以金屬作骨架的陶瓷質燒結製品的製作方法
2023-07-03 08:15:21 1
專利名稱：以金屬作骨架的陶瓷質燒結製品的製作方法
技術領域：
本發明涉及以金屬作骨架的陶瓷質燒結製品。具體地說，本發明涉及一種可以作為建築結構物或下水管道等具有高破壞強度建築材料的陶瓷質燒結製品。
用鋼筋增強的窯業類材料，鋼筋混凝土、A·L·C·等已廣泛應用於土木建築領域，但這些都只限於水泥質材料。
玻璃材料領域中，在平板玻璃內部設置金屬網而整體成形的「絡網玻璃」，即用金屬來增強易破損的玻璃，已是公知的技術並被廣泛使用。這種平板玻璃因其是熱膨脹率高的、近似於金屬的材料，以及因採用線徑細的金屬網，在玻璃的凝固溫度600-700℃的冷卻過程中，其內部由熱膨脹率的差而產生的潛在應力較小，所以這種平板玻璃能夠製造出來。
如上所述，對水泥質材料及平板玻璃，可以用鋼筋或金屬網來增強，但都是只能應用於極有限的材料領域，對於「脆而且易破壞」的陶瓷質材料，目前尚無很實用的金屬材料來增強的先例。
針對這種狀況，本發明者曾提出過「金屬陶瓷複合燒製品」，該燒結製品是用纖維狀或碎片狀金屬分散在陶瓷內做成的，雖然具有部分增強效果，但由於製品中無骨架，所以，作為結構材料，其可靠性低，應用領域受到限制。
因此，如何將作為骨架的金屬材料整體地形成在陶瓷質燒結製品內這一課題被提了出來，但由於以下原由，實現這一課題是極為困難的。
(1).通常，金屬的熱膨脹率是陶瓷的近約2倍，在燒結時，封入在內部的金屬會膨脹而使陶瓷組織破壞。
(2).鋼筋等的金屬，當溫度超過500℃時，從表面開始急劇氧化而形成氧化層，並且氧化體積逐漸擴大，長時間的高溫加熱使氧化層更加擴展，使得鋼筋逐漸變細，增強效果大為降低。
因此將金屬作為骨架整體燒制而成的陶瓷質材料，在已往的技術中是沒有的。
本發明是鑑於上述狀況而提出的，本發明的目的是提供一種以金屬作為骨架的陶瓷質燒結製品，本發明克服了已有技術的制約，採用對於製品強度來說最為可靠的金屬作為骨架，並以穩定狀態埋設到燒結製品內部。
本發明是解決上述課題的以金屬為骨架的陶瓷質燒結製品，在該燒結製品中，線狀、杆狀或金屬網狀的金屬材料以預定骨架的形式埋設在內部並形成整體。
更具體地說，本發明是在陶瓷質組合物中的預定骨架位置上，埋設線狀、杆狀或金屬網狀的金屬材料並整體成形，並在1000℃以上，1250℃以下的溫度中燒結而成的燒結製品。本發明中所用的陶瓷質組合物在燒結加熱過程中，隨著升溫以80×10-7/℃以上線熱膨脹率，保持近似直線地膨脹，在1000℃以上的溫度中產生的燒結收縮率不超過0.5%以上，是一種收縮性小的組合物
圖1是本發明的鋼及組合物與已有技術中的陶瓷質組合物相比較的熱膨脹性與溫度關係圖。
圖2是本發明燒結製品一實施例的橫斷面圖和縱斷面圖，圖中1為成形物、2為鋼筋。
本發明中的陶瓷質組合物，具有80×10-7/℃以上近直線的熱膨脹率，在1000℃以上的燒結溫度中，其燒結收縮不超過0.5%，是一種收縮性小的組合物。
一般的陶瓷組合物，如石英、在燒結升溫過程中，由於變態而呈現出很大的膨脹，溫度超過570～600℃時，其熱膨脹率達80×10-7/℃以上，但是另一方面，在600℃以下溫度時，由於粘土成分的收縮等原因，其熱膨脹率停留在約50～60×10-7/℃的低水平上，在1000℃以上的燒結溫度中，顯示出5～10%的高燒結收縮性。
