搪瓷黑釉料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于搪瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及搪瓷黑釉料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]搪瓷黑釉具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性，不腐蝕、不老化，在使用過程中不會(huì)產(chǎn)生二次污染，這是由于搪瓷黑釉在高溫?zé)七^程中，將大量可溶性的鈉、硅、鐵、鈷、釩、鈦等氧化物轉(zhuǎn)變成不溶性的硅酸鹽礦物進(jìn)入晶格和玻璃相中，成為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的瓷質(zhì)礦物。隨著溫度的升高晶相和玻璃相逐步形成，銀、鈦元素在晶粒中富集，晶粒被石英玻璃體粘結(jié)、隔離、包圍，形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的化合物。黑釉具有較高的光熱吸收率、紅外輻射率和較高的光熱轉(zhuǎn)換效率，因此黑色釉面作為一種裝飾材料和功能材料，在能源利用、紅外、建筑等領(lǐng)域具有廣泛的用途。
[0003]釩鈦磁選鐵尾礦和浮選鈦尾礦中含有Si023 2?35%、Fe20312?15%、Ti027?9%,V2O50.6 ?0.9%,Cr2O30.6 ?0.8%,MnO20.4 ?0.7%,Co 0.04 ?0.06%、等十幾種制備所需的原材料，S12可作為搪瓷黑釉制備的基礎(chǔ)劑，V、Mn、Cr、Co、Fe是搪瓷燒制過程中的密著劑、著色劑和瓷釉形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的組成體，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成增強(qiáng)了釉面的強(qiáng)度，Mn、Co著色劑提高了釉面的黑度、光熱吸收率、紅外輻射率和光熱轉(zhuǎn)換率。
[0004]光熱轉(zhuǎn)換材料是指將光(如太陽光)轉(zhuǎn)換為熱能或?qū)崮苻D(zhuǎn)換為光(如將電熱元件的熱能轉(zhuǎn)換為遠(yuǎn)紅外射線)的材料，一般由Fe、Cr、Mn、V、T1、Co、Ni等第四周期過渡金屬化合物經(jīng)精確搭配、合理加工成為有機(jī)或無機(jī)混合的光熱轉(zhuǎn)換材料，一般是灰體或準(zhǔn)黑體。由于搭配、加工工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高、價(jià)格貴，作為涂層涂復(fù)在金屬、玻璃等基體結(jié)構(gòu)材料上使用，涂層易老化、剝落，色度易降低，因此光熱轉(zhuǎn)化率往往隨使用時(shí)間延長而衰減。
[0005]搪瓷黑釉是把硅酸鹽、氧化物等無機(jī)粉末高溫熔化后覆蓋在金屬坯體外面的一種材料。瓷釉的組成一般屬于硼硅酸鹽玻璃，硅含量在65%以上，具有高度的耐腐蝕性和耐磨性，表面光潔度好，易清洗。結(jié)構(gòu)與一般陶瓷涂層不同，其突出特點(diǎn)是具有玻璃特性，屬于遠(yuǎn)程無序和近程有序結(jié)構(gòu)。其中存在一定數(shù)量及大小的較有規(guī)則排列的微小區(qū)域，因而具有微觀不均勻性，但從其宏觀結(jié)構(gòu)而言，則是均勻無序的。搪瓷涂層不僅表面光滑美觀，而且具有非常優(yōu)良的耐蝕性、耐磨性、耐高溫、不導(dǎo)電等特殊性能。
