一种高强度超薄岩板及其制备方法

技术领域

本发明涉及岩板技术领域，尤其涉及一种高强度超薄岩板及其制备方法。

背景技术

近两年来，岩板已成为各大陶瓷企业的新宠，岩板厚度范围较广，从3mm到20mm，尺寸从900*1800mm到1600*3800mm，甚至出现1800*9000mm的超大岩板，岩板的种类也各式各样，对于厚度≤3mm的超薄岩板不仅质轻，易于运输、安装，且可为陶企减少原料成本，增加利润，超薄岩板在家具面板、电器面板、墙面装饰等领域应用广泛。

由于岩板属脆性材料，作为家居台面、面板使用前，需要进行切割、打磨、钻孔、倒角等机械加工，据不完全统计，目前岩板产品进行机械加工时会出现30％～50％切割开裂，对于厚度≤3mm的超薄岩板切割开裂率更高，严重影响产品的后期使用，增加生产成本，加工易开裂已成为限制岩板发展的瓶颈。

申请号为202010954969.8的中国专利申请公开了一种高强度陶瓷岩板及其制备方法，该专利通过设计岩板坯、底釉和面釉的不同成分组成来实现岩板的高强度，但需要三者高度匹配才能达到所述效果，在实际生产中若出现坯、底釉和面釉原料波动，就不容易达到提高岩板强度的目的。

申请号为202010864905.9的中国专利申请公开了一种不易碎裂的岩板及其制备方法，该申请通过在岩板原料中加入碳化硅和增强剂来提高岩板的断裂模数和破坏强度，碳化硅高温反应产生气体，容易在岩板内部和釉面产生气孔缺陷，从而降低其断裂模数和破坏强度，难以达到提高岩板的断裂模数和破坏强度的目的。

申请号为202111178761.2的中国专利申请教导了一种分区分层布料制备强韧化岩板的工艺技术，该申请采用分层布料制备岩板坯体和在岩板坯体原料中加入四方相氧化锆粉料，由于四方相氧化锆在相变时体积膨胀，使裂纹尖端弥合，阻止裂纹扩展和增加强韧化岩板的裂纹诱发能，该申请要求岩板厚度为6mm-20mm，对于厚度≤3mm的超薄岩板，若采用分层布料，每层厚度极薄，再布料时难以实现均匀布料，因此该方法不适用超薄岩板的制备，另外，虽采用分层分区布料，但在原料中加3～15％的四方氧化锆粉料，成本依然较高。

发明内容

针对背景技术提出的问题，本发明的目的在于提出一种高强度超薄岩板，具有高强度和高韧性，能够有效避免薄岩板后期加工开裂的问题。

本发明的另一目的在于提出一种高强度超薄岩板的制备方法，制备得到的高强度超薄岩板具有高强度和高韧性，能够有效避免薄岩板后期加工开裂的问题，同时制备方法简单，成本低。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种高强度超薄岩板，包括坯体层，所述坯体层的顶部和底部分别设有氧化锆层；

所述坯体层的原料为岩板坯料，所述岩板坯料的原料包括煅烧铝矾土、高铝砂、高岭土、超强泥和透辉石，按质量百分数计算，所述岩板坯料的化学组成中二氧化硅的含量少于60％；

