中国是世界建筑陶瓷的生产、消费以及出口大国。建筑陶瓷行业一直被认为是高污染、高能耗的行业,近几十年来的快速发展导致许多陶瓷原料如高岭土等都面临开采过度、资源枯竭的问题,环境问题也越来越受到大家的关注,发展绿色环保的建筑陶瓷成为整个行业的目标。陶瓷薄板是一种规格大、厚度小的新型建筑陶瓷,它可减少高岭土等原料用量、快速烧成节约能源,是建筑陶瓷未来发展的方向。本文采用鄂尔多斯高岭土、鄂尔多斯石英、鄂尔多斯钾长石、广东英德钠长石、鄂尔多斯滑石为原料制备了建筑陶瓷薄板。通过分别添加鄂尔多斯紫木节和新疆红柱石来增强建筑陶瓷薄板。紫木节可改善坯体的可塑性,使材料具有较高的生坯强度,高温下会转化成莫来石,莫来石呈网状交织在一起,使材料的强度增加。红柱石在高温下能转化成莫来石,同时会发生体积微膨胀,可以抵消陶瓷材料在烧成过程中的体积收缩,保证样品尺寸的稳定性。选择综合性能最佳的配方,外加颗粒尺寸较小的碳化硅来减重陶瓷薄板,试图在样品中生成均匀分布且尺寸小的闭气孔,在减小样品体积密度的同时也保证样品的机械强度等性能达国标GB/T 23266-2009。采用XRF、TG-DSC、XRD、SEM等现代测试手段研究了材料的制备工艺、晶相组成、显微结构与性能的关系,探讨了材料增强与减重机理,并选择最佳配方进行中试,取得的研究成果如下:(1)对鄂尔多斯原料进行了化学成分分析、相组成分析以及显微结构分析,结果表明,紫木节和高岭土烧失量大,高岭土Fe2O3、TiO2、CaO、MgO等含量少,是一种优质的粘土。紫木节中Al2O3含量高达42.33%,Fe2O3、TiO2含量较高,外观呈红褐色。石英较纯,SiO2含量达98.32%。钾长石中K2O、Na2O含量高达14.46%,是良好的熔剂原料。滑石中MgO含量为31.27%,CaO含量为1.85%。紫木节中除了高岭石晶相,还有少量的石英和勃姆石。高岭土和紫木节的SEM形貌图基本相似,颗粒尺寸较小,1μm左右。(2)为了增强陶瓷薄板,向基础配方中引入不同含量的紫木节,紫木节引入量增加,样品生坯强度提高,样品的烧结温度也上升。对样品进行理化性能的测试,结果表明,紫木节引入量为5%的A2配方经1140℃烧成后,样品总收缩率为10.46%,吸水率为0.03%,气孔率0.07%,体积密度2.43 g/cm3,抗折强度高达74.95MPa,相比基础配方A1样品增强23.4%。烧结后样品的XRD显示,主晶相为莫来石和石英。sem显示,a系列样品致密度大,气孔少且尺寸小,5μm左右,有大量的短柱状和针棒状莫来石生成,长度1μm左右,残余石英颗粒均匀分布于基质之中。增强机理表明,勃姆石500℃左右分解成氧化铝,氧化铝与游离态的石英反应生成莫来石,莫来石可增强增韧陶瓷薄板,紫木节引入量增加的同时,石英的含量也增加,高温液相熔解石英的能力有限,石英颗粒均匀分布于液相中也可增强样品。(3)为了继续增强陶瓷薄板,在基础配方中引入新疆红柱石。对样品进行理化性能测试,结果发现,红柱石引入量为5%的b2配方经1120℃烧成后,样品总收缩率为10.33%,吸水率为0.34%,气孔率0.81%,体积密度2.43g/cm3,抗折强度高达90.23mpa,比基础配方b1增强54.1%,增强效果明显。红柱石添加量较大时,样品虽然强度有所降低,但体积密度也降低。xrd显示,样品的主晶相为石英、红柱石和莫来石。sem表明,红柱石引入量增加,样品中针棒状莫来石的含量明显减少,红柱石添加量较少的b2和b3样品气孔较少,样品较为致密。红柱石添加量较多的b4和b5样品气孔较多,尺寸较大,10~20μm左右,大量的板条状红柱石分布于样品中。增强机理表明,红柱石1200℃左右开始分解,1100℃~1200℃是惰性的,红柱石均匀分布于液相中可提高样品的强度。红柱石引入量的增加,石英的含量增加,在不影响样品致密度的前提下可增强样品。(4)为了减重陶瓷薄板,同时保证强度和吸水率等性能达标,在最佳增强配方a2和b2的基础上添加少量颗粒尺寸较小的碳化硅,探讨碳化硅的添加量、烧成温度和保温时间对样品性能的影响。碳化硅的引入可显著降低样品的体积密度,经1200℃烧成60min的c8样品体积密度低至1g/cm3。碳化硅添加量为0.5%的c4样品和c8样品经1140℃烧成30min后,吸水率分别为0.11%和0.33%,抗折强度分别为65.51mpa和68.72mpa,体积密度分别为2.25g/cm3和2.17g/cm3,分别比致密化的a2和b2配方样品降低了7.4%和10.7%。xrd表明,外加碳化硅之后主晶相无明显变化,为莫来石、石英和红柱石。sem显示,碳化硅含量的增加、烧成温度的增加以及保温时间的增加都会使样品的气孔尺寸变大。经1140℃烧成30min以及1180℃烧成15min的c8配方样品孔径较小且分布均匀,5μm左右,尺寸较小且分布均匀的气孔不仅能降低样品的体积密度,而且对样品的强度影响较小。减重机理表明,1000~1100℃之后,长石形成的高温碱性液相破坏了碳化硅氧化形成的二氧化硅保护膜,促进了碳化硅的大量反应,碳化硅反应的气体被液相包裹,冷却固化后形成大量相互独立的闭气孔,样品的体积密度下降。碳化硅添加量的增加、烧成温度的升高、保温时间的增加一方面促进了碳化硅的反应,气孔数量增加,另一方面促使高温液相的粘度减小,促进了气泡之间的相互合并即大气泡吞并小气泡,导致气孔尺寸增大。(5)综合考虑样品的吸水率、抗折强度和体积密度等因素,在保证吸水率和抗折强度达到《陶瓷板》国标GB/T 23266-2009中瓷质陶瓷薄板要求的前提下,体积密度尽量小,选择最佳的几组配方进行挺坯性能的试验。经1140℃烧成30min的C4和C8配方样品变形量均为5mm,变形量小,此两组配方适合进行中试实验。中试研究表明,样品外观平整,无变形、开裂等缺陷,这种减重的高强陶瓷薄板可望用作建筑外墙装饰板。