一种仿天然洞石瓷质砖的制作方法 [0002] 建筑陶瓷要求有一定的机械强度，部分建筑陶瓷材料要求有较高的机械强度，以 满足受力使用条件及加工要求。地砖就要求具有较高的机械强度，如抗压强度。地砖的机 械强度主要决定于材料、结构，同时与其加工过程相关。陶质材料机械强度较小，基本上不 用来做地砖，地砖往往选用瓷质或炻质材料，相对于陶质材料，瓷质或炻质材料的机械强度 高；结构方面主要取决于陶瓷的作用，例如地砖，采用致密层叠的方式强度就比单层要高， 而且和尺寸有关系，例如600乘以600、800乘以800或1000乘以1000规格的瓷砖，各自的 强度是不同的，随着生产工艺的提高，在满足强度要求的情况下，瓷砖生产厂家生产的瓷砖 尺寸才逐步变大；建筑陶瓷生产工艺条件的变动（如最高烧成温度、保温时间、欠烧或过烧 等）对地砖机械强度的影响十分明显，因此，强度也是检验现行工艺状况和制品均一性的 重要指标。 [0003] 所谓的抗压强度，即，材科受到压缩（挤压）力作用而破损的最大应力称为抗压强 度，以MPa为单位表示。测试时要求地砖等试样两平行受压面不平行度小于0. lmm/cm，不垂 直度度要小于〇. 2_/cm，表面不准有明显裂纹和其他缺陷，瓷砖的抗压强度可用万能材科 试验机测得。 [0004] 当然，在讨论普通陶瓷材料的力学强度时，往往要深入讨论材料分子的化学键，如 共价键性或离子键性材料有更大的硬度与强度，而分子键性材料机械强度往往较小。国标 GB/T4100. 1- 2006以破坏强度（断裂模数）作为建筑陶瓷砖的机械强度检测指标，规定： 瓷质砖破坏强度不小于35MPa ;炻瓷质陶瓷砖断裂模数平均值不小于30MPa ;细炻质砖断裂 模数平均值不小于22MPa ;炻质砖断裂模数平均值不小于18MPa ;陶质砖的断裂模数平均值 不小于15MPa。 [0005] 在目前出现的一种仿天然洞石的瓷砖中，通过特殊材料和加工工艺，可以形成类 似于天然洞石一样的洞石纹理结构，可用于替代天然洞石作为建筑材料。 [0006] 仿天然洞石瓷砖中，可以分为两种，一种是具有真实孔洞的，瓷砖在生产过程中刻 意生成孔洞，例如采用某些受热产生气体材料作为面料的一部分，在烧制的时候材料受热 产生气体，气体从面料中散发出去从而表面的孔洞。这种仿天然洞石瓷砖和天然洞石比较 接近。另外一种仿天然洞石瓷砖，则是在第一种的基础上，将产生的孔洞使用透明物质填 充，从而形成一种看起来有孔洞，但是摸起来没有孔洞感觉的瓷砖，这种瓷砖的好处是，可 以作为地砖铺设，并且由于孔洞被填充，不会藏污纳垢，方便清洁，同时又保留了洞石的天 然美感。 [0007] 目前上市面都有上述两种瓷砖在销售，但是在实际的使用中，仿天然洞石瓷砖在 建筑，尤其是在地砖方面的使用，出现了很多不如人意的地方，例如抗压强度较弱，由于仿 天然洞石瓷砖的内部结构中具有了孔洞，不管该孔洞是否进行了填充，孔洞的存在使得瓷 砖在立体厚度上是不均的，由于孔洞的分布是随机的，因此孔洞的存在对整块瓷砖的应力 影响也是随机的，生产的每一块瓷砖的强度也是随机的，常常容易出现生产出来的瓷砖强 度不够，无法用于建筑当中或在运输、使用过程中发生断裂的情况。



[0008] 本发明的目的在于解决瓷砖强度不够等问题提出一种仿天然洞石瓷质砖。
[0009] 为达此目的，本发明采用以下技术方案：
[0010] 一种仿天然洞石瓷质砖，所述瓷砖的相邻边中点连线上存在孔洞的密度ρ 小于所述瓷砖整体平均孔洞密度P
