Стеклянное покрытие на керамике
Изобретение относится к способу полировки обожженного керамического изделия, такого как кирпич, плитка. Техническим результатом изобретения является получение более плотной и твердой полируемой поверхности. Способ полировки поверхности обожженного керамического изделия включает нанесение на керамическую поверхность обожженного керамического изделия отверждающего/уплотняющего вещества, включающего смесь по меньшей мере одного гидроксида и по меньшей мере одного силиката или по меньшей мере одного гидроксида и диоксида кремния. После этого выдерживают отверждающее/уплотняющее вещество в контакте с поверхностью в течение периода времени, достаточного для того, чтобы позволить соединению впитаться и химически прореагировать, тем самым отвердить/уплотнить поверхность, и проводят полировку поверхности. 5 н. и 34 з.п. ф-лы, 7 пр.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к способу создания гладкой отвержденной/уплотненной поверхности на твердом обожженном огнеупорном керамическом изделии, таком как кирпич, плитка, панель и трехмерный объект.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Любое обсуждение предшествующего уровня техники на протяжении всего описания никоим образом не следует рассматривать как признание того факта, что такой предшествующий уровень техники широко известен или образует часть общедоступных сведений в данной области.
Хорошо известно, что полировка природного камня улучшает эстетическую привлекательность и ценность камня. Отполированные мрамор, гранит, терраццо и тому подобное являются дорогостоящими строительными материалами, однако обеспечивают замечательный внешний вид и износостойкость. Кроме того, известно, что полировка бетона увеличивает его ценность. На протяжении более чем 100 лет для полирования камня и каменных полов использовались специализированные устройства и оборудование. На сегодняшний день усовершенствованное низкозатратное автоматизированное оборудование, усовершенствованные и износостойкие алмазные инструменты делают полировку камня быстрой и доступной по цене.
Керамика в течение многих лет широко использовалась в качестве декоративного, декоративно-отделочного и строительного материала. Благодаря своей прочности, долговечности, легкости изготовления, легкости установки и относительно низкой стоимости керамика зачастую становится излюбленным материалом для изготовления полов, стен, панелей и керамических гончарных изделий. Однако существует немало ситуаций, при которых требуется, чтобы стена или поверхность обладали привлекательным высокоглянцевым покрытием или блеском. В данной области техники известно, что полировка обожженных керамических изделий невозможна из-за их физических свойств.
К настоящему времени в основном известен единственный способ создания глянцевой поверхности на керамическом изделии - с помощью глазурования. Способ глазурования керамических поверхностей хорошо известен на протяжении многих веков и включает в себя нанесение на изделие активируемой при нагревании глазури с последующим обжигом изделия для получения глянцевой поверхности.
Хотя компоненты обожженной огнеупорной керамики аналогичны компонентам, обнаруженным, например, в бетоне, они присутствуют в совершенно других соотношениях. Например, основным компонентом цемента является оксид кальция, обычно присутствующий в количестве 61-67%, по сравнению с типичным обожженным керамическим изделием, таким как кирпич, содержащим около 2,8% оксида кальция. В свою очередь кирпич содержит около 66% диоксида кремния, присутствующего в цементе в количестве около 23%.
Обожженная керамика и бетон различаются также и по внешнему виду. Керамику обжигают в отличие от бетона, который наливают. Это приводит к разному внешнему виду, однако основное различие лежит в химической природе, поскольку керамика после обжига становится совершенно другим веществом. В процессе обжига материально-вещественный и химический состав компонентов керамики постоянно и необратимо изменяется. Компоненты керамики подвергаются химическим реакциям за счет активации и подвижности частиц, образующихся при обжиге. Химическая реакция, инициированная сильным нагревом выше 1000°C, способствует образованию керамики, в отличие от бетона, который был бы полностью разрушен такой температурой. Керамика значительно более мягкая и хрупкая, чем цемент или большинство других камней, отсюда и проистекает невозможность ее полировки. Керамические изделия сильно отличаются друг от друга в значительной степени благодаря наличию большого количества разнообразных сортов глины, добываемой во всем мире, таких как каолин, шамотная глина, комовая глина, терракота и глина для тонкокаменных керамических изделий, а также смеси этих глин, с образованием конкретной керамики, подходящей для изготовления конкретного продукта. Помимо разновидностей глины существует множество комбинаций таких глиняных смесей. Подобные видоизменения являются многочисленными за счет использования большого количества наполнителей, добавляемых для получения керамики определенного цвета, плотности, влагосодержания, размера частиц и срока службы. Широкий ассортимент продукции, изготовленной из обожженной огнеупорной керамики, включает в себя множество форм, областей применения и размеров с, по-видимому, безграничным диапазоном конструкций. Все эти факторы делают полировку обожженных керамических изделий совершенно иной задачей, чем полировка цемента или других камней.
Фарфоровые изделия представляют собой особую и отдельную форму обожженной керамики с четко различимыми физическими свойствами. Разработаны композиции из каолина, комковой глины, измельченного полевого шпата, кремнезема и других добавок для получения керамики, обладающей различными конкретными свойствами, такими как твердость, прозрачность, плотность, и существует также керамика, абсорбирующая минимальное количество воды. Такие изделия известны, однако их химическая природа опять-таки отличается от природы обожженных керамических изделий, таких как кирпичи и кафельная плитка, и, кроме того, их обжигают при значительно более высоких температурах.
Целью настоящего изобретения является преодоление или усовершенствование по меньшей мере одного из недостатков существующего уровня техники либо создание приемлемого альтернативного варианта.
Если из контекста не вытекает иное, на протяжении всего описания и формулы изобретения слова «включает в себя», «включающий в себя» и тому подобное следует рассматривать в общем смысле, в противоположность исключающему или исчерпывающему смыслу; то есть как «включая, но не ограничиваясь этим». СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с первым аспектом, изобретение предлагает способ полировки поверхности обожженного керамического изделия или поверхности, включающий в себя стадии:
a) нанесения на керамическую поверхность обожженного керамического изделия отверждающего/уплотняющего вещества, выбранного из группы, состоящей из гидроксидов, силикатов, силиконатов, силоксанов, силазанов, силанов, кремнийорганических эфиров и их комбинаций;
b) выдерживания отверждающего/уплотняющего вещества в контакте с поверхностью в течение периода времени, достаточного для того, чтобы позволить соединению впитаться и химически прореагировать, тем самым отверждая/уплотняя поверхность; и
c) полировки поверхности.
Предпочтительно, чтобы полировка поверхности дополнительно включала в себя нанесение полировального материала на керамическую поверхность; и полировку керамической поверхности.
Более предпочтительно период времени должен быть достаточным для того, чтобы позволить соединению проникнуть внутрь и отвердить поверхность, а способ дополнительно включает в себя стадии:
d) нейтрализации поверхности;
e) возможного спекания поверхности; и
f) очистки поверхности паром.
Отверждающий/уплотняющий раствор может быть нанесен окрашиванием, окунанием, распылением или подобными способами, или же он может наноситься в вакууме либо под давлением для усиления проникновения внутрь поверхности керамического изделия.
Предпочтительно, чтобы способ дополнительно включал в себя стадии:
d) нанесения на керамическую поверхность полировального материала во время полировки; или
e) полировку керамической поверхности без использования полировального материала с помощью полировальных подушек, кругов, барабанов или шлифовальных лент, смоченных водой либо сухих.
Предпочтительно, чтобы обожженное керамическое изделие представляло собой кирпич, плитку, панель, стену или трехмерный объект. Более предпочтительно, чтобы это был кирпич. Согласно другому варианту осуществления, предпочтительно, чтобы поверхность представляла собой монолитную стену.
