一种熔岩琉璃石及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及建筑装饰材料技术领域，尤其涉及一种熔岩琉璃石及其制备方法和应用。

背景技术

目前天然大理石产品因其漂亮的自然纹理、高强度和质感受到建筑行业的青睐，但其为自然资源，品质好的天然大理石产品更是稀缺，不能通过工业化批量生产，大理石的采集和加工都需要消耗大量的自然资源和能源，而且采集工艺和后续处理环节也会对环境造成破坏。因而各种人造大理石产品应运而生，最常见是以天然大理石的碎石作为填充料，用水泥、石膏和高分子材料作为粘合剂，成型研磨后得到，这种材料虽然在外观上与天然大理石有几分相似之处，但在质感、美观度、表面强度、耐候性、耐腐蚀性等方面仍存在较大差距，如易返黄、表面易刮花、难清洁，当制造过程中使用劣质材料，如含有甲醛、苯等有害物质的粘合剂的使用，在制造和使用过程中均会对环境造成污染和对人体造成伤害。

玻璃作为建筑材料也由来已久，而装饰用玻璃大多需要经过深加工，如钢化玻璃、压花玻璃、喷砂玻璃、磨砂玻璃、夹丝玻璃、玻璃砖、以及各种艺术玻璃等，但这些装饰玻璃均脱离不了玻璃的生产工艺，在色彩、图案、纹理上均难以得到破坏，无法进行自由设计，也难以得到类似天然大理石的纹理结构。而至于陶瓷材料，其大多不具有透明的质感，在色彩和纹理上也难以实现自由设计。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种具有丰富纹理层次和设定图案及颜色的熔岩琉璃石，以及该熔岩琉璃石的制备方法，由该方法制备的熔岩琉璃石团纹理层次丰富炫丽，图案清晰，颜色鲜艳稳定，不会褪色，强度符合建筑行业要求，具有超强防污能力、良好的清洁优势和隔热隔音性能，可用于建筑装饰中。

通过研究天然大理石的形成机理，即其源于火山熔岩喷发达到高温，流动，叠加后冷却形成的一种自然肌理构造，本发明开发了一种熔岩琉璃石的制备方法，其利用废旧玻璃为原料，废料循环利用，结合传统热熔玻璃工艺制作及美术图案，利用不同熔点材料在不同温度下相互渗透和融合的特点，将这些材料通过特殊的组合布料，在高温烧制下相互流动、叠加，在产品内部形成多色彩纹理的熔岩琉璃石，它具有内在叠加纹线，从而达到在灯光下突显其内在色彩立体的流畅视觉。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种熔岩琉璃石，包括如下重量百分含量的组分：玻璃废料35％-45％，基础料25％-35％，有色备料25％-30％，析晶材料1％-3％，助熔助流动剂。

进一步优选地，所述熔岩琉璃石包括如下重量百分含量的组分：玻璃废料40％，基础料30％，有色备料27％，析晶材料2％，助熔助流动剂1％。玻璃废料的粒径为0-20目，由废旧玻璃粉碎而成。

进一步地，所述基础料的熔点为900-1100℃，其包括如下重量份的组分：石英砂220-250份，纯碱40-60份，钾长石20-40份，二氧化硅28-40份，碳酸钾20-25份，氧化铝5-10份，方解石38-50份，萤石5-10份，白云石5-10份，硼砂15-20份，硝酸钠2-8。

进一步地，所述基础料的熔点为750-850℃，其包括如下重量份的组分：玻璃废料80-120份，纯碱100-120份，石英砂150-200份，钾长石50-80份，萤石40-50份，二氧化硅5-15份，硼砂20-40份，硝酸钠8-12。

基础料在组成成份上的不同导致其熔点的不同，熔点的不同决定其在高温下的流动性，也直接导致烧制过程中与有色备料之间的融合和渗透情况不同，从而形成不同的纹理特征，基础料组分和熔点等方面也差别也直接影响最终产品在强度、耐磨性、透明度等物理性能上的差别。上述基础料的制备方法为：将所有组分混合均匀后，在1300℃的熔炉中烧制8h达到玻璃状态后，再经过滚压、冷却、破碎而成。

