CN101565274B

CN101565274B - 一种玻质瓷及其制备方法

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Publication number: CN101565274B
Application number: CN2009100469390A
Authority: CN
Inventors: 盛旺喜; 朱庆来; 牛文华; 欧阳云霄
Original assignee: JINGDEZHEN JIAOHUA CHEMICAL INDUSTRY GROUP Co Ltd
Current assignee: JINGDEZHEN JIAOHUA CHEMICAL INDUSTRY GROUP Co Ltd
Priority date: 2009-03-03
Filing date: 2009-03-03
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2029-03-03
Also published as: CN101565274A

Abstract

本发明涉及一种玻质瓷及其制备方法，该玻质瓷以石英砂75～100重量份、锂长石10～30重量份、长石30～60重量份、碳酸钠25～45重量份、硝酸钠2～8重量份、碳酸钡2～6重量份、萤石粉5～15重量份、硼砂5～10重量份、氟硅酸钠10～30重量份和方解石10～20重量份为原料，将原料混合后送入玻璃窑炉中，于1400℃～1600℃熔化成玻璃液，将该玻璃液通过供料道进入供料机，由供料机送入成型机成型，将成型后的产品送入退火窑退火，然后对退火后的产品进行质检，不合格产品返回原料处，合格产品进行贴花、烤花和钢化制成成品。与现有技术相比，本发明具有低膨胀耐热性能，硬度高，不易划伤碎裂，环保等优点。

Description

一种玻质瓷及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种玻质瓷及其制备方法。

背景技术

钢化玻质瓷是以天然石英岩及优质化工原料为基础，经高温熔融、冷却、固化后形成非结晶无机物，因其中存在大量微晶的乳浊晶体，使玻璃发生光散射成各种不透明或半透明玻璃，玻璃中含有大量的高分子分散的微粒，这些非晶态微粒因其折射率与主体玻璃不同，光线照射后产生散射而呈乳白色，也就是瓷白。由于具有以上几大优点，故目前生产产品已得到了前所未有的发展，在生产此类产品，在中国目前还只有一个工厂陆条生产线在生产乳浊玻璃生产线，还没有玻质瓷的产品，发展的前景很广，主要产品有：碗、匙、汤碗、盘、蝶、咖啡杯、壶、椭圆盘、锅等各种形状的餐具及杂件。钢化玻质瓷产品属于玻璃类，他可以重复循环再利用，且没有对人体有害物质，所以具有较高的环保特性，有国家绿色产品称号。市场的需求量(从家庭、酒店、宾馆的需求)市场之大，无法统计。最终可大量替代目前陶瓷市场。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有低膨胀耐热性能，硬度高，不易划伤碎裂，环保的玻质瓷及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种玻质瓷，其特征在于，该玻质瓷以石英砂75～100重量份、锂长石10～30重量份、长石30～60重量份、碳酸钠25～45重量份、硝酸钠2～8重量份、碳酸钡2～6重量份、萤石粉5～15重量份、硼砂5～10重量份、氟硅酸钠10～30重量份和方解石10～20重量份为原料制成。

将原料混合后送入玻璃窑炉中，于1400℃～1600℃熔化成玻璃液，将该玻璃液通过供料道进入供料机，由供料机送入成型机成型，将成型后的产品送入退火窑退火，然后对退火后的产品进行质检，不合格产品返回原料处，合格产品进行贴花、烤花和钢化即得成品。

所述的原料包括石英砂75～100重量份、锂长石10～30重量份、长石30～60重量份、碳酸钠25～45重量份、硝酸钠2～8重量份、碳酸钡2～6重量份、萤石粉5～15重量份、硼砂5～10重量份、氟硅酸钠10～30重量份和方解石10～20重量份。

所述的供料道分为搅拌区、后区A、后区B、中区、调节区和料盘区六个部分，供料道内设有加热器，顶部设有冷却器，根据产品和供料道的温度可调节供料道的温度。

所述的供料机包括均料部分、冲料部分、剪料部分和料碗部分，均料部分控制玻璃液均重分布，并进入料碗部分，冲料部分的冲头将料碗部分的料碗内的玻璃液冲压出来，剪料部分将冲头从料碗内冲压出来的玻璃液剪成料块，落在成型机模内。

所述的剪料部分包括剪刀，该剪刀通过剪刀气缸动作，剪刀气缸气压为2.5～2.8公斤，剪刀中心的交叉距离可调，为1～3mm。

所述的供料机的耐火材料包括通用硅线石、刚玉或陶瓷料。

所述的成型机包括油压成型机和气压成型机。

所述的退火窑的退火温度为：500～600℃，所述的烤花的温度为：550～580℃，所述的钢化的温度为：580～600℃。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、具有低膨胀耐热性能，耐热冲击＞120℃国际标准。

