一种碳纳米管增强的陶瓷砖的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种碳纳米管增强的陶瓷砖，通过将钾长石、钠长石、广西白泥、凹凸棒土、莫来石、水、碳纳米管、三聚磷酸钠和钢化纤维作为坯体原料，长石、高岭土、石英、烧滑石、石灰石、氧化铬、五氧化二硼、氧化铝、硅藻土、电熔镁砂、硅酸锆、氧化钛、氧化锌、氧化铽、氧化钐、氧化镥、金属纳米颗粒作为釉料原料，通过喷釉或淋釉的方式把釉料施于生坯表面上，得到具有良好力学机械性能的碳纳米管增强的陶瓷砖，且其釉面美观大方。
【专利说明】一种碳纳米管增强的陶瓷砖
【技术领域】
[0002] 本发明属于耐火陶瓷砖领域，特别涉及一种碳纳米管增强的陶瓷砖。
【背景技术】
[0003] 随着我国建筑陶瓷行业的飞速发展，我国对于建筑陶瓷材料的需求也越来越旺 盛，尤其是碳纳米管增强的陶瓷砖领域。在该领域，人们也越来越重视新材质对于碳纳米管 增强的陶瓷砖的影响。并且通过引入新材质，可以提高碳纳米管增强的陶瓷砖的外在美观、 内在的物化性能以及健康环保。
[0004] 而在材料领域，碳纳米管具有良好的力学性能，CNTs抗拉强度达到50?200GPa， 是钢的100倍，密度却只有钢的1/6,至少比常规石墨纤维高一个数量级；它的弹性模量可 达lTPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。对于具有理想结构的单层壁的碳纳米 管，其抗拉强度约800GPa。碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似，但其结构却比高 分子材料稳定得多。碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料。若将以其他工程 材料为基体与碳纳米管制成复合材料，可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性 及各向同性，给复合材料的性能带来极大的改善。
[0005] 碳纳米管的硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性，可以拉伸。在工业上常用的 增强型纤维中，决定强度的一个关键因素是长径比，即长度和直径之比。材料工程师希望得 到的长径比至少是20:1，而碳纳米管的长径比一般在1000:1以上，是理想的高强度纤维材 料。2000年10月，美国宾州州立大学的研究人员称，碳纳米管的强度比同体积钢的强度高 100倍，重量却只有后者的1/6到1/7。碳纳米管因而被称"超级纤维"。
[0006] 碳纳米管和纳米材料由于其具有的优异的力学、电学和化学性能，具有广阔的应 用前景，将碳纳米管应用到陶瓷领域也是现在科学家们研究的重点，通过将碳纳米管引用 到氧化铝陶瓷中，可以大大提高氧化铝陶瓷的机械性能和力学性能。但是将碳纳米管和纳 米材料应用到碳纳米管增强的陶瓷砖领域的研究依旧存在颇多的挑战。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是针对上述问题，研制出一种将碳纳米管引入到坯体，将纳米材料 引入到釉料的碳纳米管增强的陶瓷砖， 坯体重量份组成为： 钾长石1(Γ45份；钠长石ΚΓ20份；广西白泥15?20份；凹凸棒土 30?50份；莫来 石2(Γ30份；水30?50份；碳纳米管1?3份；三聚磷酸钠1?2份；钢化纤维1飞份； 釉料重量份组成为： 长石15?25份，高岭土 1(Γ15份，石英8?10份，烧滑石10?20份，石灰石13?22 份，氧化铬〇. 5?5份，五氧化二硼3?9份，氧化错8?15份，娃藻土 5?12份，电烙镁 砂6?15份,娃酸锫5?14份,氧化钛1~10份,氧化锌1~10份,氧化试1~5份,氧化杉 广10份，氧化镥1飞份，金属纳米颗粒1飞份； 