一种宽烧成温度范围的钙长石基陶瓷岩板及其制备方法

本发明涉及陶瓷材料绿色制备，尤其涉及一种宽烧成温度范围的钙长石基陶瓷岩板及其制备方法。

背景技术：

1、传统电力或燃气窑炉高温烧结是建筑陶瓷生产能耗与碳排放最集中的环节，约占陶瓷生产总能耗的60%～70%，单位产品碳排放达0.92吨co2/吨瓷，热效率普遍仅35%～42%。传统陶瓷岩板烧结需在1080～1230℃高温下长时间保温，存在能耗高、排放大、生产成本高的问题，难以适配“双碳”战略下建筑陶瓷行业绿色低碳转型的发展需求。随着全球对能源安全、气候变化与可持续发展的关注度持续提升，太阳能作为取之不尽的零碳可再生能源，可通过光热转换提供高能量密度热源，为陶瓷烧结的低碳化技术变革提供了可行路径，在满足产品性能要求的同时实现低温快烧，兼具节能环保效益与绿色发展价值。

2、陶瓷烧成温度范围是指坯体在窑内从开始烧结到形成目标物相与性能的温度区间，下限为始烧温度（即坯体气孔率快速下降、强度显著提升的温度点），上限为终烧温度（即坯体达到最佳密度与性能、接近过烧变形的温度点）。钙长石基建筑陶瓷因cao含量高，具有强助熔特性且物相演变对温度波动高度敏感，天生存在烧成温度窗口窄的缺陷，现有高钙陶瓷岩板的烧成温度范围普遍仅10～40℃，生产过程中易因窑内温差出现欠烧生坯、过烧变形等问题，对窑炉温度均匀性与控制精度要求极高，大幅提升了生产管控难度与废品率。

3、目前公开的钙长石基陶瓷岩板技术仍普遍采用传统窑炉烧结，尚未有效解决烧成温度高、烧成窗口窄的痛点：中国发明专利cn115626774a公开的柔光肤感陶瓷岩板烧成温度为1220～1230℃，烧成窗口仅10℃；cn119432162a公开的变晶陶瓷岩板烧成温度为1200～1220℃，烧成窗口仅20℃；cn114262218a公开的高性能钙长石岩板烧成温度为1190～1230℃，烧成窗口仅40℃；cn121021121a公开的锂渣基宽烧成范围陶瓷岩板烧成温度为1080～1120℃，烧成窗口仅40℃。上述技术均未结合聚光太阳能烧结技术实现钙长石基岩板的宽温度范围低碳烧成，难以同时满足绿色生产与宽工艺窗口的产业实际需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种宽烧成温度范围的钙长石基陶瓷岩板及其制备方法，解决现有钙长石基陶瓷岩板普遍存在的烧成温度高、烧成温度范围窄、生产能耗大、生产成本高昂的技术问题。

2、为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明首先提供一种宽烧成温度范围的钙长石基陶瓷岩板的制备方法，包括如下步骤：

4、s10，将钙长石基陶瓷岩板生坯粉体与吸光剂配料，经球磨混合均匀，得到混合粉料；

5、s20，向混合粉料中加水制浆，经喷雾干燥造粒后陈腐，得到坯料；

6、s30，将坯料压制成型，干燥后得到陶瓷岩板生坯；

7、s40，采用浸釉法对陶瓷岩板生坯施釉，干燥后得到釉坯；

8、s50，将釉坯置于聚光太阳炉中，在1000～1060℃宽烧成温度范围内旋转烧结，得到钙长石基陶瓷岩板。

9、具体地，s10步骤通过在钙长石基生坯粉体中添加吸光剂，可有效强化后续聚光烧结过程的光热转换效率；s20步骤可获得颗粒级配合理、水分分布均一的坯料，从原料端降低烧结过程中的收缩不均风险；s30步骤可获得密度均匀、残余水分达标的陶瓷岩板生坯，减少烧结过程的变形、开裂隐患；s40步骤采用浸釉法施釉并干燥，可保证釉层厚度均一，避免釉面针孔、缩釉等外观缺陷；s50步骤采用聚光太阳炉旋转烧结工艺以零碳太阳能作为热源替代传统化石能源与电能，通过坯体匀速旋转保证各方向受光受热均匀，将钙长石基陶瓷岩板的有效烧成窗口拓宽至60℃（1000～1060℃），远宽于现有高钙岩板10~40℃的烧成范围，大幅降低了温度控制难度与过烧、欠烧导致的废品率，同时烧结温度较传统窑炉工艺降低20～170℃，实现了低碳节能与宽工艺适应性的统一。