因此，如圖1(A)所示，已有的一般性陶瓷類組合物，在膨脹、收縮上有大的回折點，圖(1)(B)表示一種以120～150×10-7/℃的熱膨脹率作直線膨脹的金屬材料，圖1(A)所示的這種已有的一般性陶瓷類組合物的膨脹曲線與圖1(B)膨脹曲線無相似性，所以，在燒結過程中，會由於該金屬材料的膨脹而遭致破壞。
但是，如圖1(C)所示，本發明的陶瓷組合物是具有與金屬材料的相似性，呈直線膨脹。因而組合物和金屬材料可燒製成一整體。
適合於本發明以金屬作骨架的陶瓷質燒結製品的陶瓷質組合物，其化學組成是(CaO+MgO+Al2O3)/SiO2其配合比為0.6～1.5，並含有20～95%重量的主原料，該主原料是由高溫熔融產生的玻璃質材料，並配有原料重量3～20%的一種以上成形輔助劑，該成形輔助劑由金屬鹽和水硬性水泥等材料做成。根據需要還可以滲入非收縮性原料，使燒結組合物的收縮率在0.5%以下。以玻璃態產生的原料，具有代表性的有高爐液態渣等。玻璃質液態渣在加熱過程中，850～950℃溫度範圍內，產生放熱反應並晶體化，具有很小膨脹的反應燒結特性。以該玻璃質材料為主原料，含有20%以上該主原料的組合物，在1000℃以上的燒結溫度中，其燒結收縮率可在0.5%以下。當主原料含有率大時，燒結物顯示出膨脹性。為保持製品尺寸，其配合最好為20～90%。
當採用矽酸鈉、矽酸鉀等金屬鹽作為成形輔助劑時，用量以原材料重量的3～10%較為適合，少於3%得不到足夠的成形強度，而超過10%則不經濟。當採用波特蘭水泥、熔渣水泥作為形輔助劑時，其用量按重量百分比計在10～20%範圍內。這些成形輔助劑可單獨使用，亦可混合使用。
根據成品所要求的物理特性、成品的大小等，可在組合物中加入預先經高溫燒結的、不收縮的陶瓷器或磚的碎碴，或粉煤灰等，如果為了使成品更輕，還可以加入一些輕質混凝土材料，如珍珠巖粉。
本發明燒結製品內部埋設的金屬材料，可採用作為鋼筋用的鐵絲、圓形或方形鐵桿、金屬網等。不限於鋼鐵材料，熱膨脹係數近似鋼鐵的各種金屬材料均可使用。
通常，這些金屬材料與前述組合物比，熱膨脹程度大，為了吸收這個熱膨脹差，一個有效的辦法是在金屬材料表面塗敷澱粉、聚乙烯醇或C.M.C等的有機糊料，形成塗膜。該有機糊料在組合物內部少氧狀態下不易消失，約350℃時開始碳化，在1200℃時仍然作為碳留在鋼筋的表層。只要有碳留在鋼筋上，鋼筋的氧化就不易進行。在燒結結來後，切開觀察鋼筋的表面，鋼筋表面如滲碳層似地呈光滑狀。據實驗結果，該有機糊層的厚度為鋼筋直徑的0.5%即可，考慮到留在鋼筋表層的殘留碳量和由鋼筋長度方向的伸縮產生的應力吸收，該厚度為鋼筋直徑的1.0%以上較好。另外，當塗膜厚度需在0.05mm以上時，混合一些木碳粉，低粉等也較為有效。
從有機糊料開始燃燒、碳化、體積減小至350℃前，鋼筋與組合物的熱膨脹率的差僅為0.1%以下，作用組合物上的鋼筋膨脹應力可充分被彈性吸收。