所述碳纳米管增强的陶瓷砖由如下制备方法制得： (1) 将坯体原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30-100min，得到混合均一的浆料，通过过筛、喷雾造粒后，通过等静压压制 成型、并在室温下陈化1-2天，得到生坯，随后在80(T830°C下对生坯进行素烧30-40min ; (2) 将釉料原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30-100min，得到混合均一的釉料； (3) 采用喷釉或淋釉的方式把釉料施于生坯表面上，然后在辊道窑烧成，烧成温度为 1185?1200°C，烧成周期为5(T55min，通过后续加工，得到碳纳米管增强的陶瓷砖成品。
[0008] 作为优选，所述金属纳米颗粒为金纳米颗粒、银纳米颗粒或者铜纳米颗粒。
[0009] 作为优选，所述金属纳米颗粒尺寸为l_30nm。
[0010] 作为优选，所述坯体重量份组成为：钾长石38份；钠长石16份；广西白泥18份； 凹凸棒40份；莫来石27份；水47份；碳纳米管2份；三聚磷酸钠1份；钢化纤维4份。
[0011] 作为优选，所述釉料重量份组成为：长石18份，高岭土 14份，石英9份，烧滑石 15份，石灰石20份，氧化铬3份，五氧化二硼6份，氧化铝9份，硅藻土 10份，电熔镁砂8 份,硅酸锆7份，氧化钛7份，氧化锌8份，氧化铽4份，氧化钐6份，氧化镥3份，金属纳 米颗粒4份。
[0012] 本发明的有益效果： (1)本发明通过创造性的将各种坯体原料和釉料原料进行有机的组合，并且通过优化 制备工艺，得到机械性能好，耐火隔热、健康环保、导热性能系数小、重量轻、吸水率低、釉料 色泽明显且可调的碳纳米管增强的陶瓷砖。
[0013] (2)本发明通过引入碳纳米管作为陶瓷坯体材料，不仅增韧了陶瓷坯体的机械性 能，并且也降低了陶瓷坯体的重量； (3)本发明通过将金属纳米颗粒引入到釉料，将其与稀土釉料结合起来，大大提升了釉 料的色泽度。
[0014] (4)本发明制备的碳纳米管增强的陶瓷砖制备工艺简单，环保，且便于工业化生 产。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合具体的实施例，并参照数据进一步详细描述本发明。应理解，这些实施例 只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。
[0016] 实施例1 : 一种碳纳米管增强的陶瓷砖，坯体重量份组成为： 钾长石10份；钠长石10份；广西白泥15份；凹凸棒土 30份；莫来石20份；水30份； 碳纳米管1份；三聚磷酸钠1份；钢化纤维1份； 釉料重量份组成为： 长石15份，高岭土 10份，石英8份，烧滑石10份，石灰石13份，氧化铬0.5份，五氧化 二硼3份，氧化铝8份，硅藻土 5份，电熔镁砂6份，硅酸锆5份，氧化钛1份，氧化锌1份， 氧化试1份，氧化杉1份，氧化镥1份，金纳米颗粒1份；所述金纳米颗粒尺寸为l〇nm ; 所述碳纳米管增强的陶瓷砖由如下制备方法制得： (1) 将坯体原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的浆料，通过过筛、喷雾造粒后，通过等静压压制成型、 并在室温下陈化1天，得到生坯，随后在800°C下对生坯进行素烧30min ; (2) 将釉料原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的釉料； (3) 采用喷釉或淋釉的方式把釉料施于生坯表面上，然后在辊道窑烧成，烧成温度为 1185°C，烧成周期为50min，通过后续加工，得到碳纳米管增强的陶瓷砖成品。