[0006]光熱轉(zhuǎn)換材料對(duì)黑色吸收面的使用較廣，要求較高。因此，出現(xiàn)了多種黑瓷的制備方法，如一種高韌性納米黑瓷材料的制備方法，中國專利201410094171.5，將氧化鋯、氧化鋁和二氧化鈦晶須顆粒狀中加入無水乙醇濕法球磨，烘干后與聚乙烯醇溶液混合，加入氧化釔和磷酸鑭混合均勻，干燥后真空高溫下熱固成型，將制得納米黑瓷材料研磨成粉末。將SiC和BN顆粒狀原料加入無水乙醇濕法球磨，烘干后與上述納米黑瓷材料粉末混合均勻，裝在石墨模具中放入熱壓爐中在真空高溫下進(jìn)行二次燒結(jié)，保溫后即可制得高韌性納米黑瓷材料。
[0007]中國專利CN 201410309800.1，將提釩尾渣、碳質(zhì)還原劑、鐵粉、石灰和鈉鹽溶液混勻50?250°C下保溫2小時(shí)制成球團(tuán)，球團(tuán)經(jīng)干燥、還原，再經(jīng)破碎、磁選，得到還原鐵粉和磁選尾澄。磁選尾澄和銀鈦磁鐵礦選鈦礦尾澄的重量比為2?10:1，以磁選尾澄和I凡鈦磁鐵礦選鈦礦尾渣為原料1050°C?1200°C燒結(jié)0.5?I小時(shí)燒結(jié)成黑瓷。
[0008]上述專利技術(shù)主要是將提釩尾渣與通常的陶瓷原料混合，以滾壓或半干壓成型后，在1050?1200°C溫度下燒結(jié)成黑色陶瓷。通常厚度在3?10mm，導(dǎo)致陶瓷面板重量大，面板安裝間隙大，集熱效率易衰減，導(dǎo)熱性差、易碎、易透水、長期使用易出現(xiàn)裂紋、斷塊、老化等現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的陶瓷面板重量大，面板安裝間隙大，集熱效率易衰減，導(dǎo)熱性差、易碎、易透水、長期使用易出現(xiàn)裂紋、斷塊、老化等。
[0010]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的方案是提供一種搪瓷黑釉料，其原料配比按質(zhì)量份計(jì)為:f凡鈦磁鐵礦選鈦尾礦或浮選鈦尾礦9?11份、過氧化鈉0.1?0.3份、長石25?28份、石英10?13份、硼砂24?28份、硝酸鈉7?9份、碳酸鈉5?7份、氟化鈣5?7份、氟硅酸鈉0.1?0.3份、氟鋁酸鈉2?4份、鈷化物I?2份、硝酸鎳0.3?0.5份、氧化鈣I?2份和二氧化錳0.6?1.0份。
[0011]其中，上述搪瓷黑釉料的原料中，所述的釩鈦磁鐵礦選鈦尾礦或浮選鈦尾礦含有質(zhì)量百分比為32?35%的Si02、12?15%的Fe2O3^7?9%的Ti02、0.6?0.9%的V2O5'0.6 ?0.8% 的 Cr2O3UO ?11% 的 Al2O3Ul ?13% 的 MgO、13.5 ?15% 的 CaO、1.6 ?1.9%的Na20、0.4?0.7%的MnOjP 0.04?0.06%的Co，其余為雜質(zhì)。
[0012]其中，上述搪瓷黑釉料的原料中，所述的鈷化物為三氧化二鈷或硝酸鈷。
[0013]本發(fā)明還提供了上述搪瓷黑釉料的制備方法，包括以下步驟:
[0014]a、先將釩鈦磁鐵礦選鈦尾礦或浮選鈦尾礦9?11份與過氧化鈉0.1?0.3份研磨混合均勾，再加入長石25?28份、石英10?13份、硼砂24?28份、硝酸鈉7?9份、碳酸鈉5?7份、氟化鈣5?7份、氟硅酸鈉0.1?0.3份、氟鋁酸鈉2?4份、三氧化二鈷I?2份、硝酸鎳0.3?0.5份、氧化鈣I?2份、二氧化錳0.6?1.0份混合均勻，混合均勻度彡98% ；