Предпочтительно, чтобы отверждающее/уплотняющее вещество использовали в растворителе, выбранном из группы, состоящей из воды, спирта и органических растворителей. Предпочтительно, чтобы отверждающее/уплотняющее вещество применяли в количестве, достаточном для проникновения внутрь поверхности на расстояние 0,01-10 мм. Предпочтительно, если отверждающее/уплотняющее вещество, контактирующее с керамической поверхностью, высушивают и отверждают перед шлифовкой.
Предпочтительно, чтобы отверждающее/уплотняющее вещество включало в себя воду и соединение, выбранное из группы, состоящей из гидроксидов, силикатов, силиконатов, фторсиликатов, силоксанов, силазанов, силанов, кремнийорганических эфиров и их комбинаций, в диапазоне соотношений приблизительно от 8:1 до 1:1 по объему.
Согласно одному из вариантов осуществления, отверждающее/уплотняющее вещество включает в себя гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид цезия или их смеси в воде. Наиболее предпочтительно использовать раствор NAOH и КОН.
Согласно другому варианту осуществления, отверждающее/уплотняющее вещество состоит из силиката или смеси силикатов, предпочтительно, силиката натрия. Силикаты преимущественно добавляют в случаях, когда кремний в керамическом изделии присутствует в низких концентрациях и/или в нереакционноспособной форме.
Согласно одному из наиболее предпочтительных вариантов осуществления, отверждающее/уплотняющее вещество включает в себя гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид цезия и коллоидный диоксид кремния.
Согласно другому варианту осуществления, отверждающее/уплотняющее вещество состоит из фторсиликата или смеси фторсиликатов.
Предпочтительно, чтобы фторсиликаты были выбраны из группы, состоящей из фторсиликата цинка, фторсиликата магния и их смесей.
Согласно другому варианту осуществления, отверждающее/уплотняющее вещество состоит из силиконата или смеси силиконатов. Предпочтительным силиконатом является метилсиликонат натрия.
Полировальный материал может быть таким же или отличаться от отверждающего/уплотняющего вещества, однако предпочтительно, чтобы полировальный материал был таким же как отверждающее/уплотняющее вещество. Как правило, его используют в виде раствора. Полировальный материал предпочтительно может использоваться в более разбавленном виде, чем отверждающее/уплотняющее вещество.
Предпочтительно, чтобы полировальный материал включал в себя гидроксиды, силикаты, силиконаты, фторсиликаты, силоксаны, силазаны, силаны, кремнийорганические эфиры и их комбинации, в растворителе, включающем элемент, выбранный из группы, состоящей из воды и спирта.
Предпочтительно, чтобы полировальный материал включал воду и соединение, выбранное из группы, состоящей из гидроксида, силикатов, силиконатов, фторсиликатов, силоксанов, силазанов, силанов, кремнийорганических эфиров и их комбинаций, в соотношении приблизительно от 30:1 до 1:1 по объему, более предпочтительно, 10:1 по объему.
Предпочтительно, чтобы поверхность полировали механически с помощью полировального круга, барабана или подушки, имеющих диапазон крупности абразивного материала в пределах приблизительно от 20 до 10000. Поверхность может быть дополнительно зачищена перед обработкой, например, для ее выравнивания или сглаживания.
Согласно второму аспекту, изобретение включает в себя способ полировки обожженной огнеупорной керамической поверхности, включающий в себя стадии: (a) нанесение на керамическую поверхность раствора полировального материала, выбранного из группы, состоящей из гидроксидов, силикатов, силиконатов, фторсиликатов, силоксанов, силазанов, силанов, кремнийорганических эфиров и их комбинаций, в воде или спирте в количестве, достаточном для адекватного проникновения внутрь поверхности; и (b) полировки керамической поверхности, на которою нанесен полировальный материал.
Предпочтительно, чтобы раствор полировального материала состоял из воды и соединения, выбранного из группы, состоящей из гидроксидов, силикатов, силиконатов, фторсиликатов, силоксанов, силанов, кремнийорганических эфиров и их комбинаций.
Способ согласно второму аспекту предпочтительно может дополнительно включать стадии: (c) очистки керамической поверхности; (а) нанесения на керамическую поверхность дополнительного количества раствора полировального материала; и (e) полировки керамической поверхности с помощью полировальной подушки, круга или барабана, имеющих меньшую зернистость абразивного материала, чем была использована на предыдущей стадии полировки.
Стадии с (c) по (e) можно повторять до тех пор, пока поверхность не приобретет требуемого уровня блеска.
Согласно третьему аспекту, изобретение предлагает способ хонингования и полировки шероховатой, неровной керамической поверхности, включающий стадии:
(a) хонингования поверхности с помощью крупнозернистой хонинговальной подушки, круга или барабана с использованием или без использования смазки с получением по существу гладкой ровной поверхности;
(b) нанесения на керамическую поверхность отверждающего/уплотняющего вещества, выбранного из группы, состоящей из гидроксидов, силикатов, силиконатов, фторсиликатов, силоксанов, силазанов, силанов, кремнийорганических эфиров и их комбинаций и их растворов в растворителях, выбранных из группы, состоящей из воды и спирта;
(c) выдерживание отверждающего/уплотняющего вещества в контакте с поверхностью в течение периода времени, достаточного для проникновения внутрь, отверждения и структурирования поверхности керамики; и
(d) полировки керамической поверхности. Предпочтительной смазкой является вода.
Предпочтительно, чтобы способ согласно третьему аспекту дополнительно включал в себя стадии:
(e) очистки керамической поверхности;
(f) нанесения на керамическую поверхность полировального материала;
(g) полировки керамической поверхности с помощью полировальной подушки, круга или барабана, имеющих меньшую зернистость абразивного материала, чем была использовано на предыдущей стадии; и
повторения стадий с (e) по (g) до тех пор, пока после поверхность не достигнет требуемого уровня блеска.
Предпочтительно, чтобы полировальный материал был в растворенном виде.
Способ согласно третьему аспекту может дополнительно включать в себя предварительную стадию очистки керамики и высушивания керамической поверхности перед стадией нанесения на керамическую поверхность отверждающего/уплотняющего вещества, или же он может дополнительно включать удаление существующего покрытия перед хонингованием и полировкой поверхности, при этом способ включает предварительные стадии:
(i) шлифовки поверхности с помощью крупнозернистого вращающегося шлифовального круга и/или проведения пескоструйной обработки;
(ii) нанесения реактива для снятия покрытия химическим способом для удаления какой-либо оставшейся части покрытия; и
(iii) очистки керамической поверхности.
Согласно четвертому аспекту, изобретение предлагает способ удаления и разравнивания мягкой пористой керамики с отвержденной керамической поверхности и полировки поверхности, при этом способ включает стадии:
(a) шлифовки и удаления мягкой поверхности с помощью крупнозернистого вращающегося шлифовального станка;
(b) очистки и высушивания поверхности;
(c) нанесения на керамическую поверхность отверждающего/уплотняющего вещества, выбранного из группы, состоящей из гидроксидов, силикатов, силиконатов, фторсиликатов, силоксанов, силазанов, силанов, кремнийорганических эфиров и их комбинаций и их растворов в растворителях, выбранных из группы, состоящей из воды и спирта;
(d) выдерживание отверждающего/уплотняющего вещества в контакте с поверхностью в течение периода времени, достаточного для проникновения внутрь, отверждения и/или уплотнения поверхности керамики; и
(e) полировки керамической поверхности с помощью полировальной подушки, круга или барабана, имеющих зернистость абразивного материала приблизительно от 20 до 10000;
(f) очистки керамической поверхности;
(g) нанесения на керамическую поверхность раствора полировального материала, выбранного из группы, состоящей из гидроксидов, силикатов, силиконатов, фторсиликатов, силоксанов, силазанов, силанов, кремнийорганических эфиров и их комбинаций и их растворов в растворителях, выбранных из группы, состоящей из воды и спирта;
(h) полировки керамической поверхности с помощью полировальной подушки, круга или барабана, имеющих меньшую зернистость абразивного материала, чем использованная на предыдущей стадии; и
(i) повторения стадий с (f) по (h) до тех пор, пока после очистки поверхность не достигнет требуемого уровня блеска.