以下通過實施例更詳細地說明本發明根據以下條件，在尺為300mm×600mm×20mm的陶瓷質成形體內部，埋設直徑為5mm的鋼筋並成形，用滾柱爐膛式窯，升溫速度為20℃/分上升至1200℃，保持約20分鐘後，以30℃/分的速度冷卻，得到燒成的製品。
(1)鋼筋的表面處理用1∶1重量比混合澱粉和木碳粉，加入10～20倍的水，加溫形成糊料，塗敷在鋼筋表面，塗膜厚度約0.2mm，然後乾燥之。
(2)鋼筋的配量與綁紮如圖2所示，在組合物成形體(1)的中心部位埋設鋼筋(2)，鋼筋(2)的交叉部位用直徑為1.0mm的鋼絲鬆鬆地綁紮(3)陶瓷質組合物的配料、配比如表1所示(重量)
(4)成形方法No.1和No.2用粉末加壓成形方法，加壓150Kg/cm2成形，No.3是加入30～50%的水分，作為水泥砂漿進行混練，注入模子內振動成形，在6℃蒸汽中養護24小時，使之硬化。
(5)燒制後的製品外觀及切開觀察其鋼筋周圍的龜裂，具有以下觀察結果No.1外觀及內部全無龜裂產生No.2外觀及內部全無龜裂產生No.3外觀及內部全無龜裂產生(6)燒成製品的物理特徵，如表2所示
表中，燒結收縮欄中「+」為膨脹，為「-」為收縮。
彎曲強度是在200mm跨度的中央加上荷重，觀察其表面，當組合物上產生龜裂時所測得的強度值。
No.1，No.2和No.3在1000Kg/cm2的荷載下，鋼筋和組合物之間均不分離。
本發明提供了埋設的鋼筋等金屬架的、整體成形的陶瓷質燒結製品，這是在已往技術中認為不可能的事，它發揮了強度高的鋼筋等金屬材料和耐風化性好的陶瓷材料的特性，為建材領域提供了一種新材料。
權利要求
1.一種以金屬為骨架的陶瓷質燒結製品，其特徵在於，線狀、杆狀或金屬網狀的金屬材料以預定的骨架形式埋設在該燒結製品內，並與該燒結製品形成一整體。
2.如權利要求1所述的陶瓷質燃結製品，其特徵在於，在陶瓷質組合物內預定的骨架位置，埋設著與組合物成整體的線狀、杆狀或金屬網狀金屬材料，它們在1000℃以上1250℃以下的溫度中燒制而成，所說的陶瓷質組合物是在燒結加溫過程中，隨著升溫以80×10-7/℃以上的線熱膨脹率保持近直線地膨脹，在1000℃以上的溫度中的燒結收縮不超過0、5%，收縮性小的陶瓷質組合物。
3.如權利要求1或2所述的陶瓷質燒結製品，其特徵在於燒製品的組成物是這樣的具有(CaO+MgO+Al2O3)/SiO2的配合比為0、6～1、5的化學組成，以由高溫熔融而產生的玻璃質狀物作為主原料，該主原料按重量百分比計為20～90%，配合3～20%原料重量的一種以上成形輔助劑，該成形輔助劑由金屬鹽和水硬性水泥類材料做成，再根據需要配合一些非收縮原料。
4.如權利要求2或3所述的陶瓷質燃結製品，其特徵在於，整體埋設成形的金屬材料表面上，形成有機糊料的舉行塗膜，該塗膜厚度為金屬材料直徑的1%以上。
全文摘要
線狀、杆狀或金屬網狀的金屬材料，以預定骨架的形式埋設在陶瓷質燒結製品中，並與其成一整體。本發明提供的這種埋設有鋼筋等金屬骨架的陶瓷質燒結製品，是以往技術中被認為是不可能的事。本發明提供了強度高而且耐風化性好的建築材料。
文檔編號C04B33/36GK1088898SQ93103459
公開日1994年7月6日 申請日期1993年3月1日 優先權日1992年12月28日
發明者居上英雄, 太田千裡 申請人:有限會社亞道陶瓷研究所