[0017] 实施例2: 一种碳纳米管增强的陶瓷砖，坯体重量份组成为： 钾长石10份；钠长石10份；广西白泥15份；凹凸棒土 30份；莫来石20份；水30份； 碳纳米管1份；三聚磷酸钠1份；钢化纤维1份； 釉料重量份组成为： 长石15份，高岭土 10份，石英8份，烧滑石10份，石灰石13份，氧化铬0.5份，五氧化 二硼3份，氧化铝8份，硅藻土 5份，电熔镁砂6份，硅酸锆5份，氧化钛1份，氧化锌1份， 氧化铽1份，氧化钐1份，氧化镥1份，银纳米颗粒1份；所述银纳米颗粒尺寸为l〇nm ; 所述碳纳米管增强的陶瓷砖由如下制备方法制得： (1) 将坯体原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的浆料，通过过筛、喷雾造粒后，通过等静压压制成型、 并在室温下陈化1天，得到生坯，随后在800°C下对生坯进行素烧30min ; (2) 将釉料原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的釉料； (3) 采用喷釉或淋釉的方式把釉料施于生坯表面上，然后在辊道窑烧成，烧成温度为 1185°C，烧成周期为50min，通过后续加工，得到碳纳米管增强的陶瓷砖成品。
[0018] 实施例3: 一种碳纳米管增强的陶瓷砖，坯体重量份组成为： 钾长石10份；钠长石10份；广西白泥15份；凹凸棒土 30份；莫来石20份；水30份； 碳纳米管1份；三聚磷酸钠1份；钢化纤维1份； 釉料重量份组成为： 长石15份，高岭土 10份，石英8份，烧滑石10份，石灰石13份，氧化铬0.5份，五氧化 二硼3份，氧化铝8份，硅藻土 5份，电熔镁砂6份，硅酸锆5份，氧化钛1份，氧化锌1份， 氧化试1份，氧化杉1份，氧化镥1份，铜纳米颗粒1份；所述铜纳米颗粒尺寸为l〇nm ; 所述碳纳米管增强的陶瓷砖由如下制备方法制得： (1) 将坯体原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的浆料，通过过筛、喷雾造粒后，通过等静压压制成型、 并在室温下陈化1天，得到生坯，随后在800°C下对生坯进行素烧30min ; (2) 将釉料原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的釉料； (3) 采用喷釉或淋釉的方式把釉料施于生坯表面上，然后在辊道窑烧成，烧成温度为 1185°C，烧成周期为50min，通过后续加工，得到碳纳米管增强的陶瓷砖成品。
[0019] 实施例4: 一种碳纳米管增强的陶瓷砖，坯体重量份组成为： 钾长石38份；钠长石16份；广西白泥18份；凹凸棒40份；莫来石27份；水47份；碳 纳米管2份；三聚磷酸钠1份；钢化纤维4份； 釉料重量份组成为： 长石18份，高岭土 14份，石英9份，烧滑石15份，石灰石20份，氧化铬3份，五氧化 二硼6份，氧化铝9份，硅藻土 10份，电熔镁砂8份，硅酸锆7份，氧化钛7份，氧化锌8份， 氧化试4份，氧化杉6份，氧化镥3份，金纳米颗粒1份；所述金纳米颗粒尺寸为10nm ; 所述碳纳米管增强的陶瓷砖由如下制备方法制得： (1) 将坯体原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的浆料，通过过筛、喷雾造粒后，通过等静压压制成型、 并在室温下陈化1天，得到生坯，随后在800°C下对生坯进行素烧30min ; (2) 将釉料原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的釉料； (3) 采用喷釉或淋釉的方式把釉料施于生坯表面上，然后在辊道窑烧成，烧成温度为 1185°C，烧成周期为50min，通过后续加工，得到碳纳米管增强的陶瓷砖成品。