所述高强度超薄岩板的厚度≤3mm。

进一步的，按质量份数，所述岩板坯料的原料包括煅烧铝矾土15～25份、高铝砂15～25份、高岭土15～20份、超强泥10～15份、透辉石18～25份。

进一步的，按质量百分数计算，所述岩板坯料的化学组成中二氧化硅的含量为50～59％。

进一步的，所述氧化锆层的原料为氧化锆浆料，按质量百分数计算，所述氧化锆浆料包括55～65％的钇稳定氧化锆粉料、0.1～0.4％的分散剂和余量的溶剂。

进一步的，按摩尔百分数计算，所述钇稳定氧化锆粉料由1.3～1.5％的氧化钇和98.5～98.7％氧化锆组成。

进一步的，所述氧化锆为四方相氧化锆。

一种高强度超薄岩板的制备方法，用于制备上述的高强度超薄岩板，包括如下步骤：

(1)分别制备岩板坯料和氧化锆浆料；

(2)在布料模具的底部喷涂氧化锆浆料后，布施岩板坯料，布料完成后在岩板坯料的表面喷涂氧化锆浆料，经过压制成型，制得超薄岩板坯体，烧成，制得高强度超薄岩板。

进一步的，氧化锆浆料的制备方法如下：按配方将钇稳定氧化锆粉料、分散剂和溶剂混合后，研磨30～60min，得到氧化锆浆料。

进一步的，所述步骤(2)的操作如下：在布料模具的底部喷涂1～2层氧化锆浆料，每一层喷涂的厚度为50～100微米，布施岩板坯料，布料完成后在岩板坯料的表面喷涂1～2层氧化锆浆料，每一层喷涂的厚度为50～100微米，喷涂完成后经过压制成型，制得超薄岩板坯体，烧成，制得高强度超薄岩板。

以上技术方案具有以下的有益效果：

本技术方案采用低氧化硅矿物原料，配制出SiO

具体实施方式

下面结合具体实施方式进一步说明本发明的技术方案。

一种高强度超薄岩板，包括坯体层，所述坯体层的顶部和底部分别设有氧化锆层；

所述坯体层的原料为岩板坯料，所述岩板坯料的原料包括煅烧铝矾土、高铝砂、高岭土、超强泥和透辉石，按质量百分数计算，所述岩板坯料的化学组成中二氧化硅的含量少于60％；

所述高强度超薄岩板的厚度≤3mm。

由于岩板属脆性材料，作为家居台面、面板使用前，需要进行切割、打磨、钻孔、倒角等机械加工，据不完全统计，目前岩板产品进行机加工时会出现30％～50％切割开裂，对于厚度≤3mm的超薄岩板切割开裂率更高，严重影响产品的后期使用，增加生产成本，加工易开裂已成为限制超薄岩板发展的瓶颈。

常规岩板坯料中SiO

具体来说，本技术方案高强度超薄岩板为厚度≤3mm的超薄岩板，对于厚度≤3mm的超薄岩板，若采用分层布料，每层厚度极薄，在布料时难以实现均匀布料，因此，本技术方案通过在坯体层的顶部和底部分别设有氧化锆层，压制成型、烧成后，在高强度超薄岩板上下表面层中分别得到氧化锆层，能够大幅度降低薄岩板后期加工开裂现象。

进一步的说明，按质量份数，所述岩板坯料的原料包括煅烧铝矾土15～25份、高铝砂15～25份、高岭土15～20份、超强泥10～15份、透辉石18～25份。

值得说明的是，按质量百分数计算，煅烧铝矾土、高铝砂、高岭土、超强泥和透辉石的化学成分如下表1所示：

表1岩板坯料中各原料的化学成分(％)

从表1可知，本技术方案中岩板坯料采用煅烧铝矾土、高铝砂、高岭土、超强泥、透辉石等SiO

进一步的说明，岩板坯料的原料中煅烧铝矾土和高铝砂是为了提高原料中的氧化铝含量，降低氧化硅含量，增加烧成后超薄岩板中莫来石晶体含量，提高岩板强度；通过在配方中加入高岭土，可以增加岩板的成型性能，同时能够进一步降低配方体系中氧化硅含量；超强泥能够降低岩板的烧成温度，同时由于超强泥中SiO

具体来说，高铝砂由铝矾土生料经过高温焙烧、破碎、筛分、雷蒙、除铁等机加工工艺而制成具有铝高、含铁低、硬度高、热膨胀系数小、耐火度高、热化学性能稳定等优点的高铝砂产品。