进一步地，所述有色备料包括基料(也称白料)和着色料，所述基料包括如下重量份的组分：石英砂220-250份，钾长石60-80份，纯碱50-80份，硝酸钠8-12份，萤石30-40份，硼砂30-50份，方解石35-45份，陶瓷固色剂10-30份。萤石、硼砂和方解石的作用主要是调节有色备料的熔点。

所述着色料包括如下组分中的一种或几种的组合：氧化铜、氧化硒、氧化铒、高锰酸钾、氧化钴、红矾钾、钛镍黄、钛铬棕、铁锌铬棕、钴蓝废料。需要根据设计的图案色彩来选择和搭配。

进一步地，所述有色备料的制备方法为：将基料和着色料混合均匀，然后经1200-1300℃窑炉烧制熔化后，滚压块状冷却成型；再破碎成不同目数，即得不同粒径的有色备料，或破碎成一定目数后加入水和羧甲基纤维素后搅拌均匀，即得有色色浆状的有色备料。

进一步地，所述有色备料包括如下几种规格中的一种或几种的组合：

有色备料一：粒径0-6mm，熔点在650-725℃；

有色备料二：粒径2-10mm，熔点在725-775℃；

有色备料三：粒径15-25mm，熔点在850-950℃；

有色备料四：粒径40-60mm，熔点在1000-1200℃。

通过对着色料组分的选择、组合和配比可得到不同颜色的有色备料，如红色、绿色、黄色等不同色系；同样，通过着色料与基料的配比不同，可得到深浅不一的红色系、绿色系和黄色系等；通过对基料组分的调配，可得到不同熔点的有色备料。因此，由上述配比和方法可得到若干不同颜色、熔点和粒径的系列有色备料，实际生产中，根据产品设计的透明度、图案、纹理和色彩来选择相应系列的有色备料，或者不同系列有色备料的组合搭配。

进一步地，所述助熔助流动剂为硼砂或/和纯碱。

进一步地，所述析晶材料为析晶矿物剂，所述析晶矿物剂为金属粉、氧化镍、红矾钾、氧化锰和氧化钴中的一种或几种的组合。

玻璃制品生产中，如果其表面或内部出现了晶体状物质，这些晶体物质会影响玻璃的透明度和美观度，因而常规的玻璃生产中需尽量减少玻璃析晶的发生。本发明中加入析晶矿物剂类的析晶材料，可使熔岩琉璃石在高温烧制过程中产生析晶，产生金属色，比如金色、银色等金属光泽，赋予材料丰富的美感。

一种上述熔岩琉璃石的制备方法，包括如下步骤：

布料：步骤一、将玻璃废料和基础料混合均匀后布置于底部，形成底层；

步骤二、在底层上布置熔点在850-950℃的有色备料，形成第一有色备料层；

步骤三、在第一有色备料层上布置熔点在1000-1200℃的有色备料，形成第二有色备料层；

步骤四、在第二有色备料层上布置熔点在725-775℃的有色备料，形成第三有色备料层；

步骤五、在第三有色备料层上先均匀布设助熔助流动剂，再均匀布设析晶材料。

上述布料方式是为了后续在烧成过程中，根据不同的温区实现熔融液在流动、扩散中相互更好的叠加融合，产生图纹肌理，同时也形成析晶，最终得到设计的图案和纹理。而且由于原料的组成使得最终的产品具有一定的透明性，各层原料之间相互渗透，使得内部纹理具有层次感，在光线照射下这种层次感亦能产生强烈的立体视觉效果，更增强了产品的美感。

烧制：步骤六、将布设好的原料送入高温窑中，先在100-200℃温区下进行干燥和预热；

步骤七、然后进入700-800℃温区微熔15-25min，再进入850-950℃温区进行50-60min微熔流动，使该熔点下的物料熔化后相互流动、渗透、下沉而勾勒出具有丰富纹理的图案；