Способы настоящего изобретения также включают в себя обработку отполированной твердой обожженной огнеупорной керамики разбавленным раствором кислоты. Его наносят и выдерживают в контакте с поверхностью в течение некоторого времени, после чего поверхность твердой глиняной обожженной огнеупорной керамики промывают водой либо очищают паром.
Предпочтительно, чтобы отверждающий/уплотнющий раствор наносили на твердую глиняную обожженную огнеупорную керамику с образованием алюмосиликатного стекла, кальцийсиликатного стекла или многокомпонентного силикатного стекла.
В соответствии с пятым аспектом, настоящее изобретение предлагает обожженную керамику, полученную способом в соответствии с любым из предыдущих аспектов изобретения, с измененным внешним видом поверхности.
В соответствии с шестым аспектом, изобретение предлагает обожженную керамику, имеющую полированную поверхность из алюмосиликатного стекла, кальцийсиликатного стекла или многокомпонентного силикатного стекла. Предпочтительно, чтобы обожженная керамика имела не липкую поверхность. Предпочтительно, чтобы обожженная керамика имела поверхность, стойкую к минеральному выщелачиванию. Предпочтительно, чтобы обожженная керамика имела поверхность, стойкую к проникновению внутрь масла, краски, растворителей и других химических реагентов. Предпочтительно, чтобы обожженная керамика имела поверхность, отражающую свет. Предпочтительно, чтобы обожженная керамика имела поверхность, стойкую к абразивному износу и эрозии.
Предпочтительно, чтобы обожженная керамика имела форму кирпича или плитки или стены.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение будет описано применительно к кирпичу, хотя следует понимать, что изобретение может быть использовано применительно к любому керамическому изделию или конструкции.
Физическое шлифование и полировка твердой глиняной обожженной огнеупорной керамики, такой как кирпичи, отличается от шлифования и полировки других материалов, поскольку керамика, даже обожженная при высоких температурах, остается относительно рыхлой по своей структуре. Связи между различными компонентами внутри керамики таковы, что при грубой шлифовке компоненты выпадают, и поверхность ухудшается за счет образования выемок, более глубоких, чем размеры частиц шлифовального круга (и возникающих в результате дефектов). Как таковая, продолжительная полировка не улучшает качества поверхности.
Авторами настоящего изобретения было установлено, что после проведения химической реакции на поверхности керамики с гидроксидом или смесью гидроксидов, либо с использованием или без использования растворимого силиката, либо путем реагирования различных кремнийсодержащих соединений (таких как силикаты, силиконаты, фторсиликаты, силоксаны, силазаны, силаны, кремнийорганические эфиры) можно в конечном итоге отполировать обожженное керамическое изделие, такое как кирпич, до высокого блеска благодаря образованию твердой уплотненной керамической поверхности. Соединения, такие как силикаты, силиконаты, фторсиликаты, силоксаны, силазаны, силаны, кремнийорганические эфиры, используют для отверждения/уплотнения бетона перед его шлифовкой, как раскрыто в патентном документе US 6454632, Jones et al.
He желая быть связанными теорией, можно предположить, что гидроксид или смесь гидроксидов (с использованием или без использования растворимого силиката) или Другие кремнийсодержащие соединения служат для стабилизации/уплотнения/отверждения поверхности керамического изделия. Эта поверхность сначала может быть плоско отшлифована для создания гладкой ровной поверхности, готовой для химической обработки. При последующих шлифовке и полировке она может быть обработана с помощью более тонкого полировального абразивного материала обычным способом - поверхность последовательно повторно шлифуют более тонким абразивным материала для удаления следов, оставленных предыдущими процессами шлифовки.
Как правило, первую шлифовку проводят до любой химической обработки. Она может быть выполнена сухим или влажным способом с использованием шлифовального зерна с номером в диапазоне 20-120. Если шлифовку осуществляют влажным способом, керамику после нее следует высушить перед обработкой отверждающим/уплотняющим веществом. При проведении сухой шлифовки пыль необходимо улавливать с помощью соответствующей системы пылеулавливания, чтобы не создавать опасности для здоровья оператора.
Шлифование немодифицированной керамики с помощью крупнозернистого шлифовального круга имеет ограничения, обусловленные особенностями твердой глиняной/известковой обожженной огнеупорной керамики. Существенной проблемой является ухудшение поверхности, когда небольшие, размером до микроскопических, частицы удаляются из структуры, поскольку структура керамики рыхлая и не способна противостоять давлению при шлифовке. По мере того как стандартный крупнозернистый шлифовальный круг шлифует керамическую поверхность, происходит зачистка краев керамики. Обычные шлифовальные круги изготавливают из сегментированных алмазов, присоединенных к вращающемуся кругу, диску или барабану, который крошит края керамики, по мере того как алмазные сегменты «ударяются» о края или удаляют свободные несвязанные частицы с поверхности. Эта сила является значительной и обуславливает ударное воздействие на керамическую поверхность каждый раз, когда о нее ударяется алмазный сегмент. Керамика не способна противостоять промежуточному давлению, оказываемому алмазным инструментом по мере того, как он проходит по керамической поверхности во время процесса шлифовки.
Один из способов исключить эти колебания давления и удары, вызываемые алмазными сегментами, заключается в использовании смолы для заполнения пространства между алмазными сегментами, позволяющей создавать более равномерное давление. Другой способ преодоления удара алмазных сегментов заключается в создании непрерывной алмазной поверхности.
В исходном процессе шлифования волнистые или неровные поверхности обычно выравнивали перед началом процесса шлифовки. В случае химически модифицированной поверхности для получения все более гладкой поверхности используют последовательно более мелкозернистые абразивы с номером шлифовального зерна 200-10000. Такое применение более мелкозернистых абразивов обеспечивает повышенный блеск при использовании как сухих, так и смазанных абразивов.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что керамику можно полировать, когда ее поверхность изменена в структурном и химическом отношении с образованием совершенно нового вещества с отличающимися свойствами. Применение отверждающего/уплотняющего агента, представляющего собой концентрированный гидроксид натрия, гидроксид калия и/или гидроксид цезия, использованные отдельно или смешанные с диоксидом кремния или силикатами, силиконатами, фторсиликатами, силоксанами, силазанами, силанами, кремнийорганическими эфирами, делает поверхность более твердой и/или плотной и полируемой с получением высокого блеска. Безотносительно какой-либо теории предполагается, что под действием водных растворов гидроксидов в активированной с помощью тепла глине растворяются такие элементы, как Si, Al, Mg, Ca и другие. Подвижность химических элементов позволяет далее осуществляться целому ряду сложных химических взаимодействий. Конденсация химических частиц с образованием стабильной неорганической полимерной сетки превращает керамическую поверхность в стеклоподобную структуру.
В дополнение к смесям гидроксида/коллоидного диоксида кремния добавка в раствор Al, Mg, Ca и других подходящих катионов позволяет адаптировать реакцию к достижению определенных требуемых свойств керамической поверхности, например, твердости и, как следствие, стойкости к царапанию. Благодаря превращению керамики в разновидность стекла свойства керамики усиливаются, расширяя область применения керамики. Увеличенная прочность делает поверхность более стойкой к атмосферным воздействиям, отражая свет и, таким образом, тепло, сберегая энергию в жарком климате. Кроме того, керамическая/стеклянная поверхность способна лучше выдерживать тепло без повреждения. Способ также ингибирует рост плесневых грибов, милдью и другие формы роста микроорганизмов благодаря щелочной природе процесса.
Или же, керамика может быть обработана реакционноспособным кремнийсодержащим соединением, таким как силикаты, силиконаты, фторсиликаты, силоксаны, силазаны, силаны, кремнийорганиеские эфиры. Ранее их использовали для обработки бетона, однако неожиданно оказалось, что они также могут быть использованы при обработке керамики в качестве агентов для отверждения/уплотнения поверхности перед полировкой.