进一步的说明，按质量百分数计算，岩板坯料的化学组成中二氧化硅的含量为50～59％。

进一步的说明，氧化锆层的原料为氧化锆浆料，按质量百分数计算，所述氧化锆浆料包括55～65％的钇稳定氧化锆粉料、0.1～0.4％的分散剂和余量的溶剂。

具体来说，本技术方案将钇稳定氧化锆粉料、分散剂和溶剂混合，制备成固含量为55～65％的氧化锆浆料，方便使用喷枪进行喷涂和控制喷涂的量，若氧化锆浆料中钇稳定氧化锆粉料的含量过多，氧化锆浆料的流动性就差，在喷涂过程中，容易堵塞喷枪的喷口，若氧化锆浆料中钇稳定氧化锆粉料的含量太少，会引入过多的溶剂，会影响成型后坯体的性能。

优选的，氧化锆浆料中的溶剂为水，分散剂为水性分散剂，如TEGO750。

进一步的说明，按摩尔百分数计算，钇稳定氧化锆粉料由1.3～1.5％的氧化钇和98.5～98.7％氧化锆组成。

进一步的说明，氧化锆为四方相氧化锆。

具体来说，由于氧化锆存在相变强化机制，当在受到外部冲击力时，四方相氧化锆(t-ZrO

值得说明的是，氧化锆一般分为四方相氧化锆(t-ZrO

一种高强度超薄岩板的制备方法，用于制备上述的高强度超薄岩板，包括如下步骤：

(1)分别制备岩板坯料和氧化锆浆料；

(2)在布料模具的底部喷涂氧化锆浆料后，布施岩板坯料，布料完成后在岩板坯料的表面喷涂氧化锆浆料，经过压制成型，制得超薄岩板坯体，烧成，制得高强度超薄岩板。

值得说明的是，本技术方案在布料前先在布料模具的底部喷涂氧化锆浆料，布料完成后，在岩板坯料的上层再均匀喷涂氧化锆浆料，压制成型、烧成后，获得高强度超薄岩板，在高强度超薄岩板上下表面层中均匀分布氧化锆，利用氧化锆相变强化和小晶粒弥散强化，能够大幅度降低薄岩板后期加工开裂现象，而且由于本技术方案只是岩板坯料的上下表面喷涂氧化锆浆料，无需在岩板坯料中加入氧化锆粉料，该方法氧化锆的用量极少，成本低，企业可接受，能够实现大规模生产。

具体来说，本技术方案高强度超薄岩板为厚度≤3mm的超薄岩板，对于厚度≤3mm的超薄岩板，若采用分层布料，每层厚度极薄，在布料时难以实现均匀布料，因此，本技术方案通过在岩板坯料的底部和顶部分别喷涂氧化锆浆料，压制成型、烧成后，在高强度超薄岩板上下表面层中分别得到氧化锆层，能够大幅度降低薄岩板后期加工开裂现象。

具体来说，在步骤(2)中经过压制成型，制得超薄岩板坯体后，还需要在超薄岩板坯体的表面进行喷釉工序和喷墨打印工序，烧成后，获得高强度超薄岩板。

进一步的说明，氧化锆浆料的制备方法如下：按配方将钇稳定氧化锆粉料、分散剂和溶剂混合后，研磨30～60min，得到氧化锆浆料。

进一步的说明，步骤(2)的操作如下：在布料模具的底部喷涂1～2层氧化锆浆料，每一层喷涂的厚度为50～100微米，布施岩板坯料，布料完成后在岩板坯料的表面喷涂1～2层氧化锆浆料，每一层喷涂的厚度为50～100微米，喷涂完成后经过压制成型，制得超薄岩板坯体，烧成，制得高强度超薄岩板。

值得指出的是，本技术方案采用喷枪进行喷涂，每一层喷涂的厚度为50～100微米，通过在岩板坯料的底部和顶部分别喷涂1～2层氧化锆浆料，可以在氧化硅用量最少的情况下，使超薄岩板上下表面层中均匀分布氧化锆，利用氧化锆相变强化和小晶粒弥散强化，大幅降低超薄岩板后期加工开裂的现象。