步骤八、再进入1100-1200℃温区进行2.5-4h熔化，所有物料均熔化，并相互叠加，形成设定形态的图纹肌理及析晶；

步骤九、达到析晶效果后进行快速降温，温度降低至700-750℃，然后凝结固化1-1.5h；

步骤十、固化定型后进行退火处理，在10h内降温至50-60℃；

步骤十一、退火完毕后进行水切修复，定厚，打磨抛光。

一种上述熔岩琉璃石在建筑装饰中的应用，可用于各种墙面、地面、台面等的装饰中。

本发明制备方法得到的熔岩琉璃石具有透光度高、零吸水率、硬度高、抗酸碱性好、抗紫外线、耐磨度高、不变色等特点，而且高温力学性能好(强度、抗蠕变性)，可做多元化色彩，可代替大理石、玻璃和陶瓷等应用于高端场所，如艺术博物馆、高端餐厅、别墅家装、酒吧吧台、家用台面、橱柜装饰、酒店灯光墙、背景文案、休闲会所内饰、家庭地面及会议场所等的装饰，相比于现有的玻璃装置具有更丰富的美感，且可根据需要设计搭配，规格可根据应用需求定制，可设计性强，适用性广。

本发明熔岩琉璃石可利用玻璃废料，响应国家碳中和大方向；熔岩琉璃石具有超出天然大理石的质感和硬度，比天然大理石的纹理层次更加丰富与绚彩，相对于天然大理石可以实现工业化量产，且产品稳定，且具有可设计性；相比于玻璃和陶瓷，具有更丰富的色彩、图案和纹理，其纹理渗透整个材料，同时在硬度和脆性方面也得到改良；透光度强，通过透光折射把里面的纹理层次颜色图案更加清晰地呈现出来；色彩方面更具有优势，可做到任何色彩搭配，并在流动过程中产生叠加，这是传统工艺色彩没法突破的层面，本发明产品因工艺的突破而产生色彩的鲜艳度远远高于天然大理石色彩与传统色彩；本发明产品材料95％以上是玻璃材料，吸水率为零，具有超强防污能力及良好的清洁优势；本发明产品具有良好的隔热性和隔音性能，可以有效地隔绝外部热量及噪音。

附图说明

图1为本发明熔岩琉璃石的一种外观图示例。

图2为本发明熔岩琉璃石的另一种外观图示例。

图3为本发明熔岩琉璃石的又一种外观图示例。

图4为本发明熔岩琉璃石的又一种外观图示例。

具体实施方式

实施例一

一种熔岩琉璃石，包括如下重量百分含量的组分：40％的玻璃废料、30％的基础料、27％的有色备料、2％的析晶材料和1％的助熔助流动剂。

玻璃废料为由废旧玻璃粉碎成的0-20目的粉状。

基础料的熔点为800℃，其组成配方为(重量)：玻璃废料100份、轻碱(轻质纯碱)110份、石英砂200份、钾长石60份、萤石40份、二氧化硅10份、硼砂30份、硝酸钠10份。这些原料混合后，经过熔炉1300℃烧制，8小时达到玻璃状态，经过滚压、冷却、破碎，得到基础料。

有色备料包括白料和着色料。白料的组分配比根据熔点等实际需求来调配，作为其中一种实施方式，白料(基料)的组成配方为(重量)：石英砂230份、纯碱70份、钾长石80份、萤石35份、硼砂50份、方解石40份、九八粉20份、硝酸钠10份。九八粉作为陶瓷固色剂，主要成分是碳酸钠，生产厂家为佛山市金威胜陶瓷颜料有限公司，其作用主要是为了吸附着色剂，使其在烧制过程中不容易挥发，保护颜色。通过调整各原料的比例，得到需要其他性能的白料。着色料(可根据需要的颜色选择着色料)：氧化铜10份、红矾钾(重铬酸钾)70份、钛镍黄30份。

白料和着色料混合后经1300℃窑炉烧制10h，滚压块状冷却成型，破碎成不同目数的有色备料。根据需要得到如下几种不同规格的有色备料：2-10mm，熔点在750℃左右；15-25mm，熔点在900℃左右；40-60mm，熔点在1100℃左右。