2、具有比陶瓷更硬的比面硬度，不易划伤。

3、具有比陶瓷的密度更大，不易粘脏物，表面清洗更方便。

4、由于归属玻璃类，可返复熔化再利用，所以具有高的环保产品，国家绿色产品称号。

5、通过强化后，其产品的机械强度更高，与陶瓷餐具相比更具有不易碎、不易裂、不易缺口。

6、由于产品的表里是一种材料，表面无需上瓷，故作为家庭、酒家等使用则更卫生(产品无对人体有害的物质，如镉、铅等重金属。)

7、生产比陶瓷更方便，易扩大生产。

附图说明

图1为本发明玻质瓷的制备工艺图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种玻质瓷，该玻质瓷以石英砂85kg、锂长石20kg、长石44kg、碳酸钠33kg、碳酸钡5kg，硝酸钠5kg、萤石粉10kg、硼砂8.2kg、氟硅酸钠18kg、方解石14kg和澄清剂0.6kg为原料，各原料标准如下：

名称

组成％

颗粒度

外观质量

颜色

水份

特殊检验项目

石英砂

SiO₂＝98.9(+0.5，-0.3)Al₂O₃＝0.8(+0.3，-0.35)Fe₂O₃≤0.05

+20目≤0.1+100目≥80-150目≤7

无超细结固杂物(泥巴和石头等)

白色或微黄色

≤8

SiO₂，Al₂O₃，K₂O，CaO，MgO每半年至少不定期抽验1次

锂长石

SiO₂＝69.5(+3.5，-2.0)Al₂O₃＝16±1Li₂O≥1.0K₂O+Na₂O≥6.0Fe₂O₃≤0.1

+20目≤0.1+150目≥60-200目≤30

无结固杂物(泥巴和石头等)

白色

湿≤8干≤0.5

CaO，MgO每半年至少不定期抽验2次

长石

Al₂O₃≥16±1R₂O(K₂O+Na₂O)＞11％Fe₂O₃＜0.3％

+20目≤0.1+150目≥60-200目≤30

无结杂物(泥巴和石头等)

白色

≤0.5

SiO₂，Al₂O₃，K₂O，Na₂O，每半年至少不定期抽验2次

碳酸钠

Na₂CO₃＝99(+0.5，-0.2)Fe₂O₃≤0.06

10目≤0.5-150目≤7

无潮湿结固杂物

白色

≤0.5

Na₂SO₄，Fe₂O₃每半年至少不定期抽验3次

碳酸钡

BaCO₃≥98Fe₂O₃≤0.01

+20目0-200目≤7

无潮湿结固杂物

白色

≤1.5

Na₂SO₄，Fe₂O₃每半年至少不定期抽验3次

硝酸钠

NaNO₃≥98Fe₂O₃≤0.06

+20目0-200目≤3

无潮湿结固杂物

白色

≤1.5

萤石粉

CaF₆≥80Fe₂O₃≤0.15

+40目0-200目≤5

无潮湿结固杂物

白色

≤0.5

硼砂

B₂O₃＝36(+0.3，-0.8)Na₂O＝16(+0.3，-0.5)

+20目3.5+80目≥70

无潮湿结固杂物

白色

≤5

氟硅酸钠

NaSiF₆＝98(+0.5，-0.8)Na₂O＞32SiO₂＞31.5

+20目3.5+80目≥80

无潮湿结固杂物

白色

≤5

方解石

CaO＝54.5(＝0.7，-0.5)Fe₂O₃≤0.1酸不熔物＜0.3

10目≤0.5-150目≤7

无潮湿结固杂物

白色或灰白色

≤0.5

如图1所示，将上述原料混合后送入玻璃窑炉中，于1500℃熔化成玻璃液，将该玻璃液通过供料道进入供料机，由供料机送入成型机成型，将成型后的产品送入退火窑退火，退火窑的退火温度分为四个区：一区590℃，二区595℃，三区560℃，四区550℃，然后对退火后的产品进行质检，不合格产品返回原料处，合格产品进行贴花、并于560℃烤花、590℃钢化即得成品。

1.供料道

供料道是很关键的设备，通过供料道的玻璃液必须是温度均匀澄清好的。供料道应分为六个部分，即搅拌区、后区A、后区B、中区、调节区、料盘区。温度可分别从高到低逐步进行调节，平均温度为1250℃。生产玻质瓷应采用燃气加热，通道顶部设有冷却器通过自然风冷却，温度控制根据产品和大炉温度情况制订。

