CN102211926A - 一种以石英为基体材料的陶瓷制作方法及产品 - Google Patents

Abstract

一种以石英为基体材料的陶瓷制作方法及产品，以二氧化硅为基体材料，以氧化铝、碱性氧化物和氧化镁为辅料；所述陶瓷材料组成及配比按重量份数如下：二氧化硅90-94%；氧化铝3-6%；碱性氧化物0.5-1.5%；氧化镁0.2-1%；其余量为杂质；先将二氧化硅基体材料经过煅烧方法得到预合成粉体，在煅烧过程中β-石英通过晶型转变转化为α-石英；然后将得到的预合成粉体进行细磨，细磨后的预合成粉体的粒度分布满足一定的要求；细磨后的预合成粉体、辅料按照配比的比例称量配料，在球磨机中湿法球磨得到浆料，由浆料成型得到日用陶瓷坯体；然后在经过烘干、施釉，控温烧制等工艺过程制成陶瓷制品。

Description

一种以石英为基体材料的陶瓷制作方法及产品

技术领域

本发明涉及到一种陶瓷的制作方式及其产品，具体涉及一种以石英为基体材料的陶瓷制作方法及产品，属日用陶瓷技术领域。

背景技术

陶瓷是人民日常生活中所不可缺少的日用品，几千年来一直是人类用以生活的主要餐具、茶具和容器。传统陶瓷材料成分主要是铝硅酸盐，制造传统陶瓷材料的原料纯度不高，颗粒的粒度也不均一，采用塑性成型工艺，或者压制成型的压力也较低。近现代发展起来的精细陶瓷要求原料纯度高，对粒度分布有特殊要求，压制成型的压力也比较高。目前，按照用途的不同，陶瓷材料通常可分为工业、艺术和日用陶瓷三大类。随着人民生活水平日益提高和科学技术的不断进步，社会对陶瓷的需求量和质量都越来越高，日用陶瓷制品在品质和数量上都要面对更高的要求。新材料的出现和工艺水平的不断进步推动着陶瓷材料的发展，材料性能不断提升，但传统陶瓷仍没有突破传统的铝硅酸盐材料的范畴，仍都是采用自然界的铝硅酸盐原材料。

日用陶瓷原料分为三大类：具有可塑性的粘土类原料、具有非可塑性的石英类原料（瘠性原料）和熔剂原料。粘土类原料是日用陶瓷原料的主要原料之一。在细瓷配料中粘土类原料的用量常达40~60%，在陶器和炻器中用量还可增多。粘土之所以作为陶瓷制品的主要原料，是由于其具有可塑性和烧结性。陶瓷行业用粘土中的主要矿物有高岭石类、蒙脱石类和伊利石（水云母）类等，再来还有少见的水铝英石。石英类原料（瘠性原料）的作用是作为瘠性原料加入到陶瓷坯料中的，它是陶瓷坯体中主要组份之一，它在陶瓷生产中的作用不仅在坯体成形时而且在烧成时都有重要的影响。熔剂原料主要是含碱金属氧化物的矿物原料，长石是陶瓷原料中最常用的熔剂性原料。除此之外，一些含碱土金属的矿物也可作为熔剂原料使用，其中含氧钙和氧化镁的碳酸盐矿物较为常见。

从上面分析可以看出，目前陶瓷所用的主要原料是粘土类原料，但是优质粘土资源日趋匮乏。以高岭土为例，据地质矿产部、国家建材局《我国建材非金属矿产资源对2010年国民经济建设保证程度论证报告》，中国高岭土矿床以中小型为主，在保有的208个矿产，陶瓷级高岭土占48%，我国高岭土目前可供开采的探明储量只够开采到2020年。从全国的格局来说，老牌的陶瓷产业基地，如佛山、景德镇、潮州等，在其发展的过程中，都大大得益于其丰富的原材料资源。但是在经过多年的工业化生产，对原材料的大规模采掘已经使得这些老牌的陶瓷基地不约而同地面临着资源枯竭的困境，景德镇、淄博和佛山等地所需的瓷土原料几乎完全依靠外运。因此，开发非铝硅酸盐的日用陶瓷材料体系，改变现在日用陶瓷生产对粘土的依赖，寻找廉价、储量丰富的替代资源成为解脱日用陶瓷行业资源困境的战略需要。

另一方面，国内外的高档日用瓷市场也在不断增长，据预测，到2020年，仅国内日用陶瓷的需求总量将达到一百二十亿件。而目前如何采用低廉原材料生产高强度、高白度和高透明度的高档日用瓷仍然是个技术难题。