Настоящее изобретение описано применительно к кирпичам, однако следует понимать, что оно не ограничивается кирпичами, а распространяется на все твердые глиняные/известковые обожженные огнеупорные керамические изделия.
Химический состав и структура различной обожженной огнеупорной керамики на основе глины или известняка варьируются, однако в большинстве случаев она состоит из глины и/или известняка и какого-либо наполнителя, такого как песок и вода. С химической точки зрения она состоит в основном из кварца, иллита и каолинита с каким-либо полевым шпатом и карбонатом (Buchwald, Kaps & Hohman, 2003). Фактическое процентное содержание варьируется в зависимости от минералов, добавленных для получения требуемого цвета или других свойств, таких как твердость, но общие анализы показывают следующий химический состав (Kaps & Buchwald):
| LiO | SiO2 | Al3O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | TiO2 | K2O | Na2O | |
| Кирпичный порошок | 0,9% | 66,7% | 15,8% | 5,3% | 2,8% | 3,8% | 0,53% | 3,7% | 0,79% |
Компоненты, смешанные с водой, далее перемешивают и формуют в виде блоков, плиток, листов и трехмерных объектов перед обжигом при требуемых температурах с образованием твердой глиняной обожженной огнеупорной керамики.
Глиняный компонент в обожженной огнеупорной керамике на основе глины/известняка термически активируется в реакционноспособное соединение (активированная глина, например, метакаолин) с помощью процесса дегидроксилирования (Buchwald, Kaps & Hohman, 2003; Kaps & Buchwald, 2002). Активированная глина затем подвергается процессу дезинтеграции ее твердой структуры под действием раствора гидроксида щелочного металла (например, KOH, NaOH, CsOH), в результате чего в растворе образуются реакционноспособные силикатные, карбонатные и алюминатные мономеры. Затем происходит конденсация силикатного, карбонатного и алюминатного мономеров в течение установочного периода с образованием стабильной неорганической полимерной сетки (Kaps & Buchwald, 2002). По существу, это является типом многокомпонентного/алюмосиликатного стекла (Mele, Biesemans & Wu, 1996).
Способ хонингования и полировки неровной керамической поверхности включает в себя следующие стадии: (a) хонингования поверхности с помощью грубой абразивной хонинговальной подушки, круга или барабана с зернистостью абразивного материала в диапазоне 20-150 с использованием или без использования смазки с получением по существу гладкой ровной поверхности; (b) нанесения на керамическую поверхность раствора отверждающего/уплотняющего вещества, выбранного из группы, состоящей из гидроксидов, силикатов, силиконатов, фторсиликатов, силоксанов, силазанов, силанов, кремнийорганических эфиров и комбинаций указанных выше растворов в растворителях, выбранных из группы, состоящей из воды и спирта; (c) выдерживание отверждающего/уплотняющего вещества в контакте с поверхностью в течение времени, достаточного для отверждения и/или уплотнения поверхности керамики; (d) шлифовки поверхности с помощью абразивного материала с зернистостью 80-150; (e) использования кругов, подушек, барабанов с более мелкозернистым абразивным материалом от 200-10000 при шлифовании песком и полировке для достижения требуемого блеска; (f) после того как отверждающее/уплотняющее вещество прореагировало с керамикой и была проведена чистовая полировка, может быть выполнен ряд стадий для предотвращения миграции непрореагировавшего соединения из керамики. Этот непрореагировавший избыток отвержающего/уплотняющего соединения является крайне нежелательным, поскольку при использовании сильно щелочных смесей на поверхности керамики образуется коррозионная пленка. Такая пленка снижает блеск полировки и может быть опасной при соприкосновении с незащищенной кожей/глазами. Таким образом, важно нейтрализовать отполированную поверхность керамики, несмотря на то, что во время реакции диоксида углерода с водяным паром воздуха образующаяся разбавленная угольная кислота будет нейтрализовать щелочь. Целесообразно нейтрализовать щелочь с помощью разбавленной кислоты, такой как соляная кислота. Хотя процесс отверждения не требует использования тепла и базируется, главным образом, на временном факторе (приблизительно 28 дней для полного отверждения), желательно ускорить отверждение за счет использования нагрева поверхности керамики. Интенсивность и температуру изменяют в соответствии с природой керамики. Это, помимо прочего, ингибирует миграцию непрореагировавшего избыточного соединения. Вновь образованная стеклянная/керамическая поверхность также может быть отверждена путем термического спекания, проводимого после использования отверждающего/уплотняющего вещества. На конечной стадии промывки керамики водой и/или очистки паром с поверхности удаляют остатки загрязнений.
В дополнение к гидроксидам существует несколько классов кремнийсодержащих соединений, включающих соединения, которые могут быть использованы для улучшения характеристик керамической поверхностей.
Наиболее часто используемыми среди них являются силикаты, силиконаты и фторсиликаты, наиболее предпочтительны силикаты. Однако также используются и силоксаны, силазаны и силаны. Фактически, любое кремнийсодержащее соединение, способное реагировать с фрагментами поверхности керамики, содержащими открытую связь, может быть использовано в соответствии с принципами настоящего изобретения. Соединения, такие как силоксаны и силазаны, дают реакции, аналогичные реакциям силикатов с выделением алкоксидных или амидных групп. В последующем обсуждении будут рассмотрены соответствующие аспекты каждого из упоминавшихся выше соединений.
1. Растворимые неорганические силикаты
Эти вещества реагируют с существующими на керамической поверхности силикатными материалами и приводят к улучшению прочности, поверхностной твердости и гидрофобных характеристик керамической поверхности. Общая химическая формула растворимых неорганических силикатов имеет вид:
MxSiyOz
где M представляет собой щелочной металл, такой как литий, натрий, калий, рубидий или цезий, либо их смесь; x - целое число, такое как 1, 2, 4, 6, 8, 10 и так далее; y - целое число, такое как 1, 2, 5, 11, 14 и так далее; и z - целое число, такое как 1, 3, 6, 10, 12, 15, 20 и так далее. Специалисту в данной области техники будет очевидно, что x, y и z являются числами, отражающими валентность элементов в химическом соединении. Конкретные примеры растворимых неорганических силикатов, используемых в соответствии с настоящим изобретением, включают в себя: Na4Si17O16, K4Si15O12, Na4SiO4, KHSi2O5, Na6Si2O7 и K2Si2O5.
Такие силикаты могут использоваться в чистом виде, но чаще их растворяют в растворителях, таких как вода или спирт, и используют в виде смесей растворителя и одного или более из указанных выше соединений в растворе. При необходимости могут быть добавлены поверхностно-активные вещества вместе с другими компонентами, такими как катализаторы, красящие вещества, пигменты или красители, если они требуются. Могут также присутствовать и другие химические вещества, упоминавшиеся выше. Из соображений стоимости и практичности их предпочтительно используют в растворе, смеси или смеси растворов, содержащих описанные вещества или типы веществ, а также другие вещества и компоненты смеси.
2. Силиконаты
Силиконаты также взаимодействуют с существующими на керамической поверхности силикатными материалами, в результате чего происходит улучшение прочности, поверхностной твердости и гидрофобных характеристик поверхности, как и в случае растворимых неорганических силикатов, обсуждавшихся выше. Силиконаты представляют собой силикаты с добавленной органической группой. Типичная формула имеет вид:
(RSiOx)yMz
где R представляет собой органическую группу, обычно небольшую алкильную группу, включающую в себя от 1 до 10 атомов углерода, разветвленную или неразветвленную, либо арильную группу, содержащую ядро из 6 атомов углерода, такую как метил (CH3), этил (C2H5), децил (C10H21), или фенил (C6H5); x - небольшое целое число, обычно от 1 до 3; y - небольшое целое число, обычно от 1 до 10, хотя может быть и больше; z - целое число, как правило, от 1 до 4; и M - щелочной металл, такой как упоминавшиеся выше. Или же, M может также включать в себя другие элементы, такие как магний, цинк или олово. Конкретные примеры силиконатов, используемых в соответствии с настоящим изобретением, включают в себя: CH3SiO3K3, C4H9SiO3Na3, димер (CH3SiO2)ONa4 (полимерная форма) и полимер CH3SiO2Na (удлиненная полимерная форма).