当玻质瓷生产长度为2.6m-3.0m时，供料道宽内空400mm内空高度(电加热时为380mm，燃气加热时为420mm)

2.供料机

1.)供料机的功能和作用

①供料机必须达到下列三方面的作用，才能确保成型要求

A控制料滴具有合适的温度和粘度，满足成型机的工艺要求

B控制料滴重量恒定。

C控制料滴具有合适的型状如：玻质瓷压机要求下头大，小口输液瓶要求下头小料型和初型模差不多。

单滴料供料机分C型和A型两种，生产压机应采用C型供料机为佳。

2.)供料原理

①玻璃液能实现滴料式供料式由于它具有一定的粘度和表面张力。在机械作用下可获得所需料型和重量的料滴。

②供料机料滴成型过程包括四个部分：

A、均料部分

B、冲料部分

C、剪料部分

D、料碗部分

均料部分控制玻璃液均重分布，并进入料碗部分，冲料部分的冲头将料碗部分的料碗内的玻璃液冲压出来，剪料部分将冲头从料碗内冲压出来的玻璃液剪成料块，落在成型机模内。如剪刀的操作要求较高，剪刀通过剪刀气缸动作，剪刀气缸气压为2.5-2.8公斤。剪刀中心的掩闭程度，交叉距离一般在1-3mm内根据产品大小调整。

料碗可根据产品来定，如玻质瓷45#碗39mm-40mm

3.)供料机用耐火材料分别有三种：通用硅线石、刚玉、陶瓷生产玻质瓷应用陶瓷。

4.)生产玻质瓷选取用材料数据

供料机耐材选用陶瓷料。

供料机包括以下构件：

料盘BG3-18-3.1

匀料筒BG2-13-0.2

冲头BG2-18-1

料碗BG2-13-29

冲料凸轮BG2-01-06 机数20-40个

剪料凸轮BG2-01-09 机数20-25个

冲料凸轮根据机数和产品大小选取用不同的凸轮。

3.成型机：

成型机包括油压成型机和气压成型机，成型机是一个固定机器、好用与否，是出于厂家的设计和构造。

油压压力大，适用做大产品和盘子。

气压适应做开模和小产品(杯子)。

采用上述原料和方法制备的玻质瓷的化学组成如下：SiO₂ 67重量％，Al₂O₃ 5重量％，K₂O和Na₂O混合物10.5重量％，LiO₂ 0.15重量％，B₂O₃ 1.5重量％，NaSiF₆ 10重量％，BaO1.5重量％，CaF₆4重量％，余量为杂质。

玻质瓷中引入各化学成份的理由如下：

1.引入酸性氧化物的原料：

(1)引入二氧化硅的原料

二氧化硅SiO₂，相对分子量质量60.06，相对密度2.4～2.65g/cm³，熔点1713℃，SiO₂是重要的玻璃形成氧化物，以硅氧四面体[SiO₄]的结构组元形成不规则的连续网络，成为玻璃的骨架。

在钠-硅玻璃中SiO₂能降低玻璃的热膨胀系数，提高玻璃的热稳定性、化学稳定性、软化温度、耐热性、硬度、机械强度、粘度和透紫外线，但SiO₂含量较高时，需要较高的熔融温度，而且可能导致析晶。

(2)引入氧化硼的原料：

氧化硼B₂O₃，相对分子质量69362，相对密度1.84g/cm³。

B₂O₃也是玻璃形成的氧化物，它以硼氧三角体[BO₂]和硼氧四面体[BO₄]为结构组元，在硼硅酸盐玻璃中与硅氧四面体[SiO₄]共同组成结构网络，B₂O₃能降低玻璃热膨胀系数，提高玻璃的热稳定性、化学稳定性。增加玻璃的折射率，改善玻璃的光泽，提高玻璃的力学性能。B₂O₃在高温时能降低玻璃的粘度，所以B₂O₃含量较高时，成形的温度范围较窄，因此可以提高机械成形的机速。B₂O₃还能起到助熔的作用，加速玻璃的澄清和降低玻璃的结晶能力。B₂O₃会常随水蒸气挥发，硼硅酸盐玻璃液面上因B₂O₃挥发减少，会产生富含SO₂的析晶料皮，当B₂O₃引入量过高时，由于硼氧三角体[BO₂]增多，玻璃的热膨胀系数等反而增大，发生反常现象。

