一种轻质隔热陶瓷的低温制备方法与流程

技术领域

本发明涉及一种轻质隔热陶瓷的制备方法，特别涉及一种轻质隔热陶瓷的低温烧成方法。

背景技术：

轻质隔热陶瓷比重小、导热系数低，已广泛应用于建筑、能源、化工、航空航天等领域。近年来，轻质隔热陶瓷得到了迅猛发展，但其制备技术普遍存在原料要求高、工艺复杂、设备要求高、烧成温度高等缺点。

如专利“一种轻质隔热陶瓷制品及其制作方法”(CN105174905A)，虽然该制品具有独特的负离子释放功能，应用于健康和环保领域，但原料要求高(尤其是含有稀土氧化物)，而且需要先在850-1000℃下预烧2.5-3.5h，再升温至1500-1650℃烧成7-8h才能制成，烧成温度高，普通陶瓷窑炉难以实现。专利“一种建筑用多孔保温陶瓷材料及其制备方法”(CN106478077A)，采用发泡工艺与注凝成型相结合的方法制备出结构均匀、保温性能和抗热震性能良好的多孔保温陶瓷，但需要用到增强纤维、氧化钇或氧化锆等，原料成本高。而且需要在高纯氮气气氛中，快速升温至1000-1200℃保温1-3h，再缓慢升温至1300-1500℃，烧结1-2h，烧结完后降温至600-1000℃保温1-5h，最后随炉冷却制得，烧成温度高，能耗大，对窑炉等设备要求苛刻，难以产业化。专利“一种隔热保温陶瓷板及其制备工艺”(CN104086205A)，利用抛光废料、硅藻土、发泡剂等原料在1100-1200℃下制成了隔热保温陶瓷板，但是原料粉体需要过200-300目筛，对粉体要求高，并且烧成温度也高。专利“一种低导热系数隔热陶瓷砖及其制备方法”(CN103951397A)，制备出了导热系数小于0.2 W/m▪K的隔热陶瓷砖，但所用改性粘土制备工艺复杂，也需要硅酸锆、硼酸锌等化工原料，原料成本高；烧成时，需要在820-860℃保温0.5-1h，再升温至1220-1280℃保温1.5-2h，然后降温至740-780℃保温1-1.5h，再升温至1060-1120℃保温1-2h，最后冷却制得，烧成过程繁琐，且烧成温度也高，不利于节能。专利“低温环保陶瓷及制作方法”(CN105967644A)，虽然烧成温度降至900-950℃，实现了低温烧成，但是制品不是轻质陶瓷。

本发明则是以建筑废弃物等固体废弃物作为主要原料，辅以其他原料及添加剂，在700-1200 ℃下低温烧成制备轻质隔热陶瓷，避免了当前技术普遍存在的原料要求高、工艺复杂、设备要求高、烧成温度高等问题。所制备的轻质隔热陶瓷绿色环保、密度低、孔径可控、热导率低、力学性能好、生产成本低，适合产业化。有效促进了我国建筑废弃物大量堆积所造成的挤占土地、危害生活环境、浪费矿物资源等一系列环境问题的解决。

技术实现要素：

为了开发一种绿色环保、性能优良、生产成本低的轻质隔热陶瓷材料，同时也为了促进固体废弃物资源化利用，本发明提出了一种以建筑废弃物等固体废弃物为主要原料，制备轻质隔热陶瓷的方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种轻质隔热陶瓷的低温制备方法，包括以下步骤：

(1)将预处理后的建筑废弃物和其它原料进行球磨混料；

(2)将步骤(1)得到的混料进行造粒，制得原料粉体；

(3)将步骤(2)所得到的原料粉体压制成型，干燥坯体；

(4)将步骤(3)所得到的干燥坯体在700-1200℃下进行烧成，得到轻质隔热陶瓷。

优选的，步骤(1)所述建筑废弃物占所有原料质量的0-80%。

进一步优选的，所述建筑废弃物的用量为0-80g、其他原料的用量为0-100g。

优选的，步骤(1)所述其他原料为陶瓷抛光渣、滑石、长石、球土、粉煤灰、硅藻土和发泡剂中的一种或多种。

进一步优选的，所述长石为钠长石或钾长石。

进一步优选的，所述发泡剂为SiC、Fe、Fe₂O₃和CaCO₃中的一种或几种，所述发泡剂占所有原料质量的0-25%。

优选的，步骤(1)所述球磨的时间为1-24h，球磨的转速为200-600 r/min。

优选的，步骤(2)中，造粒时原料粉体所过筛的目数为30-300目，烘的温度为60-120℃。

优选的，步骤(3)所述压制成型的压力为1 -1000MPa。

优选的，步骤(4)所述烧成的升温速率为2-50℃/min。

优选的，步骤(4)所述烧成的保温时间为0.1-24小时。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