3. Фторсиликаты
Подобно силикатам и силиконатам фторсиликаты также реагируют с силикатными материалами керамической поверхности, приводя к улучшению связи Si-O и улучшению прочности, поверхностной твердости и гидрофобных характеристик керамики, как обсуждалось выше. Общая формула фторсиликатов имеет вид:
Mx(SiFy)z
где M представляет собой щелочной металл, такой как литий, натрий, калий, рубидий или цезий, либо щелочноземельный металл, такой как магний, или другой металл, такой как марганец, цинк или олово; x - целое число, такое как 1 или 2; y -целое число, такое как 6; и z - небольшое целое число, такое как 1 или 2. Конкретные примеры фторсиликатов, используемых в соответствии с настоящим изобретением, включают в себя: Na2SiF6, MgSiF6, ZnSiF6 и Sn(SiF6)2.
4. Кремнийорганические эфиры
Кремнийорганические эфиры представляют собой кремнийорганические соединения с карбоксильными группами, присоединенными к атому кремния.
Кремнийорганические эфиры относительно нерастворимы в воде, однако для обработки керамики в соответствии с принципами настоящего изобретения могут использоваться в виде дисперсий в воде. Общая формула кремнийорганического эфира имеет вид:
RxSi(CO2R')y
где R представляет собой органическую группу, обычно небольшую алкильную группу, содержащую от 1 до 10 атомов углерода, разветвленную или неразветвленную, либо арильную группу, включающую ядро из 6 атомов углерода, такую как CH3 (метил), C4H9 (бутил) или C8H17 (октил); а x и y - небольшие целые числа, выбранные таким образом, чтобы x+y=4; R' - другая органическая группа, которая может быть такой же как R или отличной от R органической группой, обычно содержащей от 8 до 10 атомов углерода. Примеры кремнийорганических эфиров, используемых в соответствии с настоящим изобретением, включают в себя CH3Si(COO-CH3)3 (метилтриацетоксисилан) и (C4H9)2Si(COO-CH3)2 (дибутилдиацетоксисилан).
5. Силоксаны
Силоксаны представляют собой кремнийорганические алкоксиды (хотя их иногда ошибочно относят к кремнийорганическим эфирам), являются относительно нерастворимыми в воде и достаточно легко гидролизуются до SiO2 и/или других продуктов. Тем не менее силоксаны могут использоваться для обработки керамики в соответствии с принципами настоящего изобретения в виде дисперсий в воде. Две общие формулы силоксанов, используемых в соответствии с настоящим изобретением, имеют вид:
RSi(OR')3 и Si(OR')4
где R представляет собой органическую группу, обычно небольшую алкильную группу, содержащую от 1 до 10 атомов углерода, разветвленную или неразветвленную, либо арильную группу, включающую в себя ядро из 6 атомов углерода, такую как CH3, C6H5 или C8H17; a R' представляет собой вторую органическую группу, которая, подобно R, является небольшой алкильной или арильной группой и может быть такой же как R или отличной от R, например, C2H5 или (CH3)2CH. Или же группа R может содержать функциональную группу, такую как амин, спирт, меркаптан и так далее. Одним из примеров может служить H2N-CH2CH2-Si(OCH3)3.
В качестве отверждающего/уплотняющего агента также могут использоваться полимеры этих соединений. В отверждающее/уплотняющее вещество для улучшения реакций с керамикой также могут быть добавлены катализаторы, такие как металлорганические соединения циркония (Zr), церия (Ce), ниобия (Nb) и титана (Ti), как, например, Ti(OR')4.
Предполагается, что силоксаны не оказывают такого сильного влияния на отверждение/уплотнение керамической поверхности, как некоторые другие соединения, упомянутые выше, такие как силикаты и силиконаты. Однако эти вещества помогают придать поверхности гидрофобные свойства, и вследствие этого могут использоваться в соответствии с принципами настоящего изобретения.
6. Силазаны
Силазаны представляют собой соединения, в которых кремний связан с азотистым основанием. Подобно силоксанам, силазаны также относительно нерастворимы в воде и в случае их применения предпочтительно используются в виде дисперсий в воде. Общая формула может иметь вид:
RxSi(NR' y)z
где R представляет собой органическую группу, обычно небольшую алкильную группу, содержащую от 1 до 10 атомов углерода, разветвленную или неразветвленную, либо арильную группу, содержащую ядро из 6 атомов углерода; R' является второй органической группой, которая, подобно R, представляет собой небольшую алкильную или арильную группу и может быть такой же или отличной от R; а x - целое число, такое как 1, 2, 3 и так далее; y - целое число, такое как 1, 2 и так далее; и z - целое число, выбранное таким образом, чтобы x+z=4. Также могут использоваться димеры, тримеры и полимеры таких силазанов. Конкретным примером силазана, используемого в соответствии с принципами настоящего изобретения, является [(CH3)2Si]2(NCH3).
Как и в случае с силоксанами, предполагается, что силазаны не оказывают такого сильного влияния на керамическую поверхность, как силикаты, силиконаты и фторсиликаты. Однако эти вещества помогают придать поверхности гидрофобные свойства, и могут, таким образом, использоваться в соответствии с принципами настоящего изобретения.
7. Галогенсилан
Галогенсиланы включают в себя силаны, соединенные с галогеном. Общая формула галогенсилана, используемого согласно настоящему изобретению, может иметь вид
RxSiXy
где R представляет собой органическую группу, обычно небольшую алкильную группу, содержащую от 1 до 10 атомов углерода, разветвленную или неразветвленную, либо арильную группу, содержащую ядро из 6 атомов углерода; X - галоген, такой как хлор, бром, йод и так далее; а x и y - небольшие целые числа, такие как 1, 2, 3 и так далее, выбранные таким образом, чтобы x+y=4.
Галогенсиланы эффективно реагируют с Si и O-фрагментами в присутствии оснований, таких как амины, сода и тому подобное, и тем самым способствуют улучшению свойств керамики. Специалистам в данной области техники также будет понятно, что при смешении растворы галогенсиланов в ходе реакции с компонентами раствора быстро образуют силоксаны, как обсуждается в примерах ниже. К рабочим примерам галогенсиланов, используемых в соответствии с принципами настоящего изобретения, относятся (C6H5)2SiCl2 и (C8H17)SiBr3. Реакционноспособные органические группы также могут использоваться в силанах для улучшения их реакции с керамикой. В данном контексте оба термина - силан и галогенсилан -применимы по отношению к галогенсиланам.
Как и в случае с силоксанами и силазанами, предполагается, что галогенсиланы не оказывают такого сильного влияния на керамическую поверхность, как силикаты, силиконаты и фторсиликаты. Однако эти вещества помогают придать поверхности гидрофобные свойства, и могут, таким образом, использоваться в соответствии с принципами настоящего изобретения. Следует понимать, что некоторые типы галогенсиланов образуют кислотные фрагменты, которые разрушают керамику и должны учитываться, к примеру, добавлением соединений, нейтрализующих кислоту. Например, бутилтрихлорсилан имеет тенденцию к образованию кислых хлоридов, которые могут вызвать разъедание керамической поверхности. Однако добавление соответствующего количества триэтиламина является эффективным для уменьшения кислотности отверждающего/уплотняющего вещества.