(3)引入氧化铝的原料：

Al₂O₃属中间体氧化物，当玻璃中Na₂O与Al₂O₃的分子比大于1时，形成铝氧四面体[AlO₄]并于硅氧四面体[SiO₄]构成连续结构网络，当Na₂O与Al₂O₃的分子比小于1时，则形成铝氧八面体[SiO₈]，为网络外体而处于硅氧结构网络的空穴中。AL₂O₃能降低玻璃的结晶倾向，提高玻璃的化学稳定性、热稳定性、机械强度、硬度和折射率。减轻玻璃对耐火材料的侵蚀，并有助于氟化物的乳浊。Al₂O₃能提高玻璃液的粘度。

Al₂O₃相对分子质量101.94密度3.99g/cm³熔点2050℃

2.引入碱性氧化物的原料

(1)引入氧化钙的原料：

氧化钙CaO，相对分子质量56.08，相对密度3.2～3.4g/cm³，CaO为二价的网络外体氧化物，在玻璃中起到稳定剂的作用，即含量较高时，能使玻璃结晶倾向增大，而且易使玻璃发脆。一般玻璃中含量超过12.5％。

CaO能降低玻璃的粘度，促进玻璃的熔化和澄清，但当玻璃温度降低时，粘度增加的很快，使成形困难，CaO含量较高的玻璃成形后退火要快，否则易爆裂。

(2)引入氧化钡的原料

氧化钡BaO，相对分子质量1534，相对密度5.7g/cm³。

BaO也是二价的网络外体氧化物。它能增加玻璃的折射率、密度、光泽和化学稳定性少量的BaO(0.5％)能加速玻璃的熔化，但含量过多时，由于产生2BaO+O₂＝2BaO₂反应，使澄清困难。BaO的玻璃吸收辐射的能力较强，但对耐火材料的侵蚀较强。

(3)引入氧化锌的原料：

氧化锌ZnO，相对分子质量81.4，相对密度5.6g/cm³。ZnO为中间体氧化物，在一般情况下，以锌氧八面体[ZnO₄]而进入玻璃的结构网络，使玻璃的结构更趋于稳定。ZnO能降低玻璃的热膨胀系数，提高玻璃的化学稳定性和热稳定性、折射率，在乳浊玻璃中。ZnO能增加乳浊度和光泽。

3.引入碱金属氧化物的原料：

(1)引入氧化钠的原料

氧化钠Na₂O，相对分子质量62，相对密度2.27g/cm³。Na₂O为网络外体氧化物，钠离子(Na+)居于玻璃结构网络的空穴中.NaO能提供游离氧使玻璃结构中的O/Si比值增加发生断键，因而可以降低玻璃的粘度，使玻璃易于熔融，是良好的助熔剂.Na₂O能增加玻璃的热膨胀系数，降低玻璃的热稳定性，化学稳定性和机械强度。

(2)引入氧化锂的原料

氧化锂Li₂O，相对分子量29.9，网络外体氧化物.它在玻璃中心的作用比Na₂O和K₂O特殊.当O/Si比值较小时，主要为断键作用，助熔作用强烈，为强助熔剂.锂的离子半径小于钠，钾的离子半径.当O/Si比值较大时，主要为积聚作用，Li₂O代替Na₂O和K₂O使玻璃的热膨胀系数降低，结晶倾向变小，过量的Li₂O又使结晶倾向增加。

4.辅助原料

(1)澄清剂

向玻璃配合料或玻璃熔体中加入一种高温时自身能汽化或分散放出气体，以促进排除玻璃中的气泡的物质。

引入萤石的原料作为澄清剂

萤石CaF₂，为天然矿石，相对分子质量78.08，相对密度2.9-3.2g/cm³，是白，绿，蓝，紫等各种颜色的透明状岩石，萤石作为澄清剂的用量，一般引入配合料中0.5％的氟计算。

(2)引入氟硅酸钠的原料

氟硅酸钠Na₂SiF₆，相对分子质量188.08，相对密度2.7g/cm³，化工产品，黄白色粉末，有毒.一般用量为NaO含量的0.4％～0.6％。

氟硅酸钠纯度达98.5％，含F量59.8％左右，Na₂O32.5％左右，SiO₂31.5％.为有毒物质，有腐蚀性，遇酸分解为氟化氢，对耐火材料的侵蚀比萤石都严重，挥发性也比萤石大，约为30％～40％。

