一种基于能流密度优化的陶瓷岩板太阳能烧成方法

本发明涉及陶瓷制造，具体涉及一种基于能流密度优化的陶瓷岩板太阳能烧成方法。

背景技术：

1、陶瓷岩板是以粘土等无机非金属材料为主要原料，经特定工艺制成的致密型可加工陶瓷板材。目前，传统岩板的制备主要依赖于以天然气或电力为能源进行高温烧成。这一过程不仅消耗大量化石能源，更伴随显著的二氧化碳及氮氧化物排放，与当前全球倡导的绿色、低碳、可持续发展理念严重相悖。太阳能作为一种储量无限、清洁零碳的可再生能源，在陶瓷岩板的烧成方面已取得一定进展。

2、目前，传统陶瓷岩板的制备温度范围为1140~1260℃，抗折强度为45~95 mpa，而太阳炉制备陶瓷岩板可实现烧成温度的降低，同时增强抗折强度。比如，中国发明专利《一种超薄型陶瓷岩板及其制备方法》（cn114436625a）以黏土、超细刚玉、钾长石、钠长石为主要原料制备陶瓷岩板，在辊道窑中进行烧成，烧成温度在1180~1220 ℃之间，抗折强度在70~95 mpa之间；中国发明专利《一种高强度陶瓷岩板及其制备方法》（cn120757363a）以钾长石、钠长石和苏州土为主要原料制备高强度陶瓷岩板，并在太阳炉烧成，烧成温度1000~1100℃之间，抗折强度在40~100 mpa之间；中国发明专利《一种聚光太阳能炉烧陶瓷岩板及其制备方法》（cn120157466a）以东鹏岩板生坯粉与吸光剂为主要原料制备陶瓷岩板，并以聚光太阳能技术烧成，烧成温度950~1050℃之间，抗折强度在85~94 mpa之间；现有发明仅验证了太阳能炉制备陶瓷岩板工艺可行性，而缺乏对太阳炉关键工艺参数（能流密度）的系统研究与优化，直接影响了太阳能烧成陶瓷岩板产品性能的稳定性。

3、因此，亟需提出一种基于能流密度优化的陶瓷岩板太阳能烧成方法，通过确立最佳能流密度工艺窗口，完善太阳能炉烧成陶瓷岩板的技术体系，进一步提升产品性能的一致性与可靠性。

技术实现思路

1、鉴于背景技术中存在的技术问题，本发明提供了一种基于能流密度优化的陶瓷岩板太阳能烧成方法，旨在解决现有太阳能炉烧成工艺中关键参数能流密度缺乏系统优化，导致陶瓷岩板产品性能稳定性不足的技术问题。

2、第一方面，本发明提供一种基于能流密度优化的陶瓷岩板太阳能烧成方法，包括以下步骤：

3、s1、将生坯粉体与吸光剂按质量比为100：（1~5）混合球磨均匀，得到混合粉料；

4、s2、对混合粉料进行造粒、陈腐，得到中间坯料；

5、s3、将中间坯料压制成型得到生坯，干燥后得到坯体；

6、s4、将坯体在聚光太阳能炉中进行烧成，控制烧成能流密度为688~1288 w·m-2，保温10~35min，得到陶瓷岩板。

7、优选的，生坯粉体按重量份计包括以下组分：钾长石25~35份、钠长石15~25份、石英4~9份、高岭土45~55份。

8、优选的，吸光剂包括氧化铁和氧化钴。

9、优选的，氧化铁占生坯粉料的0.5wt%~4wt%；氧化钴占生坯粉料的0.1wt%~2wt%。

10、优选的，球磨的条件为：球磨时间0.5~1.0 h，球料质量比为（1.5~2.5）：1。

11、优选的，造粒采用喷雾造粒法，水的加入量为混合粉料质量的8%~10%；陈腐的条件为：在25~30℃条件下陈腐24~48h。

12、优选的，步骤s3中，压制成型的条件为：压力为60~90 kn，保压时间15~40s；干燥的温度为70~90℃，干燥时间为24~48 h。

13、优选的，步骤s4中，控制能流密度为810~920 w·m-2。

14、优选的，步骤s4中，烧成时还包括低能流密度预热阶段；预热阶段采用梯度递增能流密度方式，从480 w·m-2逐步升至预热能流密度，递增速率控制在15~50 w·m-2/min，预热能流密度较烧成能流密度低20~100 w·m-2，待坯体温度场分布均匀后，将能流密度调节至烧成能流密度进行烧成。