Общий способ полировки/отверждения керамической поверхности в соответствии с принципами настоящего изобретения включает сначала обработку керамики отверждающим/уплотняющим веществом на основе гидроксида, силиката, силиконата, фторсиликата, силоксана, силазана, силана и/или кремнийорганического эфира. Керамическую поверхность обрабатывают этим соединением в виде раствора в количестве, позволяющем по существу увлажнить поверхность, и оставляют контактировать с поверхностью в течение периода времени, достаточного для того, чтобы соединение полностью пропитало поверхность керамики, таким образом, чтобы керамика могла быть отверждена/уплотнена. Затем на поверхность может быть нанесен полировальный материал с образованием полировальной суспензии в процессе шлифовки или полировки поверхности с помощью, например, вращающегося полировального устройства. Полировальный материал может включать в себя только воду либо он может включать разбавленный вариант отверждающего/уплотняющего вещества, а именно, раствора гидроксида, силиката, силиконата, фторсиликата, силоксана, силазана кремнийорганического эфира и/или производных силана. Разбавленный полировальный материал может быть нанесен перед полировкой или одновременно со стадией полировки.
Отверждающее/уплотняющее вещество используется с соотношением воды или спирта к гидроксиду, силикату, силиконату, фторсиликату, силоксану, силазану, кремнийорганическому эфиру и/или силану в пределах приблизительно от 20:1 до 1:1 по объему. Однако предпочтительное соотношение составляет приблизительно 3:1 или 5:1. В разбавленном полировальном материале, где используется не только одна вода, соотношение воды или спирта и гидроксида, силиката, силиконата, фторсиликата, силоксана, силазана, кремнийорганического эфира и/или силана должно составлять приблизительно от 30:1 до 1:1. Однако предпочтительным должно быть соотношение приблизительно 10:1.
Соединению позволяют проникать вглубь поверхности керамического изделия на расстояние от 0,1 до 10 мм в зависимости от шероховатости и предполагаемой степени полировки. Как правило, в случае гидроксидных систем кирпичи выдерживают в контакте с гидроксидом в течение 12 часов при температуре окружающей среды (до 28 дней) до отверждения, и затем их полируют.
Подходящие вращающиеся полировальные устройства хорошо известны в промышленности и, как правило, содержат вращающиеся абразивные подушки, круги или барабаны, установленные в нижней части устройства. Подходящие подушки или круги коммерчески доступны из источников, известных специалистам в данной области техники, и могут включать в себя импрегнированные алмазами абразивные круги или барабаны. Однако настоящим изобретением предусматриваются также и другие способы полировки.
Для надлежащей полировки поверхности в соответствии с данным способом требуется обрабатывать поверхность с помощью вращающегося полировального устройства таким образом, чтобы вращающийся круг, подушка или барабан, имеющие зернистость приблизительно от 20 до 10000, контактировали со всей площадью поверхности по меньшей мере однократно. Однако для получения наилучшего результата могут быть использованы многократные проходы в изменяющихся направлениях. Во время полировки может иметь место либо отсутствовать непрерывная подача полировального материала для надлежащего смягчения полирующего действия и придания поверхности требуемого блеска. После того как над данной поверхностью выполнены соответствующие проходы, поверхность очищают и проверяют на предмет достижения требуемого уровня блеска. Для того, чтобы определить, достигнут ли требуемый уровень блеска, поверхность должна быть сухой.
Если требуемый уровень блеска еще не достигнут, описанный выше процесс повторяют, используя каждый раз абразивные подушки со все менее крупным зерном. Как хорошо известно в промышленности, крупность абразивов определяют по номерам, при этом меньшие номера соответствуют более крупным зернам, а большие номера - более мелким зернам. Типичная керамическая поверхность в хорошем состоянии может быть сначала отполирована грубозернистыми подушками, кругами, барабанами с номерами от 120 до 3000, в зависимости от требуемого блеска. С каждым последующим повторением процесса полировки номер шлифовального зерна будет, как правило, увеличиваться каждый раз на 200. Удовлетворительно высокий блеск может быть получен с помощью подушек, кругов или барабанов с зернистостью от 800 до 10000 в зависимости от предпочтительного уровня блеска.
Или же, в случае полировки шероховатой керамической поверхности или поврежденной керамической поверхности поверхность может нуждаться в хонинговании перед тем, как станет возможной полировка. Поверхность сначала можно очистить, затем хонинговать, предпочтительно, с помощью вращающегося шлифовального круга с зернистостью 20, 50 или 120, делающего по меньшей мере один проход. Предпочтительно, чтобы вода при этом не использовалась. Для такого процесса может потребоваться большее количество проходов либо постепенный переход от одного уровня зернистости к другому.
Как только поверхность становится сухой, гладкой и ровной, ее обрабатывают отверждающим/уплотняющим веществом на основе гидроксида, силиката, силиконата, фторсиликата, силоксана, кремнийорганического эфира и/или силана (описано ранее) и оставляют впитываться. Это соединение будет применяться по норме либо использоваться повторно в зависимости, в первую очередь, от пористости керамики, и останется впитываться в поверхность. Поверхности позволят полностью высохнуть до начала полировки. После этого поверхность полируют как описано выше, предпочтительно начиная с подушки, круга или барабана с зернистостью от 20 до 50, повышая впоследствии зернистость до 200, 400, 800 и выше до достижения требуемого блеска. В случае использования влажных алмазных инструментов рекомендуется при работе с каждой зернистостью подавать непрерывный поток разбавленного полировального материала, содержащего воду либо воду с полировальным материалом на основе гидроксида, силиката, силиконата, фторсиликата, силоксана, силазана, кремнийорганического эфира и/или силана (предпочтительно, разбавленного водой 10:1, как описано выше).
ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Следующие иллюстрирующие неограничивающие примеры иллюстрируют способ использования описанных выше соединений, применяемых в соответствии с настоящим изобретением в различных условиях и в случае керамики, имеющей ряд проблем.
Пример 1: Керамика - гидроксид натрия/коллоидный диоксид кремния
После сушки обычного строительного кирпича ему придавали ровность и гладкость, используя ротационный шлифовальный станок с алмазным инструментом с номером шлифовального зерна в диапазоне 20-120.
Готовили концентрированный раствор гидроксида натрия и коллоидного диоксида кремния в воде в массовом соотношении 1:1,4:3 и обрабатывали им выровненную разглаженную поверхность кирпича. Использовали количество, достаточное не только для увлажнения поверхности кирпича, но и для проникновения вглубь кирпича на несколько миллиметров.
Как правило, первое шлифование выполняли до любой химической обработки. Его проводили всухую, используя шлифовальное зерно номер 80. Выполняли сухое шлифование, улавливая порошок с помощью соответствующей системы пылеулавливания, чтобы не создавать опасности для здоровья оператора.
Химические реактивы использовали произвольно и позволяли им впитаться, вскоре после этого процесс повторяли еще раз, обеспечивая большее проникновение химического реактива в керамику. Кирпич оставляли для отверждения в сухой среде в течение 12 часов.
Керамическая поверхность превращалась в алюмосиликатное стекло, делающее поверхность более плотной и позволяющее выполнить вторую шлифовку. Вторую шлифовку проводили, используя алмазную подушку с зернистостью 120, чтобы избавиться ото всех имеющихся царапин, оставшихся после предшествующей процедуры, и от выемок из-за повреждения керамики. Эту процедуру проводили, используя воду в качестве смазки. Никакого дополнительного ухудшения поверхности из-за химического процесса не происходило. Использовали последовательное увеличение мелкозернистости абразива от 200 до 400, 800, 1500 и 3000 с водой в качестве смазки, и получали поверхность кирпича с зеркальным блеском.
После реакции отверждающего/уплотняющего вещества с керамикой и выполнения чистовой полировки поверхность кирпича обрабатывали разбавленной соляной кислотой и оставляли ее контактировать с поверхностью в течение 10 минут для нейтрализации гидроксида, обычно мигрирующего из керамики. На конечной стадии промывки очищали поверхность кирпича паром, удаляя с нее остающиеся поверхностные остатки.
