改善建筑陶瓷抛光砖导热性能和断裂模数的研究

摘要

建筑陶瓷抛光砖是日常家居中的主要装饰材料，以其花色多样、经济实用，在装饰材料市场占据重要位置。然而，传统建筑陶瓷抛光砖为多晶多相材料，存在气孔较多、导热性能较差和断裂模数较小等问题，当受热膨胀或者受到外力作用，易在使用过程中出现裂纹，影响家居装饰效果。本研究工作的目的是通过改变传统建筑陶瓷抛光砖的晶相组成、减少气孔率、提高导热系数和断裂模数的工艺技术探索，研制一种具有良导热性和高断裂模数的新型建筑陶瓷抛光砖。 在现有普通建筑陶瓷工艺设备条件下，以烧滑石、球土、高岭土、煅烧氧化铝、长石和锂辉石等作为主要原料，采用半干压成型，在1200℃下烧制了镁质建筑陶瓷抛光砖，采用XRD、SEM、热常数仪、数据显示陶瓷砖抗折试验机等对其导热性能和力学性能进行了测试分析。研究结果表明，镁质建筑陶瓷抛光砖烧成范围窄，在较低的烧成温度下，玻璃相量较少，气孔较多，难于获得烧结致密的镁铝尖晶石建筑陶瓷抛光砖，所得到的仅是堇青石一莫来石陶瓷抛光砖，不易提高其导热性能和断裂模数。 通过使用少量煅烧氧化铝和刚玉，提高其氧化铝含量，突破传统莫来石建筑陶瓷抛光砖的化学组成，以现有普通建筑陶瓷设备成型，在1200～1220℃烧成温度下，研制了具有较高导热性能和断裂模数的刚玉．莫来石质复相建筑陶瓷抛光砖，并采用XRD、SEM和热常数分析仪等测试手段对其晶相组成、显微结构及导热性能进行了测试分析，探索影响刚玉．莫来石质复相陶瓷抛光砖导热性能的主要因素。研究结果表明，影响其导热性能的主要因素是气孔率与刚玉-莫来石质晶相含量，而气孔率对其导热系数的影响更加明显；进一步的研究表明影响刚玉-莫来石质建筑陶瓷抛光砖气孔率的主要因素为烧成温度和熔剂性原料。 对刚玉-莫来石质复相建筑陶瓷抛光砖进行正交试验研究，通过优化工艺配方，改进烧成制度，改善刚玉-莫来石质复相建筑陶瓷抛光砖晶相结构，提高了晶体发育完善程度，减少了气孔率，提高了致密度。研究结果表明，其导热系数为2.3～2.4W/m·K，比莫来石建筑陶瓷抛光砖提高了30％；其断裂模数为55～60MPa，比莫来石质陶瓷抛光砖提高了40％。 刚玉-莫来石质复相建筑陶瓷抛光砖具有较高导热性能和断裂模数，克服了传统莫来石质陶瓷砖抗热震性差和易受热胀冷缩破裂等缺点，获得了较好的表面防污效果和较高的光泽度，不仅可为建筑装饰市场提供新品种的陶瓷抛光砖，而且可利用地热资源，对建筑节能和改善生态环境有重要的工程应用意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1我国建筑陶瓷抛光砖的现状及问题

1.1.1我国建筑陶瓷抛光砖的发展现状

1.1.2建筑陶瓷抛光砖的市场需求

1.1.3建筑陶瓷企业面临的问题

1.2建筑陶瓷企业的对策

1.2.1提高技术含量

1.2.2改善工艺条件

1.3高导热陶瓷材料的发展

1.3.1导热机理

1.3.2高导热陶瓷材料应用的局限

1.4目前建筑陶瓷抛光砖的发展动向

1.4.1镁质瓷

1.4.2刚玉-莫来石复相陶瓷的发展

1.5本论文的研究意义和研究内容

1.5.1研究意义

1.5.2研究内容

第二章试验与测试方法

2.1试验原料和试剂

2.1.1原料

2.1.2试剂

2.2实验仪器与设备

2.3试验工艺过程

2.4工艺流程图和烧成曲线

2.5性能测试方法

2.5.1陶瓷抛光砖体积密度、吸水率和显气孔率的测定

2.5.2真密度、真气孔率和闭口气孔的测定

2.5.3耐磨性的测定

2.5.4样品收缩率的测量

2.5.5 X射线衍射分析

2.5.6导热性能测试

2.5.7断裂模数的测试

2.5.8扫描电子显微镜

2.5.9差热分析(DTA)和热重分析(TG)

2.5.10粉磨细度测定方法(泥浆筛余百分比表示法)

第三章镁铝尖晶石质建筑陶瓷抛光砖的研究

3.1镁铝尖晶石的结构与特性

3.2 MgO-Al2O3-SiO2系统相图

3.3配方设计

3.4性能测试

3.4.1断裂模数的测定

3.4.2耐磨度的测定与XRD分析

3.4.3导热系数的测定结果

3.5分析与讨论

3.6本章小结

第四章刚玉-莫来石复相建筑陶瓷抛光砖的研究

4.1配方设计

4.2性能测试

4.2.1力学性能测试

4.2.2 XRD分析

4.3分析与讨论

4.3.1导热系数分析

4.3.2力学性能分析

4.4本章小结

第五章影响刚玉—莫来石质陶瓷抛光砖导热性能的主要因素

5.1化学组成对刚玉—莫来石质陶瓷抛光砖导热系数的影响

5.1.1 XRD晶相含量分析原理与应用

5.1.2实验设计与步骤

5.1.3结果与分析

5.2气孔率对刚玉-莫来石复相陶瓷抛光砖导热系数的影响

5.2.1测试方法与步骤

5.2.2烧成温度对刚玉-莫来石复相陶瓷抛光砖气孔率与导热系数的影响

5.3本章小结

第六章刚玉-莫来石建筑陶瓷抛光砖优化研究

6.1正交实验研究

6.2原料分析

6.3工艺过程优化

6.3.1烧成曲线的优化

6.3.2颗粒制备的优化

6.4结果与讨论

6.4.1导热系数的测定结果

6.4.2断裂模数与耐磨度的测试结果

6.4.3气孔率对刚玉-莫来石建筑陶瓷抛光砖导热性能影响的分析

6.5本章小结

总结

1结论

2创新点

3展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

评定意见