[发明专利]高致密度、高强度石膏陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高致密度、高强度石膏陶瓷及其制备方法，所述的石膏陶瓷是二水硫酸钙(CaSO₄·2H₂O)的致密块体材料，与普通块体石膏相比具有大幅提高的致密度(90～97％)、抗压强度(42～97MPa)及抗弯强度(12～27MPa)。本发明提供的石膏陶瓷可用于建筑、装饰、雕塑等，其高致密度与高强度使得制成品不易破碎、并具有更好的耐潮性，而其简单的制备方法则有利于低成本的规模生产。

技术领域

本发明涉及应用于建筑、装饰、雕塑等方面的结构材料，尤其涉及一种高致密度及高强度的石膏陶瓷材料。

背景技术

石膏即二水硫酸钙(CaSO₄·2H₂O)，其块体形态作为结构材料有着悠久的历史，在建筑、装饰、雕塑等方面应用广泛。块体石膏一般通过混合半水硫酸钙(CaSO₄·0.5H₂O)粉末与水制得。半水硫酸钙与水反应生成二水硫酸钙，同时发生固化，干燥后即得具有一定强度的块体石膏。通过这一传统方法制得的块体石膏内部含有大量气孔，致密度仅为40～70％，故易吸潮。更为重要的是，低致密度导致块体石膏的强度较低，其抗压及抗弯强度通常分别低于30MPa、10MPa，严重限制了实际应用。增加致密度有望大幅提高块体石膏的强度，而高温烧结法则是制备致密无机陶瓷材料最常用的方法。然而，二水硫酸钙在99℃和163℃时会依次分解为半水硫酸钙和无水硫酸钙，故无法通过高温烧结制备致密的石膏陶瓷。因此，开发新型方法、制备出具有高致密度、高强度的石膏陶瓷，对块体石膏在各方面的应用均具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种高致密度、高强度石膏陶瓷及其制备方法，该材料具有远高于普通块体石膏的致密度和强度，且制备方法简单，具有广阔的应用前景。

本发明的石膏陶瓷可用下述方法制备而成。

首先，往二水硫酸钙粉末中加入重量百分比1～20％的去离子水，将两者混合均匀后倒入模具中。之后，给混合物施加100～700MPa的单轴压或等静压，保持1～20分钟。最后，撤去单轴压或等静压，将材料从模具中取出，干燥后即得到所需致密的石膏陶瓷。

本发明提供的石膏陶瓷，其致密度为90～97％，抗压强度为42～97MPa，抗弯强度为12～27MPa。相比之下，普通块体石膏的致密度为40～70％，抗压和抗弯强度通常分别低于30MPa、10MPa。因此，本发明提供的石膏陶瓷的各项性能均远优于普通块体石膏。将本发明提供的石膏陶瓷应用于建筑、装饰、雕塑等方面，可使得制成品不易破碎、并具有更好的耐潮性。同时，本发明提供的石膏陶瓷的制备方法工艺简单，非常适于低成本的规模生产。因此，本发明在工业上具有很高的应用价值。

具体实施方式

表1示出了构成本发明的石膏陶瓷的具体实例及其致密度和抗压、抗弯强度。其制备方法如下所述。

首先，往二水硫酸钙粉末中加入重量百分比1～20％的去离子水，将两者混合均匀后倒入模具中。之后，给混合物施加100～700MPa的单轴压或等静压，保持1～20分钟。最后，撤去单轴压或等静压，将材料从模具中取出，干燥后即得到所需致密的石膏陶瓷。

用粉末X射线衍射法对制备好的试样进行物相分析，用体积法测试致密度，用万能材料试验机测试抗压和抗弯强度。

由表1知，石膏陶瓷的致密度先随着制备压强的升高明显增加，压强高于400MPa时致密度变化不大。抗压和抗弯强度则随着制备压强的升高先增加、后减小。制备压强为100～700MPa时，石膏陶瓷的致密度为90～97％，抗压强度为42～97MPa，抗弯强度为12～27MPa。在制备压强为400MPa时，获得致密度96.8％、抗压强度97MPa、抗弯强度为27MPa的最佳综合性能。

表1、石膏陶瓷的致密度、抗压强度及抗弯强度随制备压强的变化。