Полученная в результате поверхность имела визуально привлекательный внешний вид, высокий блеск и была отражающей. Обработанная отполированная поверхность кирпича была устойчивой к проникновению влаги. Как результат, отполированная поверхность была устойчивой к нанесению надписей и рисунков/приклеиванию, устойчивой к атмосферным воздействиям и поверхностному выщелачиванию и эффлоресценции минералов изнутри кирпича.
Керамика с низким содержанием глины - гидроксид натрия/гидроксид калия/коллоидный диоксид кремния
После сушки обычного строительного кирпича ему придавали ровность и гладкость, используя ротационный шлифовальный станок с алмазным инструментом с номером шлифовального зерна в диапазоне 20-120. Выполняли сухое шлифование, улавливая порошок с помощью соответствующей системы пылеулавливания, чтобы не создавать опасности для здоровья оператора.
Готовили концентрированный раствор гидроксида натрия, гидроксида калия и коллоидного диоксида кремния в воде в массовом соотношении 0,05:0,05:1,4:3 и обрабатывали им выровненную разглаженную поверхность кирпича. Использовали количество, достаточное не только для увлажнения поверхности кирпича, но и для проникновения вглубь кирпича на несколько миллиметров.
Кирпич оставляли для отверждения в сухой среде в течение 12 часов.
Керамическая поверхность превращалась в алюмосиликатное стекло, делающее ее более плотной и позволяющее выполнить вторую шлифовку. Вторую шлифовку проводили, используя алмазную подушку с зернистостью 120, чтобы избавиться ото всех имеющихся царапин, оставшихся после предшествующей процедуры, и от выемок из-за повреждения керамики. Эту процедуру выполняли, используя воду в качестве смазки. Никакого дополнительного ухудшения из-за химического процесса не происходило. Использовали последовательное увеличение мелкозернистости абразива от 200 до 400, 800, 1500 и 3000 с водой в качестве смазки, и получали поверхность кирпича с зеркальным блеском.
После реакции отверждающего/уплотняющего вещества с керамикой и выполнения чистовой полировки поверхность кирпича обрабатывали разбавленной соляной кислотой и оставляли ее в контакте с поверхностью в течение 10 минут для нейтрализации гидроксида, обычно мигрирующего из керамики. На конечной стадии промывки очищали поверхность кирпича паром, удаляя с нее остающиеся поверхностные остатки.
Полученная в результате поверхность имела визуально привлекательный внешний вид, высокий блеск и была отражающей. Обработанная отполированная поверхность кирпича была устойчивой к проникновению влаги. Как результат, отполированная поверхность была устойчивой к нанесению надписей и рисунков/приклеиванию, устойчивой к атмосферным воздействиям и поверхностному выщелачиванию и эффлоресценции минералов изнутри кирпича.
Керамика с высоким содержанием извести
После шлифовки поверхности плоскости кирпича его помещали в печь и нагревали при температуре 800°С, чтобы полностью высушить его и термически активировать.
Прибавляли концентрированный раствор гидроксида натрия/коллоидного диоксида кремния/воды и оставляли для впитывания. После отверждения в течение 12 часов кирпич обжигали при температуре 400°С для спекания его перед последующими шлифовкой и полировкой, как описано в приведенном выше примере.
Полученная в результате поверхность имела визуально привлекательный внешний вид, высокий блеск и была отражающей. Обработанная отполированная поверхность кирпича была устойчивой к проникновению влаги. Как результат, отполированная поверхность была устойчивой к нанесению надписей и рисунков/приклеиванию, устойчивой к атмосферным воздействиям и поверхностному выщелачиванию и эффлоресценции минералов изнутри кирпича.
Гидроксид натрия/гидроксид калия
После шлифовки плоскости кирпича кирпич обрабатывали смесью гидроксида натрия/гидроксида калия/воды в соотношении 1:1:3 и оставляли его для отверждения на 12 часов. Затем кирпич шлифовали и полировали как в примере «керамика с низким содержанием глины».
Полученная в результате поверхность имела визуально привлекательный внешний вид, высокий блеск и была отражающей. Обработанная отполированная поверхность кирпича была устойчивой к проникновению влаги. Как результат, отполированная поверхность была устойчивой к нанесению надписей и рисунков/приклеиванию, устойчивой к атмосферным воздействиям и поверхностному выщелачиванию и эффлоресценции минералов изнутри кирпича.
Импрегирование отверждающим/уплотняющим раствором
После первоначальной шлифовки керамику оставляли сушиться перед погружением ее в отверждающий/уплотняющий раствор в вакуумной камере. Керамику погружали полностью, поскольку использовали вакуум. Как только отмечалось, что большая часть воздуха удалена, вакуум отключали, и в камеру пускали воздух. По истечении некоторого периода времени керамику извлекали из раствора и оставляли отверждаться и сохнуть в течение 12 часов. Проникновение раствора за счет импрегнирования в тонкостенную 12 мм пористую керамику было полным. Оно приводило к химическому изменению не только поверхности керамики, но и всей тонкой стенки керамики. Отверждающий/уплотняющий раствор проникал во всю толщину керамики. После этого керамику шлифовали и полировали как в описанных выше примерах. После нейтрализации и паровой очистки керамика имела полировку с зеркальным блеском.
Пример 2: Керамика - кремнийорганический эфир
Примеры 1 или 2 из патентного документа US 6454632, в которых используется кремнийорганический эфир, такой как дибутилдиацетоксисилан, могут быть Осуществлены с использованием вместо бетона мягкого керамического изделия, такого как кирпич, с получением отвержденной керамической поверхности, имеющей высокий глянец.
Пример 3: Керамика - силан
Примеры 3, 4, 7 или 8 из патентного документа US 6454632, в которых используется силан, такой как октилтрихлорсилан, бутилтрихлорсилан, бутилтриэтоксисилан, октилтриметоксисилан или тому подобное, могут быть осуществлены с использованием вместо бетона мягкого керамического изделия, такого как кирпич, с получением отвержденной керамической поверхности, имеющей высокий глянец.
Пример 4: Керамика - силазан
Примеры 5 или 6 из патентного документа US 6454632, использующие силазан, такой как гексаметилдисилазан, гексабутилдисилазан или тому подобное, могут быть осуществлены с использованием вместо бетона мягкого керамического изделия, такого как кирпич, с получением отвержденной керамической поверхности, имеющей высокий глянец.
Пример 5: Керамика - фторсиликат
Примеры 9 или 10 из патентного документа US 6454632, в которых используется фторсиликат, такой как фторсиликат цинка, фторсиликат магния или тому подобное, могут быть осуществлены с использованием вместо бетона мягкого керамического изделия, такого как кирпич, с получением отвержденной керамической поверхности, имеющей высокий глянец.
Пример 6: Силикат
Примеры 11 или 13 из патентного документа US 6454632, в которых используется силикат, такой как силикат натрия или тому подобное, могут быть осуществлены с использованием вместо бетона мягкого керамического изделия, такого как кирпич, с получением отвержденной керамической поверхности, имеющей высокий глянец.
Пример 7: Силиконат
Примеры 12 или 14 из патентного документа US 6454632, в которых используется силиконат, такой как метилсиликонат натрия, октилсиликонат натрия или тому подобное, могут быть осуществлены с использованием вместо бетона мягкого керамического изделия, такого как кирпич, с получением отвержденной керамической поверхности, имеющей высокий глянец.
Следует понимать, что описанные выше схемы и примеры предназначены исключительно для иллюстрации применения принципов настоящего изобретения. Специалистами в данной Области техники могут быть созданы разнообразные модификации и альтернативные схемы без отступления от сущности и объема настоящего изобретения, а прилагаемая формула изобретения предназначена для охвата таких модификаций и схем.