[0011] 更进一步，所述P中点连线小于所述P ￥均/2。
[0012] 更进一步，所述P中点连线小于所述P平均/3。
[0013] 更进一步，所述P中点连线小于所述P ￥均/4。
[0014] 更进一步，所述瓷砖几何图形中心点处无孔洞。
[0015] 更进一步，所述p中点连线=0。
[0016] 本发明实施例提供的仿天然洞石瓷质砖，克服了洞石瓷砖由于结构存在孔洞而造 成的应力分布不均，从而大幅度降低瓷砖强度的缺点，并同时保留洞石瓷砖的外观美感，是 更加适用于建筑用的高强度洞石瓷砖。




[0017] 图1展示仿天然洞石瓷质砖纵向截面结构图；
[0018] 图2展示仿天然洞石瓷质砖平面俯视示意图；
[0019] 图3展示常见仿天然洞石瓷质砖孔洞分布示意图；
[0020] 图4展示本发明一个实施例中仿天然洞石瓷质砖孔洞分布示意图。


[0021] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，本发明实例在附图中示出，尽管将结合这些实施例来描述本发明，应该理解其并 非要将本发明限制为这些实施例。相反，本发明意欲覆盖可包括在所附权利要求所限定的 精神和范围内的替换、修改和等效形式。另外，在对本发明实施例的以下详述中，提出了很 多具体细节以使本发明得到彻底理解。然而，本领域普通技术人员将认识到，没有这些具体 细节也可实施本发明。在其它实例中，为了不必要地模糊本发明的方面，未详细描述公知的 方法、过程、部件。
[0022] 以下详细描述的一些部分是按照模块、部件、构造等及对可在结构设计软件上用 其它符号表示来提出的。这些描述和表示是陶瓷制造的技术人员所使用的、为了将其工作 的实质最有效地传达给该领域其它技术人员的手段。已经证明，主要是为了公共使用的原 因，将这些结构或组分称作层、块、元素、面积、密度等有时是方便的。
[0023] 然而，应牢记的是，所有这些和相似的术语应与适当的物理量相关联并且仅仅是 适用于这些量的方便标记。除非特别指明，否则如以下描述中所显而易见的，应理解在整个 本发明中，讨论所用的术语，如"关联"或"经过"或"叠加"或"需要"或"确定"或"重复"或 "执行"或"检测"或"引导"等，指的是陶瓷结构或陶瓷制造设备的动作和过程。
[0024] 图1展示了仿天然洞石瓷质砖纵向截面结构图。
[0025] 图1中，展示出仿天然洞石瓷质砖100纵向截面，所述纵向截面示出了底料层110， 以及层叠在底料层110之上的面料层120,所述面料层存在至少两种构造，分别是透明的瓷 质部122和不透明的瓷质部121。瓷质部的主要成为为无机非金属材料，当无机非金属材料 的重量组分大于95%时就可以称之为瓷质部，在一般的制备过程中，瓷质部中无机非金属 材料的重量组分大于99%，或瓷质部中全部为无机非金属材料，需要说明的是，实际中的仿 天然洞石瓷质砖，透光的瓷质部122在面料层120中的分布式随机的，而且形状、大小不一， 类似于天然洞石的外观美感。
[0026] 底料层的制备所需要的原料较为普遍，可以参照现有技术工艺就可以制备得到。
[0027] 不透光的瓷质部的制备的原料也是较为普遍的，现在多数公开的技术中也实现了 制备出透光瓷质部的配方，例如一种较为普遍的配方为：钠长石50?70%，烧滑石：10? 14%，碳酸钡：6?10%，氧化锌：0?3%，方解石：6?8%，硼酸：6?12%，以及可以包括 少量的不影响透明效果的其他组分，透光瓷质部中各组分的重量总数为100 %，可通过常规 的烧制工艺得到。