具体的来说，随着喷涂厚度的增加，制备得到的高强度超薄岩板的强度和韧性提升效果更佳，降低薄岩板后期加工开裂的效果更好，但随着喷涂厚度增加，会大大增加生成成本；若喷涂厚度较薄，则降低薄岩板后期加工开裂现象的效果不佳，因此本技术方案中每一层喷涂氧化锆浆料的厚度为50～100微米。

下面结合具体实施例和对比例进一步阐述本发明的技术方案。

实施例1-5

一种高强度超薄岩板的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备岩板坯料和氧化锆浆料，其中，按质量份数，岩板坯料的原料包括煅烧铝矾土15～25份、高铝砂15～25份、高岭土15～20份、超强泥10～15份、透辉石18～25份，按质量百分数计算，岩板坯料的化学成分中二氧化硅的含量为含50～59％；氧化锆浆料包括60％的钇稳定氧化锆粉料、0.2％的分散剂和余量的溶剂(水)，其中，钇稳定氧化锆粉料由1.4％的氧化钇和余量的四方相氧化锆组成；

氧化锆浆料的制备方法如下：按配方将钇稳定氧化锆粉料、分散剂和溶剂(水)混合后，研磨45min，得到氧化锆浆料；

(2)在布料模具的底部喷涂1层氧化锆浆料(喷涂的厚度为100微米)后，布施岩板坯料，布料完成后在岩板坯料的表面再喷涂1层氧化锆浆料(喷涂的厚度为100微米)，经过压制成型，制得超薄岩板坯体；

(3)在超薄岩板坯体的表面喷釉和喷墨打印后，烧成，制得高强度超薄岩板，所述高强度超薄岩板的厚度为3mm。

具体的，实施例1-5中岩板坯料的原料组成如下表2所示：

表2实施例1-5中岩板坯料的原料组成(以质量份计)

具体的，表2的每一个实施例中，岩板坯料中二氧化硅的含量(％)的计算公式如下：

岩板坯料中SiO

其中，A

实施例6

一种高强度超薄岩板的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备岩板坯料和氧化锆浆料，其中，按质量份数，岩板坯料的原料包括煅烧铝矾土21份、高铝砂20份、高岭土18份、超强泥13份、透辉石22份，按质量百分数计算，岩板坯料中二氧化硅的含量为52.39％；氧化锆浆料包括60％的钇稳定氧化锆粉料、0.2％的分散剂和余量的溶剂(水)，其中，钇稳定氧化锆粉料由1.4％的氧化钇和98.6％四方相氧化锆组成；

氧化锆浆料的制备方法如下：按配方将钇稳定氧化锆粉料、分散剂和溶剂(水)混合后，研磨45min，得到氧化锆浆料；

(2)在布料模具的底部喷涂2层氧化锆浆料(每层喷涂的厚度为100微米)后，布施岩板坯料，布料完成后在岩板坯料的表面再喷涂2层氧化锆浆料(每层喷涂的厚度为100微米)，经过压制成型，制得超薄岩板坯体；

(3)在超薄岩板坯体的表面喷釉和喷墨打印后，烧成，制得高强度超薄岩板，所述高强度超薄岩板的厚度为3mm。

对比例1

一种高强度超薄岩板的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备岩板坯料，其中，按质量份数，岩板坯料的原料包括黑泥21份、高岭土5份、瓷砂18份、铝粉10份、硅灰石11份、长石10份、砂粉18份、六偏磷酸钠0.3份、腐植酸钠0.5份、水玻璃(900度)0.5份、羟甲基纤维素钠0.5份；按质量百分比计，坯体层原料的化学成分为：66.4％二氧化硅、22.5％氧化铝、4.2％氧化钾、1.0％氧化钠、3.8％氧化钙、0.8％氧化镁、0.3％氧化铁、1％烧失量；