[0015]b、將混勻后的原料轉(zhuǎn)入電爐或窯爐中加熱到820?870°C保溫I小時(shí)，然后加熱到1200?1250°C，保溫2小時(shí)，獲得均勻的熔融瓷釉料；
[0016]C、將熔融瓷釉料倒入冷水中淬碎，于120?150°C干燥20分鐘得到干燥的瓷釉料，然后加入助磨料一起粉碎至粒度-200目^ 98%，得到搪瓷黑釉料。
[0017]上述搪瓷黑釉料的制備方法中，步驟c所述助磨料為石英、氟硼酸鈉和粘土的混合物。
[0018]上述搪瓷黑釉料的制備方法中，步驟c所述干燥的瓷釉料與助磨料的配比按質(zhì)量份計(jì)為:干燥的瓷釉料100份，石英2?3份，氟硼酸鈉I?2份，粘土 2?3份。
[0019]將上述搪瓷黑釉料在BTC245R搪瓷鋼、Q235低碳鋼或冷軋酸洗SPCC鋼基體上涂搪，850°C下搪燒12分鐘，得到搪瓷黑釉釉面。
[0020]根據(jù)《GBT/9989-2005》搪瓷耐酸性能測試，搪瓷耐室溫檸檬酸侵蝕試驗(yàn)中標(biāo)記線擦拭通過，0.2mol/L硫酸耐酸腐蝕損耗98?124mg/cm2.d。太陽光轉(zhuǎn)化率85?90%。
[0021]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明制備的搪瓷黑釉料利用釩鈦磁鐵礦的釩鈦選鈦尾礦或表外礦做搪瓷釉料的原材料，在800?850°C溫度下燒制成黑色釉面，具有光澤度好，重量輕，厚度薄(一般在0.3?0.5_)，與碳鋼胚體結(jié)合牢固。黑瓷瓷質(zhì)具有不透水、強(qiáng)度高、剛性好，不腐蝕、不老化、不退色，黑色釉面具有較高的太陽吸收比和較低的發(fā)射比，吸收太陽輻射的性能好，且輻射熱損失小，是比較理想的太陽能吸收面。搪瓷黑釉可直接制成金屬太陽能集熱管材，相互連通的中空集熱管中直接通入冷水，太陽能熱量被黑瓷管道吸收后直接將水加熱成熱水，進(jìn)入熱水罐備用。更適合用于建造陶瓷太陽能房頂、向陽墻面，與建筑共用防水層、保溫隔熱層，實(shí)行與建筑一體化，與建筑同壽命，可以提供低成本熱水。
【具體實(shí)施方式】
[0022]搪瓷黑釉料的制備方法，包括以下步驟:
[0023]a、先將釩鈦磁鐵礦選鈦尾礦或浮選鈦尾礦9?11份與過氧化鈉0.1?0.3份研磨混合均勾，再加入長石25?28份、石英10?13份、硼砂24?28份、硝酸鈉7?9份、碳酸鈉5?7份、氟化鈣5?7份、氟硅酸鈉0.1?0.3份、氟鋁酸鈉2?4份、三氧化二鈷I?2份、硝酸鎳0.3?0.5份、氧化鈣I?2份、二氧化錳0.6?1.0份混合均勻，混合均勻度彡98% ；
[0024]b、將混勻后的原料轉(zhuǎn)入電爐或窯爐中加熱到820?870°C保溫I小時(shí)，然后加熱到1200?1250°C，保溫2小時(shí)，獲得均勻的熔融瓷釉料；
[0025]C、將熔融瓷釉料倒入冷水中淬碎，于120?150°C干燥20分鐘得到干燥的瓷釉料，然后加入助磨料一起粉碎至粒度-200目^ 98%，得到搪瓷黑釉料。
[0026]上述搪瓷黑釉料的制備方法中，步驟c所述助磨料為石英、氟硼酸鈉和粘土的混合物。
[0027]上述氟硼酸鈉助磨料能夠增加黑釉在搪燒后釉面的光澤度。石英粉助磨料在搪燒過程中能增加釉面熔融體的粘度，降低其膨脹系數(shù)，使碳鋼板在冷卻收縮過程中收縮系數(shù)與碳鋼板一致，不會(huì)出現(xiàn)搪瓷釉面彎曲的現(xiàn)象。同時(shí)增加搪燒后釉面的Si的含量，增加釉面的光澤度和耐酸性。石英粉的配比按質(zhì)量份計(jì)若低于2份，搪燒黑瓷釉面光澤度低