[0028] 本发明实施例示出的仿天然洞石瓷质砖可以采用现有的生产工艺制备获得。
[0029] 图2展示了仿天然洞石瓷质砖平面俯视示意图。
[0030] 图2中，展示出仿天然洞石瓷质砖100平面俯视形态，在本发明实施例展示的是正 方形的仿天然洞石瓷质砖，但根据实际情况，仿天然洞石瓷质砖还可以是长方形等规则形 状。
[0031] 本发明实施例展示出的正方形仿天然洞石瓷质砖存在几何学上的相邻边中点连 线130,以及几何图形中心点131。
[0032] 图3展示了常见仿天然洞石瓷质砖孔洞分布示意图。
[0033] 图3中，展示常见正方形仿天然洞石瓷质砖100孔洞分布，所述正方形仿天然洞石 瓷质砖的尺寸为建筑中常用的尺寸，例如600CM*600CM、800CM*800CM、1000CM*1000CM等， 图3中示意性地标出该正方形仿天然洞石瓷质砖100几何学上的两条相邻边中点连线130， 以及必然存在的几何图形中心点131，本图中未标出，具体位置可参考图2所示。需要特别 指出的是，所述标示的相邻边中点连线130设定为宽度为1CM的长带条区域，几何图形中 心点131设定为以所述几何图形中心点为圆心，以1CM为半径的圆形区域。
[0034] 图3中还示意性地标出透明的瓷质部122和不透明的瓷质部121，所示透明的瓷质 部122形状、大小不一，并在所述正方形仿天然洞石瓷质砖100上随机分布，形成类似于天 然洞石的外观美感。图3中透明的瓷质部122所形成的孔洞在所述正方形人造瓷砖100面 料层所在的一面随机分布，包括分布在两条设定宽度为1CM的相邻边中点连线130所确定 的长带条区域范围内，并且有可能分布在所述几何图形中心点为圆心，以1CM为半径的圆 形区域。
[0035] 根据研究发现，对于例如正方形、长方形等的规则几何图形仿天然洞石瓷质砖，由 于孔洞的分布是随机的，因此明的瓷质部122所形成的孔洞分布在两条设定宽度为1CM的 相邻边中点连线130所确定的长带条区域范围内，从而使得所述仿天然洞石瓷质砖的应力 局部分布不均，尤其是在所述长带条区域范围内，可承受应力临界值比所述长带条区域范 围外的要明显减小，在局部或整体受压的时候，由于长带条区域范围内的承受应力达到胡 克效应临界值，导致形变超过所述仿天然洞石瓷质砖整体形变值，最后所述仿天然洞石瓷 质砖局部或整体发生不可逆破损，使得所述仿天然洞石瓷质砖的强度低于一般抛光瓷砖的 强度，在制造、运输和使用过程中无法有效保障瓷砖乃至建筑物的质量。
[0036] 图4展示了本发明一个实施例中仿天然洞石瓷质砖孔洞分布示意图。
[0037] 通过对现有常用仿天然洞石瓷质砖容易断裂的原因分析，结合胡克效应建立仿天 然洞石瓷质砖应力分布模型，计算在仿天然洞石瓷质砖面料层上各点上应力和受力情况， 得出仿天然洞石瓷质砖的孔洞优选分布，可有效减轻孔洞对仿天然洞石瓷质砖强度的影 响。
[0038] 图4中，展示本发明一个实施例中仿天然洞石瓷质砖孔洞分布。所述仿天然洞石 瓷质砖的孔洞在两条设定宽度为1CM的相邻边中点连线130所确定的长带条交叉点区域内 的分布明显较区域以外的密度要小。
[0039] 根据应力分布模型计算得知，两条设定宽度为1CM的相邻边中点连线130所确定 的长带条覆盖区域以及所述几何图形中心点为圆心，以1CM为半径的圆形区域，是应力分 布集中的区域，如果通过减少该区域孔洞的密度，将能够明显提高所述区域的强度。