10、优选地，s10步骤中，球料质量比为（1～3）:1（更优选为2:1），球磨时间为0.5～2h。

11、具体地，上述球磨参数既可避免球料比过低、球磨时长不足导致的粉体混合不均、粒度偏粗问题，防止后续烧结过程因成分偏析、局部物相反应不同步缩窄有效烧成窗口，也可避免球料比过高、球磨时间过长导致的过磨细粉占比过高、压型分层、烧结收缩率过大易变形的缺陷；尤其是球料比进一步优选为2:1时，可在最短球磨周期内实现吸光剂与钙长石基生坯粉体的高度均匀分散，获得粒度级配适配的混合粉料。

12、优选地，钙长石基陶瓷岩板生坯粉体的化学成分按质量百分含量计包含：63.5wt.%～64.5wt.%的sio2、17.0wt.%～18.0wt.%的al2o3、0.9wt.%～1.0wt.%的fe2o3、10.0wt.%～11.0wt.%的cao、4.0wt.%～5.0wt.%的mgo、1.0wt.%～1.5wt.%的k2o、1.0wt.%～1.5wt.%的na2o和0.1wt.%～0.2wt.%的tio2，余量为不可避免的杂质，各组分质量百分含量之和为100wt.%；吸光剂相对于钙长石基陶瓷岩板生坯粉体的外加质量百分含量为5.0wt.%～8.0wt.%。

13、具体地，上述优选的钙长石基陶瓷岩板生坯粉体与吸光剂掺量为适配聚光太阳炉烧结的专属设计，既保证钙长石主晶相在1000～1060℃区间内稳定生成，形成高强度、低吸水率的致密坯体骨架，又通过少量fe2o3、tio2的辅助吸光与温和助熔作用，降低高钙体系物相反应对温度波动的敏感性，避免常规高钙配方易出现的局部过熔变形、内部欠烧生芯等缺陷；外加5.0wt%~8.0wt%的吸光剂可精准匹配聚光太阳炉的典型光功率密度，既不会因吸光剂掺量不足导致光热转换效率偏低、坯体升温速率慢难以达到致密化要求，也不会因掺量过高造成局部光热富集、坯体表面起泡或过烧变形。

14、优选地，混合粉料由以下质量份的矿物原料制成：35～40份透辉石、5～10份硅灰石、20～25份石英、25～30份高岭土、2～6份助熔剂和1～5份吸光剂；其中，助熔剂为无机固体助熔填料（优选为桂广滑石粉），吸光剂为半导体氧化物（优选为氧化锌）。

15、具体地，35～40份透辉石与5～10份硅灰石作为钙镁质主料，烧失量极低且具备温和助烧特性，可在聚光快速升温过程中平稳释放结构应力，避免快烧下的排气开裂缺陷；20～25份石英作为高温骨架支撑坯体结构，抑制高温段过量玻璃相生成导致的过烧变形；25～30份高岭土提供压制成型所需的塑性与钙长石生成所需铝源，保证大规格岩板生坯具备足够的转运、施釉强度；2～6份助熔剂可平缓调控体系高温粘度，促进低温段致密化但不会造成高温粘度陡降，搭配1～5份吸光剂可在聚光烧结过程中实现均匀光热转换，使钙长石晶相发育与坯体致密化过程在宽温度区间内平稳推进，进一步拓宽有效烧成窗口。