助熔助流动剂为纯碱。

析晶材料的配方为(重量)：金属粉1份、氧化镍3.8份、红矾钾3.8份、氧化锰3.8份、氧化钴0.118份。还可根据实际需要添加澄清剂等其它助剂。

上述熔岩琉璃石的制备方法，包括如下步骤：

布料步骤：

步骤一：将玻璃废料和基础废料进行搅拌混合布置于底部，形成底层；

步骤二：在底层上布置熔点在900℃左右的有色备料，形成第一有色备料层；

步骤三：在第一有色备料层上布置熔点在1000℃左右的有色备料，形成第二有色备料层；

步骤四：在第二有色备料层上布置熔点在750℃左右的有色备料，形成第三有色备料层；

步骤五：在第三有色备料层上均匀布设助熔助流动剂；

步骤六：布置析晶材料。

这个布料方式是为了后续在烧成过程中，根据不同的温区实现溶液在流动中相互更好的叠加融合，产生图文肌理及析晶形成。

烧制工艺：

(1)推入100℃-200℃的高温窑内进行干燥和预升温；

(2)进入750℃温区微溶20min，进入900℃温区进行1h微溶流动，让在该熔点的物料相互流动、下沉，勾勒出基础的具有丰富纹理的图案；

(3)再进入1100℃温区进行3h熔化，所有物料都熔融，并进行相互叠加，形成所需形态的图纹肌理及析晶；

(4)达到析晶效果后进行快速降温，温度降低至700-750℃，然后凝结固化1h；

(5)固化定型后进行退火处理，在10h内降温至60℃

(6)退火完毕后进行水切修复，定厚，打磨抛光。

实施例一得到的熔岩琉璃石产品见图1。

实施例二

一种熔岩琉璃石，包括如下重量百分含量的组分：35％的玻璃废料、32％的基础料、30％的有色备料、2％的析晶材料、1％的助熔助流动剂。

基础料的熔点为1000℃，其组成配方为(重量)：石英砂230份、纯碱轻碱50份、钾长石30份、二氧化硅38份、碳酸钾22份、氧化铝8份、方解石50份、萤石5份、白云石8份、硼砂20份、硝酸钠2份。

着色料(根据需要的颜色选择着色料)：钴蓝废料100份、氧化铜75份。

助熔助流动剂为硼砂。

其余与实施例一相同。实施例二得到的熔岩琉璃石产品见图2。

图1至图4均为本发明熔岩琉璃石的产品图片，由图可知，本发明的熔岩琉璃石透光性强，具有玻璃质感，并自然形成多层叠加纹理，纹理层次丰富绚丽，图案清晰，又具有大理石的纹理特点，从里到外透射出因不同纹理的层次叠加而自然形成的丰富的色彩肌理效果，从而达到更高艺术价值。同时，其颜色鲜艳稳定，不会褪色，强度符合建筑行业要求，具有超强防污能力、良好的清洁优势和隔热隔音性能。

本发明产品经检测，其物理指标(平均值)为：抗弯强度：1300MPa；硬度：6-7莫氏硬度；耐磨转数：2100转；耐磨等级：4级；湿膨胀：≤0.01；耐酸性：GHA级；耐碱性：GHA级。具体检测方法、与标准值之间的比较见表一。

表一本发明实施例的测试结果

一般市面上比较坚硬的人造大理石的硬度是莫氏硬度6，天然大理石硬度一般达到莫氏硬度3，一般抛光砖的莫氏硬度在6－7级，长石(花岗岩)的莫氏硬度为6，石英(花岗岩)的莫氏硬度为7，因而，本发明熔岩琉璃石的莫氏硬度达到天然大理石的硬度，满足建筑材料的通用要求；耐酸碱性能均达GHA级，无惧化学腐蚀，可适应复杂环境，使用寿命长；吸水性和湿膨胀率均达到国家标准要求；耐磨性能满足行人来往频繁地面的要求；实践也证明，其抗冲击性、抗压性、抗弯曲性能均达到瓷砖类建筑材料的水平，可用于建筑装饰中。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。