[0040] 因此，设计出理想应力分布模型中，所述两条设定宽度为1CM的相邻边中点连线 130所确定的长带条区域内以及所述几何图形中心点为圆心，以1CM为半径的圆形区域内 存在孔洞的面积除以所述两条设定宽度为1CM的相邻边中点连线130所确定的长带条区域 以及所述几何图形中心点为圆心，以1CM为半径的圆形区域的总面积，得出相邻边中点连 线上存在孔洞的密度，标记为Ρ 将整块仿天然洞石瓷质砖面料层上存在的孔洞面积 除以整块仿天然洞石瓷质砖面料层的总面积，得出瓷砖整体平均孔洞密度，标记为Ρ
[0041] 因此，根据应力分布模型，当所述仿天然洞石瓷质砖的相邻边中点连线上存在孔 洞的密度Ρ 小于所述瓷砖整体平均孔洞密度Ρ ￥@时，就能提高仿天然洞石瓷质砖的 强度。
[0042] 优选的，所述Ρ中点连线小于所述Ρ ￥均/2。
[0043] 优选的，所述Ρ中点连线小于所述Ρ ￥均/3。
[0044] 优选的，所述Ρ中点连线小于所述Ρ ￥均/4。
[0045] 优选的，仿天然洞石瓷质砖几何图形中心点处无孔洞。
[0046] 优选的，所述P 0,且，仿天然洞石瓷质砖相邻边中点连线上不存在孔洞。
[0047] 为了验证所述孔洞应力分布模型，以及所述P 所述P _比例关系与仿天 然洞石瓷质砖强度的对应关系，通过对上述按照上述参数要求实际生产仿天然洞石瓷质砖 设计测试试验进行测试，并与一般的仿天然洞石瓷质砖做测试对比。
[0048] 为了表述方便，对上述按照上述参数要求实际生产仿天然洞石瓷质砖分别以样品 A、样品B、样品C、样品D、样品E和样品F进行标示，对比例样品用G标示。所述样品均按照 实施例具体参数要求制造：
[0049] 样品A的P平均具为75. 66%，样品A的P中点连线为67. 29% ;
[0050] 样品B的P平均具为76. 01 %，样品B的P中点连线为34. 89% ;
[0051] 样品C的P平均具为76. 48%，样品C的P中点连线为22. 97% ;
[0052] 样品D的P平均具为75. 87%，样品D的P中点连线为11. 35% ;
[0053] 样品E的P 具为75. 99%，样品E的Ρ μ连线为33. 47%，且仿天然洞石瓷质砖 几何图形中心点处无孔洞；
[0054] 样品F的Ρ平均具为72. 08%，样品F的Ρ中点连线为0% ;
[0055] 对比例样品G为普通生产的仿天然洞石瓷质砖，参数如下：
[0056] 对比例样品G的Ρ平均具为76. 46%，样品G的Ρ中点连线为79. 52%。
[0057] 每种样品均为6块，为了配合万能材科试验机测试材料尺寸，根据标准瓷砖 的三种尺寸 600CM*600CM、800CM*800CM、1000CM*1000CM 等比缩小为 600ΜΜ*600ΜΜ、 800ΜΜ*800ΜΜ、1000ΜΜ*10(Κ)ΜΜ三种尺寸，每种尺寸各2块，按照标准流程和样式制备获得。
[0058] 样品全部经过表面抛光处理磨平，光洁度达4,且所有样品边角无缺损，表面无裂 纹，尺寸公差符合上述规定，样品两平行受压面不平行度小于〇. 1MM/CM，不垂直度要小于 0·2MM/CM。
[0059] 测试设备为整砖专用万能材科试验机，可调配600ΜΜ*60(ΜΜ、800ΜΜ*80(ΜΜ、 1000ΜΜ*1000ΜΜ三档整砖测试尺寸。
[0060] 强度计算公式为：
[0061] 强度（MPa)=破坏荷载（ΚΝ) /样品面料层面积（ΜΜ2)。
[0062] 表1样品A测试结果表
[0063]