16、优选地，s20步骤中，水的加入量为混合粉料质量的5wt.%～20wt.%，造粒后的陈腐时间为24～48h。

17、具体地，s20步骤将加水量控制在混合粉料质量的5wt.%～20wt.%，可制备出粘度适配喷雾干燥工艺的浆料，造粒得到的粉料颗粒级配合理、流动性好，避免加水量过高导致的粘塔、颗粒结块，或加水量过低导致的细粉过多、成型分层问题；造粒后陈腐24～48h可使水分在颗粒内部充分扩散均化，提升粉料可塑性，减少压型过程中的弹性后效与层裂风险，同时避免烧结过程中因水分、密度不均导致的收缩不一致、变形开裂问题。

18、优选地，s30步骤中，压制成型的成型压力为40～100kn，保压时间为30～70s；压制成型后的干燥温度为80～100℃，干燥时间为24～48h。

19、具体地，40～100kn的成型压力搭配30～70s保压，可保证陈腐后的坯料被充分压实，生坯各位置密度均匀、强度满足转运、施釉要求，既避免压力不足导致的生坯松散、烧结收缩大，也防止压力过高、保压不足导致的坯体分层、暗裂缺陷；压型后在80～100℃下低温长时干燥24～48h，可平缓排出生坯内的残余水分，避免高温快速干燥导致的表面结皮、内部水分无法排出引发的干燥裂纹，将入窑生坯的残余水分控制在合理范围，杜绝聚光快速升温过程中的炸坯风险。

20、优选地，s40步骤中，所施釉料为哑光熔块釉，单个陶瓷岩板生坯的施釉时间为5～20s；施釉后的干燥温度为80～100℃，干燥时间为24～48h。

21、具体地，选用哑光熔块釉搭配5～20s浸釉时间，可获得厚度均匀的哑光釉层，釉料高温膨胀系数与钙长石坯体高度匹配，既避免浸釉时间过短导致的釉薄露底、光泽不均，也防止浸釉时间过长导致的釉厚流釉、釉层开裂问题；施釉后在80～100℃下干燥24～48h，可平缓排出釉层中的水分，避免快速干燥导致的釉面针孔、缩釉、落渣等外观缺陷，保证烧后釉面细腻平整，达到哑光岩板的装饰效果要求。

22、优选地，s50步骤中，旋转烧结的转速为10～15r/min；聚光太阳炉内的烧结依次包括升温、保温和冷却阶段：升温阶段以30～40℃/min的速率从室温升至1000～1060℃，保温阶段在1000～1060℃下保温20～40min，随后冷却至室温。

23、具体地，10～15r/min的旋转转速可使釉坯在聚光焦斑下匀速转动，坯体各位置受光量、受热量高度均匀，既避免转速过慢导致的局部过热过烧、起泡变形，也防止转速过快导致的坯体移位、掉落；30～40℃/min的升温速率适配聚光太阳炉的快速升温特性，在保证坯体热应力可控、不出现开裂的前提下实现低温快烧，1000～1060℃下保温20～40min可保证钙长石主晶相充分发育、坯体完全致密化，又不会因保温时间过长导致晶粒异常长大、玻璃相过多引发高温变形，保温后随炉冷却至室温可充分释放热应力，避免冷裂缺陷，最终实现宽温度区间的稳定烧结。

24、优选地，s50步骤中，聚光太阳炉沿光路依次包括太阳追踪平面定日仪、抛物线集光器和烧结炉体：

25、其中，太阳追踪平面定日仪用于实时追踪太阳方位，将太阳光平行反射至抛物线集光器；抛物线集光器用于将接收的太阳光汇聚为焦斑，并投射至烧结炉体的内部烧结位；烧结炉体内设旋转载台，用于放置待烧结釉坯，带动釉坯在焦斑辐照下匀速旋转完成烧结。

26、具体地，沿光路依次设置的太阳追踪平面定日仪可实时追踪太阳方位，将太阳光持续平行反射至抛物线集光器，避免太阳方位变化导致的离焦、功率波动；抛物线集光器可将接收的平行太阳光汇聚为能量均匀的高能量密度焦斑，投射至烧结炉体内部烧结位，提供稳定的1000℃以上烧结高温；烧结炉内设置的旋转载台可带动待烧结釉坯匀速转动，保证坯体各位置受光辐照强度一致，从硬件上消除局部热点、冷点，大幅降低炉内温差，为宽温度窗口烧结提供均匀稳定的温度场。