实施例2

一种玻质瓷，该玻质瓷以石英砂75重量份、锂长石10重量份、长石30重量份、碳酸钠25重量份、硝酸钠2重量份、碳酸钡2重量份、萤石粉5重量份、硼砂5重量份、氟硅酸钠10重量份和方解石10重量份为原料，将原料混合后送入玻璃窑炉中，于1400℃熔化成玻璃液，将该玻璃液通过供料道进入供料机，所述的供料道分为搅拌区、后区A、后区B、中区、调节区和料盘区六个部分，供料道内设有加热器，顶部设有冷却器，根据产品和供料道的温度可调节供料道的温度，所述的供料机包括均料部分、冲料部分、剪料部分和料碗部分，均料部分控制玻璃液均重分布，并进入料碗部分，冲料部分的冲头将料碗部分的料碗内的玻璃液冲压出来，剪料部分将冲头从料碗内冲压出来的玻璃液剪成料块，落在成型机模内，所述的剪料部分包括剪刀，该剪刀通过剪刀气缸动作，剪刀气缸气压为2.5公斤，剪刀中心的交叉距离可调，为1mm。由供料机送入成型机成型，将成型后的产品送入退火窑退火，退火窑的退火温度为500℃，然后对退火后的产品进行质检，不合格产品返回原料处，合格产品进行贴花、烤花和钢化即得成品玻质瓷，所述的烤花的温度为：550℃，所述的钢化的温度为：580℃。

实施例3

一种玻质瓷，该玻质瓷以石英砂100重量份、锂长石30重量份、长石60重量份、碳酸钠45重量份、硝酸钠8重量份、碳酸钡6重量份、萤石粉15重量份、硼砂10重量份、氟硅酸钠30重量份和方解石20重量份为原料，将原料混合后送入玻璃窑炉中，于1600℃熔化成玻璃液，将该玻璃液通过供料道进入供料机，所述的供料道分为搅拌区、后区A、后区B、中区、调节区和料盘区六个部分，供料道内设有加热器，顶部设有冷却器，根据产品和供料道的温度可调节供料道的温度，所述的供料机包括均料部分、冲料部分、剪料部分和料碗部分，均料部分控制玻璃液均重分布，并进入料碗部分，冲料部分的冲头将料碗部分的料碗内的玻璃液冲压出来，剪料部分将冲头从料碗内冲压出来的玻璃液剪成料块，落在成型机模内，所述的剪料部分包括剪刀，该剪刀通过剪刀气缸动作，剪刀气缸气压为2.8公斤，剪刀中心的交叉距离可调，为3mm。由供料机送入成型机成型，将成型后的产品送入退火窑退火，然后对退火后的产品进行质检，不合格产品返回原料处，合格产品进行贴花、烤花和钢化即得成品玻质瓷；所述的退火窑的退火温度为600℃，所述的烤花的温度为580℃，所述的钢化的温度为600℃。

Claims

1.一种玻质瓷，其特征在于，该玻质瓷以石英砂75～100重量份、锂长石10～30重量份、长石30～60重量份、碳酸钠25～45重量份、硝酸钠2～8重量份、碳酸钡2～6重量份、萤石粉5～15重量份、硼砂5～10重量份、氟硅酸钠10～30重量份和方解石10～20重量份为原料制成；

其制备方法是，将原料混合后送入玻璃窑炉中，于1400℃～1600℃熔化成玻璃液，将该玻璃液通过供料道进入供料机，由供料机送入成型机成型，将成型后的产品送入退火窑退火，然后对退火后的产品进行质检，不合格产品返回原料处，合格产品进行贴花、烤花和钢化即得成品；

2.根据权利要求1所述的玻质瓷，其特征在于，所述的供料道分为搅拌区、后区A、后区B、中区、调节区和料盘区六个部分，供料道内设有加热器，顶部设有冷却器，根据产品和供料道的温度可调节供料道的温度。

3.根据权利要求1所述的玻质瓷，其特征在于，所述的供料机包括均料部分、冲料部分、剪料部分和料碗部分，均料部分控制玻璃液均重分布，并进入料碗部分，冲料部分的冲头将料碗部分的料碗内的玻璃液冲压出来，剪料部分将冲头从料碗内冲压出来的玻璃液剪成料块，落在成型机模内。

4.根据权利要求3所述的玻质瓷，其特征在于，所述的剪料部分包括剪刀，该剪刀通过剪刀气缸动作，剪刀气缸气压为2.5～2.8公斤，剪刀中心的交叉距离可调，为1～3mm。

5.根据权利要求1所述的玻质瓷，其特征在于，所述的供料机的耐火材料包括通用硅线石或刚玉。

6.根据权利要求1所述的玻质瓷，其特征在于，所述的成型机包括油压成型机和气压成型机。