(1) 本发明将建筑废弃物等固体垃圾作为原料的一部分，既有助于打破固体垃圾处理难的瓶颈，又可以减少陶瓷行业的天然矿物原料消耗，大大降低陶瓷工业的原料成本；

(2)本发明的制备方法具有工艺简洁、生产成本低、绿色环保的特点；

(3)本发明的制备方法中，可以通过调节升温速率、烧成温度、保温时间、发泡剂添加量来控制轻质隔热陶瓷的气孔孔径；

(4)本发明制备的轻质隔热陶瓷具有密度低、孔径可控、热导率低、力学性能好的优良特点；

(5)轻质隔热陶瓷的低温烧成制备，既大大降低陶瓷工业的生产能耗，又可以大大提高建筑节能效果。

附图说明

图1为实施例1制备轻质隔热陶瓷的流程图；

图2为实施例1的轻质隔热陶瓷的断面形貌图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种轻质隔热陶瓷的制备方法，制备流程图如图1所示，包括以下步骤:

(1)将建筑废弃物球磨后过30目筛，然后称取67g建筑废弃物，23g钠长石，9.3g球土，0.7gSiC，用球磨机以600r/min的转速，球磨混料1小时；

(2)将球磨后的混料加水研磨，然后过30目筛，放入烘箱60℃烘5分钟；

(3)将步骤（2）造粒后的粉体倒入模具，在200MPa下压制成型，然后烘干；

(4)将步骤（3）所得陶瓷坯体放入高温炉内烧成，烧成温度为1200℃，升温速率为50℃/min，保温时间为0.1小时，制得轻质隔热陶瓷。

本实施例所得轻质隔热陶瓷的断面形貌图如图2所示，从图2中可以看出，此时气孔孔径较小，主要是升温速率较快，保温时间较短，发泡剂在高温下反应时间短，生成的气体量少导致。

本实施例制备的轻质隔热陶瓷，密度为1.87g/cm3，吸水率为18.52%，抗压强度为73.58MPa，平均孔径为15.36μm，热导率为0.82W/m▪K。

实施例2

一种轻质隔热陶瓷的制备方法，包括以下步骤:

(1)称取10g球土，90g陶瓷抛光渣，用球磨机以400r/min的转速，球磨混料2小时；

(2) 将球磨后的混料加水研磨，然后过300目筛，放入烘箱80℃烘6分钟；

(3)将步骤（2）造粒后的粉体倒入模具，在10MPa下压制成型，然后烘干；

(4)将步骤（3）所得陶瓷坯体放入高温炉内烧成，烧成温度为1150℃，升温速率为2℃/min，保温时间为1.5小时，制得轻质隔热陶瓷。

本实施例制备的轻质隔热陶瓷，密度为0.37g/cm³，吸水率为3.29%，抗压强度为2.58MPa，平均孔径为1.36mm，热导率为0.10W/m▪K。

实施例3

一种轻质隔热陶瓷的制备方法，包括以下步骤:

(1) 将建筑废弃物球磨后过200目筛，然后称取30g建筑废弃物，30g陶瓷抛光渣，30g粉煤灰， 10g球土，用球磨机以200r/min的转速，球磨混料24小时；

(2) 将球磨后的混料加水研磨，然后过200目筛，放入烘箱100℃烘5分钟；

(3)将步骤（2）造粒后的粉体倒入模具，在1000MPa下压制成型，然后烘干；

(4)将步骤（3）所得陶瓷坯体放入高温炉内烧成，烧成温度为1100℃，升温速率为30℃/min，保温时间为12小时，制得轻质隔热陶瓷。

本实施例制备的轻质隔热陶瓷，密度为0.76g/cm³，吸水率为1.03%，抗压强度为15.23MPa，平均孔径为0.21mm，热导率为0.23W/m▪K。

实施例4

一种轻质隔热陶瓷的制备方法，包括以下步骤:

(1) 将建筑废弃物球磨后过100目筛，然后称取60g建筑废弃物，30g钾长石，9.6g球土，0.4gSiC，用球磨机以300r/min的转速，球磨混料10小时；

(2) 将球磨后的混料加水研磨，然后过100目筛，放入烘箱120℃烘3分钟；

(3)将步骤（2）造粒后的粉体倒入模具，在15MPa下压制成型，然后烘干；

(4)将步骤（3）所得陶瓷坯体放入高温炉内烧成，烧成温度为1080℃，升温速率为5℃/min，保温时为2.5小时，制得轻质隔热陶瓷。

本实施例制备的轻质隔热陶瓷，密度为0.37g/cm³，吸水率为3.01%，抗压强度为2.04MPa，平均孔径为2.16mm，热导率为0.12W/m▪K。

实施例5

一种轻质隔热陶瓷的制备方法，包括以下步骤:

(1) 将建筑废弃物球磨后过30目筛，然后称取42g建筑废弃物，18g陶瓷抛光渣，15g滑石，25gCaCO₃，用球磨机以500r/min的转速，球磨混料12小时；

(2) 将球磨后的混料加水研磨，然后过30目筛，放入烘箱60℃烘6分钟；

(3)将步骤（2）造粒后的粉体倒入模具，在500MPa下压制成型，然后烘干；

(4)将步骤（3）所得陶瓷坯体放入高温炉内烧成，烧成温度为700℃，升温速率为3℃/min，保温时间为24小时，制得轻质隔热陶瓷。

本实施例制备的轻质隔热陶瓷，密度为1.01g/cm³，吸水率为15.45%，抗压强度为28.47MPa，平均孔径为93.17μm，热导率为0.37 W/m▪K。

实施例6

一种轻质隔热陶瓷的制备方法，包括以下步骤:

(1) 将建筑废弃物球磨后过60目筛，然后称取61g建筑废弃物，17g钠长石，10g球土，5gFe，7gCaCO₃，用球磨机以400r/min的转速，球磨混料20小时；

(2) 将球磨后的混料加水研磨，然后过60目筛，放入烘箱60℃烘6分钟；

(3)将步骤（2）造粒后的粉体倒入模具，在300MPa下压制成型，然后烘干；

(4)将步骤（3）所得陶瓷坯体放入高温炉内烧成，烧成温度为1050℃，升温速率为20℃/min，保温时间为6小时，制得轻质隔热陶瓷。

本实施例制备的轻质隔热陶瓷，密度为0.59g/cm³，吸水率为2.60%，抗压强度为7.88MPa，平均孔径为0.63mm，热导率为0.18 W/m▪K。

实施例7

一种轻质隔热陶瓷的制备方法，包括以下步骤:

(1) 将建筑废弃物球磨后过30目筛，然后称取40g建筑废弃物，40g陶瓷抛光渣， 10g球土，10gCaCO₃，用球磨机以300r/min的转速，球磨混料6小时；

(2) 将球磨后的混料加水研磨，然后过30目筛，放入烘箱80℃烘6分钟；

(3)将步骤（2）造粒后的粉体倒入模具，在50MPa下压制成型，然后烘干；

(4)将步骤（3）所得陶瓷坯体放入高温炉内烧成，烧成温度为900℃，升温速率为10℃/min，保温时间为20小时，制得轻质隔热陶瓷。

本实施例制备的轻质隔热陶瓷，密度为0.61g/cm³，吸水率为2.91%，抗压强度为10.88MPa，平均孔径为0.69mm，热导率为0.20 W/m▪K。

实施例8

一种轻质隔热陶瓷的制备方法，包括以下步骤:

(1) 将建筑废弃物球磨后过30目筛，然后称取40g建筑废弃物，25g陶瓷抛光渣，14g钾长石，5g硅藻土，10g球土，6gFe₂O₃，用球磨机以500r/min的转速，球磨混料3小时；

(2) 将球磨后的混料加水研磨，然后过30目筛，放入烘箱60℃烘6分钟；

(3)将步骤（2）造粒后的粉体倒入模具，在1MPa下压制成型，然后烘干；

(4)将步骤（3）所得陶瓷坯体放入高温炉内烧成，烧成温度为1000℃，升温速率为8℃/min，保温时间为18小时，制得轻质隔热陶瓷。

本实施例制备的轻质隔热陶瓷，密度为0.83g/cm³，吸水率为8.46%，抗压强度为19.04MPa，平均孔径为0.12mm，热导率为0.28 W/m▪K。

实施例9

一种轻质隔热陶瓷的制备方法，包括以下步骤:

(1) 将建筑废弃物球磨后过40目筛，然后称取80g建筑废弃物，13g球土，4g硅藻土，1gSiC，2g Fe₂O₃，用球磨机以200r/min的转速，球磨混料18小时；

(2) 将球磨后的混料加水研磨，然后过40目筛，放入烘箱80℃烘6分钟；

(3)将步骤（2）造粒后的粉体倒入模具，在10MPa下压制成型，然后烘干；

(4)将步骤（3）所得陶瓷坯体放入高温炉内烧成，烧成温度为1100℃，升温速率为3℃/min，保温时间为1小时，制得轻质隔热陶瓷。

本实施例制备的轻质隔热陶瓷，密度为0.33g/cm³，吸水率为15.46%，抗压强度为1.87MPa，平均孔径为3.46mm，热导率为0.13 W/m▪K。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，在未背离本发明的精神实质与原理下所作的任何改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。