27、第二方面，本发明还提供一种宽烧成温度范围的钙长石基陶瓷岩板，由如上任一项的方法制得；钙长石基陶瓷岩板的吸水率为0.10～0.20%，体积密度为2.5～2.7g/cm3，性能符合gb/t 45817-2025陶瓷岩板国家标准要求。

28、具体地，本发明制备的宽烧成温度范围钙长石基陶瓷岩板性能优异、绿色低碳：产品吸水率稳定在0.10～0.20%，体积密度为2.5～2.7g/cm3，致密化程度高，机械强度、耐污染性、热稳定性等核心性能均符合gb/t 45817-2025《陶瓷岩板》国家标准要求，可直接作为建筑装饰材料应用；同时产品采用零碳太阳能作为烧结热源，兼具性能优势与环保价值，适合工业化大规模推广。

29、进一步地，本发明采用聚光太阳炉烧结的钙长石基陶瓷岩板，可将有效烧成温度窗口拓宽至60℃，该宽温烧结效果源于成分调控与工艺特性的协同作用：一方面，桂广滑石粉材质的助熔剂与氧化锌材质的吸光剂引入的mg2+、zn2+作为玻璃网络中间体离子，可提高高温液相的聚合度，增大液相粘度并降低其对晶界的润湿性；同时，它们在烧结过程中原位生成镁橄榄石、锌铝尖晶石两种高熔点晶相，均匀分布于钙长石晶界处，通过物理钉扎作用阻碍高温下的晶界迁移与滑移，抑制坯体高温软化变形，有效抬升体系的过烧温度上限。另一方面，聚光烧结的快速升温机制可抑制钙长石晶粒异常粗化，保证细晶强化效应稳定发挥，使坯体致密度、力学性能在更宽温度区间内保持稳定，最终通过晶相钉扎、粘度调控与细晶强化的多重协同，实现了宽温度范围的高致密度烧结。

30、进一步地，本发明采用聚光太阳炉烧结钙长石基陶瓷岩板，可显著降低烧成温度，较传统辊道窑烧成温度低100～200℃，其低温快烧机理源于聚光快速加热特性与吸光剂的协同作用：聚光辐照下，坯体中的吸光剂与矿物组分通过光子吸收激发晶格振动，将光能直接转化为热能，在坯体内部形成由表及里的平缓温度梯度；该梯度可驱动表层低粘度高温熔体向坯体内部孔隙定向渗透，快速填充气孔并推动致密化前沿向内部推进，加速坯体致密化进程。同时，吸光剂一方面通过本征吸收与引入的缺陷能级强化太阳光-热转换效率，另一方面可与助熔组分协同降低体系液相出现温度与高温粘度，促进钙长石、石英、镁橄榄石、锌铝尖晶石等晶相的低温成核与生长，最终在更低温度下实现坯体的完全致密烧结。

31、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明提供一种宽烧成温度范围的钙长石基陶瓷岩板及其制备方法，上述制备方法首先将钙长石基生坯粉与吸光剂球磨共混，实现吸光剂高度分散，避免局部吸光不均导致的过烧/欠烧；其次经制浆、喷雾造粒、陈腐得到级配合理、水分均一的坯料，消除后续成型、烧结的收缩差与应力隐患；再次经压制成型、缓慢干燥得到密度均匀、残余水分合格的生坯，避免快烧过程中水分急蒸导致的炸坯开裂；再经浸釉、干燥得到厚度均一、结合牢固的釉层，减少针孔、缩釉、流釉等釉面缺陷；最后将釉坯置于聚光太阳炉中，在1000～1060℃宽窗口内旋转烧结，既以零碳太阳能替代化石能源实现低温快烧，又将高钙岩板烧结窗口从现有10～40℃拓宽至60℃，大幅降低生产控制难度与废品率；所得产品性能符合gb/t 45817-2025陶瓷岩板国标标准，兼具绿色低碳、容错率高、成本低的优势，适合工业化推广。