(2)将岩板坯料布施在布料模，经过压制成型，制得超薄岩板坯体；

(3)在超薄岩板坯体的表面喷釉和喷墨打印后，烧成，制得高强度超薄岩板，高强度超薄岩板的厚度为3mm。

对比例2

一种高强度超薄岩板的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备岩板坯料和氧化锆浆料，其中，按质量份数，岩板坯料的原料包括黑泥21份、高岭土5份、瓷砂18份、铝粉10份、硅灰石11份、长石10份、砂粉18份、六偏磷酸钠0.3份、腐植酸钠0.5份、水玻璃(900度)0.5份、羟甲基纤维素钠0.5份；按质量百分比计，坯体层原料的化学成分为：66.4％二氧化硅、22.5％氧化铝、4.2％氧化钾、1.0％氧化钠、3.8％氧化钙、0.8％氧化镁、0.3％氧化铁、1％烧失量；

氧化锆浆料包括60％的钇稳定氧化锆粉料、0.2％的分散剂和余量的溶剂(水)，其中，钇稳定氧化锆粉料由1.4％的氧化钇和余量的四方相氧化锆组成；氧化锆浆料的制备方法如下：按配方将钇稳定氧化锆粉料、分散剂和溶剂(水)混合后，研磨45min，得到氧化锆浆料；

(2)在布料模具的底部喷涂1层氧化锆浆料(喷涂的厚度为100微米)后，布施岩板坯料，布料完成后在岩板坯料的表面再喷涂1层氧化锆浆料(喷涂的厚度为100微米)，经过压制成型，制得超薄岩板坯体；

(3)在超薄岩板坯体的表面喷釉和喷墨打印后，烧成，制得高强度超薄岩板，高强度超薄岩板的厚度为3mm。

对比例3

一种高强度超薄岩板的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备岩板坯料，其中，按质量份数，岩板坯料的原料包括煅烧铝矾土21份、高铝砂20份、高岭土18份、超强泥13份、透辉石22份，按质量百分数计算，岩板坯料中二氧化硅的含量为含52.39％；

(2)将岩板坯料布施在布料模，经过压制成型，制得超薄岩板坯体；

(3)在超薄岩板坯体的表面喷釉和喷墨打印后，烧成，制得高强度超薄岩板，所述高强度超薄岩板的厚度为3mm。

对比例4

一种高强度超薄岩板的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备岩板坯料和氧化锆浆料，其中，按质量份数，岩板坯料的原料包括煅烧铝矾土21份、高铝砂20份、高岭土18份、超强泥13份、透辉石22份，按质量百分数计算，岩板坯料中二氧化硅的含量为含52.39％；氧化锆浆料包括60％的钇稳定氧化锆粉料、0.2％的分散剂和余量的溶剂(水)，其中，钇稳定氧化锆粉料由1.4％的氧化钇和余量的四方相氧化锆组成；

氧化锆浆料的制备方法如下：按配方将钇稳定氧化锆粉料、分散剂和溶剂(水)混合后，研磨45min，得到氧化锆浆料；

(2)在布料模具的底部布施岩板坯料，布料完成后在岩板坯料的表面喷涂1层氧化锆浆料(喷涂的厚度为100微米)，经过压制成型，制得超薄岩板坯体；

(3)在超薄岩板坯体的表面喷釉和喷墨打印后，烧成，制得高强度超薄岩板，所述高强度超薄岩板的厚度为3mm。

具体的，根据《陶瓷岩板》(T/GDTC 002-2021)中关于强度和断裂韧性的检测方法，分别检测实施例1-6和对比例1-4制得的高强度超薄岩板的强度和断裂韧性，检测结果如下表2所示。

表2性能检测结果

如表2所示，从实施例1-6的能检测结果可知，实施例1-6制备得到的高强度超薄岩板具有高强度，且断裂韧性的数值高，强度达到65～70MPa，断裂韧性达到1.34～1.45MPa/m

从对比例1的性能检测结果可知，采用现有SiO

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。