[0020] 实施例5 : 一种碳纳米管增强的陶瓷砖，坯体重量份组成为： 钾长石38份；钠长石16份；广西白泥18份；凹凸棒40份；莫来石27份；水47份；碳 纳米管1份；三聚磷酸钠1份潮化纤维4份； 釉料重量份组成为： 长石18份，高岭土 14份，石英9份，烧滑石15份，石灰石20份，氧化铬3份，五氧化 二硼6份，氧化铝9份，硅藻土 10份，电熔镁砂8份，硅酸锆7份，氧化钛7份，氧化锌8份， 氧化试4份，氧化杉6份，氧化镥3份，金纳米颗粒4份；所述金纳米颗粒尺寸为30nm ; 所述碳纳米管增强的陶瓷砖由如下制备方法制得： (1) 将坯体原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的浆料，通过过筛、喷雾造粒后，通过等静压压制成型、 并在室温下陈化1天，得到生坯，随后在830°C下对生坯进行素烧30min ; (2) 将釉料原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的釉料； (3) 采用喷釉或淋釉的方式把釉料施于生坯表面上，然后在辊道窑烧成，烧成温度为 1200°C，烧成周期为55min，通过后续加工，得到碳纳米管增强的陶瓷砖成品。
[0021] 对比例1 : 一种碳纳米管增强的陶瓷砖，坯体重量份组成为： 钾长石10份；钠长石10份；广西白泥15份；凹凸棒土 30份；莫来石20份；水30份； 三聚磷酸钠1份；钢化纤维1份； 釉料重量份组成为： 长石15份，高岭土 10份，石英8份，烧滑石10份，石灰石13份，氧化铬0.5份，五氧化 二硼3份，氧化铝8份，硅藻土 5份，电熔镁砂6份，硅酸锆5份，氧化钛1份，氧化锌1份， 氧化试1份，氧化杉1份，氧化镥1份，金纳米颗粒1份；所述金纳米颗粒尺寸为lOnm ; 所述碳纳米管增强的陶瓷砖由如下制备方法制得： (1) 将坯体原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的浆料，通过过筛、喷雾造粒后，通过等静压压制成型、 并在室温下陈化1天，得到生坯，随后在800°C下对生坯进行素烧30min ; (2) 将釉料原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的釉料； (3) 采用喷釉或淋釉的方式把釉料施于生坯表面上，然后在辊道窑烧成，烧成温度为 1185°C，烧成周期为50min，通过后续加工，得到碳纳米管增强的陶瓷砖成品。
[0022] 对比例2 : 一种碳纳米管增强的陶瓷砖，坯体重量份组成为： 钾长石10份；钠长石10份；广西白泥15份；凹凸棒土 30份；莫来石20份；水30份； 碳纳米管1份；三聚磷酸钠1份；钢化纤维1份； 釉料重量份组成为： 长石15份，高岭土 10份，石英8份，烧滑石10份，石灰石13份，氧化铬0.5份，五氧 化二硼3份，氧化铝8份，硅藻土 5份，电熔镁砂6份，硅酸锆5份，氧化钛1份，氧化锌1 份，氧化铽1份，氧化钐1份，氧化镥1份； 所述碳纳米管增强的陶瓷砖由如下制备方法制得： (1) 将坯体原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的浆料，通过过筛、喷雾造粒后，通过等静压压制成型、 并在室温下陈化1天，得到生坯，随后在800°C下对生坯进行素烧30min ; (2) 将釉料原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的釉料； (3) 采用喷釉或淋釉的方式把釉料施于生坯表面上，然后在辊道窑烧成，烧成温度为 1185°C，烧成周期为50min，通过后续加工，得到碳纳米管增强的陶瓷砖成品。