1. Способ полировки поверхности обожженного керамического изделия, включающий стадии
a) нанесения на керамическую поверхность обожженного керамического изделия отверждающего/уплотняющего вещества, включающего смесь по меньшей мере одного гидроксида и по меньшей мере одного силиката, или по меньшей мере одного гидроксида и диоксида кремния;
b) выдерживания отверждающего/уплотняющего вещества в контакте с поверхностью в течение периода времени, достаточного для того, чтобы позволить соединению впитаться и химически прореагировать, тем самым отверждая/уплотняя поверхность; и
c) полировки поверхности.
2. Способ по п.1, где период времени является достаточным для того, чтобы позволить соединению проникнуть внутрь поверхности и отвердить ее, и дополнительно включает стадии:
d) нейтрализации поверхности;
e) необязательно спекания поверхности;
f) очистки поверхности паром.
3. Способ по п.1, где обожженное керамическое изделие представляет собой кирпич, плитку, панель или трехмерный объект.
4. Способ по п.1, где отвержающее/уплотняющее вещество наносят в растворителе, выбранном из группы, состоящей из воды, спирта и органических растворителей.
5. Способ по п.1, где отверждающее/уплотняющее вещество наносят в количестве, достаточном для проникновения в поверхность на расстояние от 0,01 мм до 10 мм.
6. Способ по п.1, где отверждающее/уплотняющее вещество, контактирующее с керамической поверхностью, оставляют сохнуть и/или отверждаться перед полировкой.
7. Способ по п.1, где отверждающее/уплотняющее вещество наносят в воде.
8. Способ по п.1, где объемное соотношение воды к отверждающему/уплотняющему веществу, включающему смесь по меньшей мере одного гидроксида и по меньшей мере одного силиката или по меньшей мере одного гидроксида и диоксида кремния, составляет приблизительно от 8:1 до 1:1.
9. Способ по п.1, где отверждающее/уплотняющее вещество включает смесь по меньшей мере одного гидроксида и диоксида кремния.
10. Способ по п.9, где диоксид кремния представляет собой коллоидный диоксид кремния.
11. Способ по п.1, где отверждающее/уплотняющее вещество включает смесь по меньшей мере одного гидроксида и по меньшей мере одного силиката.
12. Способ по п.11, где силикат представляет собой силикат натрия.
13. Способ по п.9 или 11, где по меньшей мере один гидроксид представляет собой гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид цезия или их комбинацию.
14. Способ по п.1, в котором отверждающее/уплотняющее вещество наносят на поверхность с образованием алюмосиликатного, кальцийсиликатного или многокомпонентного силикатного стекла.
15. Способ по п.1, где поверхность представляет собой монолитную стену на месте.
16. Способ полировки обожженной огнеупорной керамической поверхности, включающий стадии:
(a) нанесения на керамическую поверхность полировального вещества, растворенного в воде или спирте в количестве, достаточном для адекватного проникновения внутрь поверхности, где полировальное вещество включает смесь по меньшей мере одного гидроксида и по меньшей мере одного силиката или по меньшей мере одного гидроксида и диоксида кремния;
(b) полировки керамической поверхности, обработанной растворенным полировальным веществом.
17. Способ по п.16, где полировальное вещество включает смесь по меньшей мере одного гидроксида и диоксида кремния.
18. Способ по п.17, где диоксид кремния представляет собой коллоидный диоксид кремния.
19. Способ по п.16, где полировальное вещество включает смесь по меньшей мере одного гидроксида и по меньшей мере одного силиката.
20. Способ по п.19, где силикат представляет собой силикат натрия.
21. Способ по п.17 или 19, где по меньшей мере один гидроксид представляет собой гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид цезия или их комбинацию.
22. Способ хонингования и полировки шероховатой неровной керамической поверхности, включающий в себя стадии:
(a) хонингования керамической поверхности с помощью крупнозернистой хонинговальной подушки, круга или барабана с использованием или без использования смазки с получением, по существу, гладкой ровной поверхности;
(b) нанесения на керамическую поверхность отверждающего/уплотняющего вещества, включающего смесь по меньшей мере одного гидроксида и по меньшей мере одного силиката или по меньшей мере одного гидроксида и диоксида кремния, в растворителе, выбранном из группы, состоящей из воды и спирта;
(c) выдерживание отверждающего/уплотняющего вещества в контакте с поверхностью в течение периода времени, достаточного для отверждения поверхности керамики; и
(d) полировки керамической поверхности.
23. Способ по п.22, где отверждающее/уплотняющее вещество включает смесь по меньшей мере одного гидроксида и диоксида кремния.
24. Способ по п.23, где диоксид кремния представляет собой коллоидный диоксид кремния.
25. Способ по п.22, где отверждающее/уплотняющее вещество включает смесь по меньшей мере одного гидроксида и по меньшей мере одного силиката.
26. Способ по п.25, где силикат представляет собой силикат натрия.
27. Способ по п.23 или 25, где по меньшей мере один гидроксид представляет собой гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид цезия или их комбинацию.
28. Способ удаления и разравнивания мягкой пористой керамики с отвержденной керамической поверхности и полировки поверхности, включающий стадии:
(a) шлифовки и удаления мягкой керамической поверхности с помощью крупнозернистого вращающегося шлифовального станка;
(b) очистки и высушивания поверхности;
(c) нанесения на керамическую поверхность отверждающего/уплотняющего вещества, включающего смесь по меньшей мере одного гидроксида и по меньшей мере одного силиката или по меньшей мере одного гидроксида и диоксида кремния, в растворителе, выбранном из группы, состоящей из воды и спирта;
(d) выдерживание отверждающего/уплотняющего вещества в контакте с поверхностью в течение периода времени, достаточного для отверждения/уплотнения поверхности керамики; и
(e) полировки керамической поверхности с помощью полировальной подушки, круга или барабана, имеющих зернистость абразивного материала приблизительно от 20 до 10000;
(f) очистки керамической поверхности;
(g) нанесения на керамическую поверхность раствора полировального материала, выбранного из группы, состоящей из воды и гидроксидов, силикатов, силиконатов, фторсиликатов, силоксанов, силазанов, силанов, кремнийорганических эфиров и их комбинаций и растворов в растворителях, выбранных из группы, состоящей из воды и спирта;
(h) полировки керамической поверхности с помощью полировальной подушки, круга или барабана, имеющих меньшую зернистость абразивного материала, чем использованная на предыдущей стадии; и
(i) повторения стадий с (f) по (h) до тех пор, пока после очистки поверхность не достигнет желаемого уровня блеска.
29. Способ по п.28, где отверждающее/уплотняющее вещество включает смесь по меньшей мере одного гидроксида и диоксида кремния.
30. Способ по п.29, где диоксид кремния представляет собой коллоидный диоксид кремния.
31. Способ по п.28, где отверждающее/уплотняющее вещество включает смесь по меньшей мере одного гидроксида и по меньшей мере одного силиката.
32. Способ по п.31, где силикат представляет собой силикат натрия.
33. Способ по п.29 или 31, где по меньшей мере один гидроксид представляет собой гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид цезия или их комбинацию.
34. Обожженная керамика, полученная способом по п.1, с измененным внешним видом поверхности.
35. Обожженная керамика по п.34, имеющая поверхность, стойкую к проникновению внутрь масла, краски, растворителей и других химических реагентов.
36. Обожженная керамика по п.34, имеющая поверхность, стойкую к абразивному износу и эрозии.
37. Обожженная керамика по п.34 в форме кирпича, плитки или имеющая любую трехмерную форму.
38. Обожженная керамика по п.34, где обработка отверждающим/уплотняющим веществом создает поверхность с зеркальным блеском, которая является отражающей.
39. Обожженная керамика по п.34, где обработка отверждающим/уплотняющим веществом, содержащим гидроксид, создает поверхность, стойкую к росту плесени и микробов.
