入预混液中，球磨分散8小时，制得固相体积含 量为60vol^的悬浮体，该悬浮体中柠檬酸的重量占悬浮体总重量的0. 8% ;分别取浓度为 15wt %的过硫酸胺、浓度为lwt %的四甲基乙二胺和制得的悬浮体，过硫酸胺和四甲基乙二 胺的重量分别为所取悬浮体重量的4. 5%和0. 5%，将过硫酸胺和四甲基乙二胺依次加入 悬浮体中，混合均匀，得到陶瓷悬浮体桨料；将制得的陶瓷悬浮体桨料注入石雕模具中，将 该模具置于温度为70°C的恒温水浴中，加热2h，使丙烯酰铵和N' N亚甲基双丙烯酰铵发生 聚合反应，在陶瓷悬浮体浆料内生成长链高分子聚合物，实现混合粉末颗粒的原位固化，得 到强度在10MPa 18MPa之间的陶瓷坯体；将得到的陶瓷坯体置于温度为68。C的条件下完 全干燥，得到干燥坯体，干燥过程中控制陶瓷坯体的收縮率小于5% ;将得到的干燥坯体置 于空气炉中，以4°C /min的升温速率将该空气炉内的温度升至70(TC，并保温5h，以排除该 干燥坯体中的有机物，制得石雕半成品；将制得的石雕半成品放入空气烧结炉中，以4°C / min的升温速率，将该烧结炉内的温度升至125(TC，并保温4h，然后，随炉冷却，制得石雕制PIPR o
10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，按重量百分比，分别取石粉75%、粒径 《1咖的添加剂22%和粒径《0. 2咖的氟化钾3%，其中的石粉由粒径《0. lmm的占石粉总 重量20%的废石粉、粒径为0. lmm lmm的占石粉总重量60%的废石粉和粒径为1. Omm2. Omm的占石粉总重量20%的废石粉组成，添加剂由蒙脱土和膨润土混合组成；将取得的 各组分混合均匀，制得混合陶瓷粉体；按重量比100 : 30 : 0.5，分别取水、分析纯的丙烯 酰铵和分析纯的N' N亚甲基双丙烯酰铵，混合，并磁力搅拌5小时，使丙烯酰铵和N' N亚甲 基双丙烯酰铵完全溶解，制得预混液；分别取柠檬酸、制得的混合陶瓷粉体和预混液，将混 合陶瓷粉体和柠檬酸依次加入预混液中，球磨分散7. 5小时，制得固相体积含量为55vol% 的悬浮体，该悬浮体中柠檬酸的重量占悬浮体总重量的O. 55% ;分别取浓度为15wt^的过 硫酸胺、浓度为lwt^的四甲基乙二胺和制得的悬浮体，过硫酸胺和四甲基乙二胺的重量分 别为所取悬浮体重量的4%和0. 45%，将过硫酸胺和四甲基乙二胺依次加入悬浮体中，混 合均匀，得到陶瓷悬浮体浆料；将制得的陶瓷悬浮体浆料注入石雕模具中，将该模具置于温 度为65t:的恒温水浴中，加热1. 5h，使丙烯酰铵和N' N亚甲基双丙烯酰铵发生聚合反应， 在陶瓷悬浮体浆料内生成长链高分子聚合物，实现混合粉末颗粒的原位固化，得到强度在 10MPa 16MPa之间的陶瓷坯体；将得到的陶瓷坯体置于温度为65°C的条件下完全干燥， 得到干燥坯体，干燥过程中控制陶瓷坯体的收縮率小于5% ;将得到的干燥坯体置于空气 炉中，以2. 75°C /min的升温速率将该空气炉内的温度升至600°C，并保温3. 5h，排除该干 燥坯体中的有机物，制得石雕半成品；将制得的石雕半成品放入空气烧结炉中，以2. 75°C / min的升温速率，将该烧结炉内的温度升至120(TC，并保温3. 5h，然后，随炉冷却，制得石雕 制品。
全文摘要
一种利用石粉制备高仿真石雕的方法，将石粉、添加剂和烧结助剂混合，制得混合陶瓷粉体；将水、丙烯酰铵和N’N亚甲基双丙烯酰铵混合，并使丙烯酰铵和N’N亚甲基双丙烯酰铵完全溶解，制得预混液；将柠檬酸和混合陶瓷粉体加入到预混液中，制得悬浮体，将过硫酸胺和四甲基乙二胺加入该悬浮体中，制得陶瓷悬浮体浆料；将该陶瓷悬浮体浆料注入模具中，恒温水浴，得到陶瓷坯体，将该陶瓷坯体经干燥、脱脂和烧结，制得石雕制品。本发明方法不仅提高了石粉的应用水平，而且节约了大量的石材资源；具有工艺简单，制备过程易于实现等优点。
文档编号C04B35/622GK101693619SQ20091002435
公开日2010年4月14日 申请日期2009年10月16日 优先权日2009年10月16日
发明者周立忠, 杨金龙, 汪长安, 黄勇 申请人:清华大学;