[0023] 对比例3 :-种碳纳米管增强的陶瓷砖，坯体重量份组成为： 钾长石10份；钠长石10份；广西白泥15份；凹凸棒土 30份；莫来石20份；水30份； 三聚磷酸钠1份；钢化纤维1份； 釉料重量份组成为： 长石15份，高岭土 10份，石英8份，烧滑石10份，石灰石13份，氧化铬0.5份，五氧 化二硼3份，氧化铝8份，硅藻土 5份，电熔镁砂6份，硅酸锆5份，氧化钛1份，氧化锌1 份，氧化铽1份，氧化钐1份，氧化镥1份； 所述碳纳米管增强的陶瓷砖由如下制备方法制得： (1) 将坯体原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的浆料，通过过筛、喷雾造粒后，通过等静压压制成型、 并在室温下陈化1天，得到生坯，随后在800°C下对生坯进行素烧30min ; (2) 将釉料原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30min，得到混合均一的釉料； (3) 采用喷釉或淋釉的方式把釉料施于生坯表面上，然后在辊道窑烧成，烧成温度为 1185°C，烧成周期为50min，通过后续加工，得到碳纳米管增强的陶瓷砖成品。
[0024] 通过将对比例1-3和实施例1相比较，当添加有碳纳米管作为坯体原料时，坯体的 机械性能和力学性能提高幅度达到了 20%，这对于碳纳米管增强的陶瓷砖来说是一个很大 的进步；而通过将金属纳米颗粒引入到釉料中，由于不同尺寸的金属纳米颗粒具有不同的 颜色，因此，将有助于调节釉料的色彩，并且具有金属光泽的釉料，将大大提高碳纳米管增 强的陶瓷砖的美观程度。
【权利要求】
1. 一种碳纳米管增强的陶瓷砖，其特征在于： 坯体重量份组成为： 钾长石1(Γ45份；钠长石ΚΓ20份；广西白泥15?20份；凹凸棒土 30?50份；莫来 石2(Γ30份；水30?50份；碳纳米管1?3份；三聚磷酸钠1?2份；钢化纤维1飞份； 釉料重量份组成为： 长石15?25份，高岭土 1(Γ15份，石英8?10份，烧滑石10?20份，石灰石13?22 份，氧化铬〇. 5?5份，五氧化二硼3?9份，氧化错8?15份，娃藻土 5?12份，电烙镁 砂6?15份,娃酸锫5?14份,氧化钛1~10份,氧化锌1~10份,氧化试1~5份,氧化杉 广10份，氧化镥1飞份，金属纳米颗粒1飞份； 所述碳纳米管增强的陶瓷砖由如下制备方法制得： (1) 将坯体原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30-100min，得到混合均一的浆料，通过过筛、喷雾造粒后，通过等静压压制 成型、并在室温下陈化1-2天，得到生坯，随后在80(T830°C下对生坯进行素烧30-40min ; (2) 将釉料原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为乙醇和水混合物，磨球为氧化铝 磨球，通过球磨30-100min，得到混合均一的釉料； (3) 采用喷釉或淋釉的方式把釉料施于生坯表面上，然后在辊道窑烧成，烧成温度为 1185?1200°C，烧成周期为5(T55min，通过后续加工，得到碳纳米管增强的陶瓷砖成品。
2. -种如权利要求1所述的碳纳米管增强的陶瓷砖，其特征在于所述金属纳米颗粒为 金纳米颗粒、银纳米颗粒或者铜纳米颗粒。
3. -种如权利要求1或2所述的碳纳米管增强的陶瓷砖，其特征在于所述金属纳米颗 粒尺寸为l -30nm。
4. 一种如权利要求3所述的碳纳米管增强的陶瓷砖，其特征在于所述坯体重量份组成 为：钾长石38份；钠长石16份；广西白泥18份；凹凸棒40份；莫来石27份；水47份；碳 纳米管2份；三聚磷酸钠1份；钢化纤维4份。
5. -种如权利要求4所述的碳纳米管增强的陶瓷砖，其特征在于所述釉料重量份组成 为：长石18份，高岭土 14份，石英9份，烧滑石15份，石灰石20份，氧化铬3份，五氧化二 硼6份，氧化铝9份，硅藻土 10份，电熔镁砂8份，硅酸锆7份，氧化钛7份，氧化锌8份， 氧化铽4份，氧化钐6份，氧化镥3份，金属纳米颗粒4份。
【文档编号】C04B33/13GK104193292SQ201410382687
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】崔德柱 申请人:苏州科德溯源仪器有限公司