15、第二方面，本发明提供一种陶瓷岩板，由第一方面所述的基于能流密度优化的陶瓷岩板太阳能烧成方法制备得到。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

17、（1）本发明提供的基于能流密度优化的陶瓷岩板太阳能烧成方法通过优化太阳炉能流密度参数从而改善陶瓷岩板烧成致密度、显微结构及力学性能。本发明确立了太阳能炉烧成陶瓷岩板的适宜能流密度工艺窗口为688~1288 w·m-2，为太阳能烧成设备的工艺精准控制提供了量化依据，有效解决了现有技术中的能流密度参数调控的缺乏影响陶瓷岩板产品性能的问题，显著提升了太阳能炉烧成陶瓷岩板性能的一致性与可重复性，本发明所制备的陶瓷岩板吸水率为0.06%~0.18%，抗折强度达88~104 mpa。

18、（2）本发明通过引入fe2o3与co2o3复合吸光剂，利用双过渡金属离子的d-d电子跃迁机制，大幅提升了光热转换效率，使陶瓷岩板烧成时长缩短至2小时以内。在高能流密度作用下，fe2o3与co2o3存在元素变价，诱导产生高浓度氧空位，加速离子扩散与晶界迁移，原位构筑出高长径比（20~45 μm）的针状莫来石晶相，形成天然晶须增强网络，进而提升样品性能。

19、（3）本发明在现有太阳能炉烧成技术基础上，确立了完整的能流密度优化方法及工艺控制策略。该技术方案弥补了现有技术仅验证工艺可行性而未能深入优化核心参数的不足，形成了“吸光剂+聚光太阳能+能流密度调控”协同策略的完整技术链条，为其他高性能陶瓷材料的低温、快速、绿色烧成提供了可复制的技术范式，具备广阔的推广应用前景。

1.一种基于能流密度优化的陶瓷岩板太阳能烧成方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于能流密度优化的陶瓷岩板太阳能烧成方法，其特征在于，所述生坯粉体按重量份计包括以下组分：钾长石25~35份、钠长石15~25份、石英4~9份、高岭土45~55份。

3.根据权利要求1所述的一种基于能流密度优化的陶瓷岩板太阳能烧成方法，其特征在于，所述吸光剂为氧化铁和氧化钴。

4.根据权利要求3所述的一种基于能流密度优化的陶瓷岩板太阳能烧成方法，其特征在于，所述氧化铁占生坯粉料的0.5wt%~4wt%；所述氧化钴占生坯粉料的0.1wt%~2wt%。

5.根据权利要求1所述的一种基于能流密度优化的陶瓷岩板太阳能烧成方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述球磨的条件为：球磨时间0.5~1.0 h，球料质量比为（1.5~2.5）：1。

6.根据权利要求1所述的一种基于能流密度优化的陶瓷岩板太阳能烧成方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述造粒采用喷雾造粒法，水的加入量为所述混合粉料质量的8%~10%；

7.根据权利要求1所述的一种基于能流密度优化的陶瓷岩板太阳能烧成方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述压制成型的条件为：压力为60~90 kn，保压时间15~40s；

8.根据权利要求1所述的一种基于能流密度优化的陶瓷岩板太阳能烧成方法，其特征在于，所述步骤s4中，所述控制烧成能流密度为810~920 w·m-2。

9.根据权利要求1所述的一种基于能流密度优化的陶瓷岩板太阳能烧成方法，其特征在于，所述步骤s4中，所述烧成时还包括低能流密度预热阶段；所述预热阶段采用梯度递增能流密度方式，从480 w·m-2逐步升至预热能流密度，递增速率控制在15~50 w·m-2/min，所述预热能流密度较所述烧成能流密度低20~100 w·m-2，待坯体温度场分布均匀后，将能流密度调节至所述烧成能流密度进行烧成。

10.一种陶瓷岩板，其特征在于，由权利要求1~9任一所述的基于能流密度优化的陶瓷岩板太阳能烧成方法制备得到。