基于上述需求，本发明提出一种以石英为基体的高强高档日用瓷制作方法及其产品。

发明内容

本发明的目的在于解决目前日用陶瓷对日益匮乏的粘土类原料过度依赖的问题，开发一种以石英为主体、采用极少量粘土原料的高强高档日用瓷材料体系、制作方法和产品。

基于上述设想，本发明提出的技术方案是：一种以石英为基体材料的陶瓷制作方法，以石英（二氧化硅）为基体材料，以氧化铝、碱性氧化物和氧化镁为辅料；所述陶瓷材料组成及配比按重量份数如下：

二氧化硅    90-94%

氧化铝       3-6%

碱性氧化物   0.5-1.5%

氧化镁       0.2-1%

其余量为杂质

先将石英（二氧化硅）基体材料经过煅烧方法得到预合成粉体，在煅烧过程中β-石英通过晶型转变转化为α-石英。然后将得到的预合成粉体进行细磨，细磨后的预合成粉体的粒度分布满足一定的要求。细磨后的预合成粉体、辅料按照配比的比例称量配料，在球磨机中湿法球磨得到浆料，由浆料成型得到日用陶瓷坯体；然后在经过烘干、施釉，控温烧制等工艺过程制成陶瓷制品。所述的浆料成型是将浆料经过过筛除铁后进行注浆得到日用陶瓷坯体；湿法球磨得到浆料也可以通过压滤、陈腐、和真空练泥得到塑性泥料。塑性泥料经过塑性成型得到日用陶瓷坯体。

所述的二氧化硅、氧化铝、碱性氧化物的百分组成由石英原料、粘土原料和长石原料的组成折算得到。

所述的煅烧方法是指在500-700℃下将β-石英通过晶型转变转化为α-石英。

所述的细磨预合成粉体的粒度符合的要求是指，其中粒度小于5微米的原料，占二氧化硅原料总量的15-30%，剩余部分为粒度大于5微米的原料。

所述的控温烧制是指将制成的坯体送入窑炉后，按照所确定的升温制度进行烧制。升温制度制定的依据是石英以及方石英的相变温度、玻璃相产生的温度、产品所需的方石英的量以及产品所需的玻璃相的量。本发明升温制度为：

由室温升温至1300-1400℃，升温速率 80-100℃/小时

保温    1-2小时。

按照上述方法所生产出来陶瓷制品是一种含二氧化硅量在总重量90-94%的陶瓷制品，且二氧化硅为α-石英。

方石英日用瓷烧结过程中最大的技术难题是石英相变产生的体积变化导致的内应力，这种内应力会导致坯体开裂。本发明通过两个技术途径解决这一问题，首先通过预合成技术在粉体制备阶段完成β-石英到α-石英的相变，这一相变是瞬间发生的，如果在烧成过程中出现，坯体开裂将不可避免。其次，本发明中控制预合成粉体中的粒度组成，细粒度颗粒在α-石英到α-方石英的相变体积变化更小，同时，碱金属氧化物、氧化镁等辅料的存在会使在烧结中出现一定量的液相。由于液相的存在，避免了α-石英到α-方石英的干转化，缓和了热应力，避免坯体开裂。

在粘土、石英和长石这三大陶瓷原料中，石英的物理化学性质、组成稳定，是地球上储量最大的矿物，在我国几乎所有省份都有大量开采，但是由于石英是瘠性料，在目前的制造工艺中掺入量不能过多，即使是目前市场上出现的高石英质瓷的石英添加量也只有60%左右，二氧化硅含量在80%以下。本发明公开的石英陶瓷材料中二氧化硅含量提高到了90%以上，石英添加量在80%左右。这种超高石英质瓷将改变日用陶瓷行业对粘土资源的依赖，摆脱资源困境。

本发明的优点在于：我国优质石英资源储量丰富，以湖南、江西、河北、福建等省最丰富，价格低廉。石英化学性质稳定，自然界的石英原料纯度高，可以实现日用陶瓷生产的原料标准化和生产工艺标准化；高石英含量较传统日用陶瓷具有更高的强度、白度与半透明度，更宜于制造高档日用瓷。另一方面，本发明只采用少量粘土，或者采用劣质粘土原料，缓解日用陶瓷行业对粘土资源的依赖。

附图说明

图1是本发明工艺流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。

实施例一

一种以石英为基体材料的陶瓷制作方法，以石英（二氧化硅）为基体材料，以氧化铝、碱性氧化物和氧化镁为辅料；本实施例采用如下原料组成（质量百分数）：

二氧化硅    93-94%

氧化铝       5%

氧化钙      0.2%

氧化钾      0.6%

氧化镁      0.5%

其余量为杂质

先将二氧化硅原料在500-700℃下煅烧，在煅烧过程中β-石英通过晶型转变转化为α-石英，得到预合成粉体，然后将得到的预合成粉体进行细磨，细磨后的预合成粉体中粒度小于5微米的原料占二氧化硅原料总量的25%，剩余部分为粒度大于5微米的原料。将预合成粉体与其它辅料按照上述比例称量配料，在球磨机中湿法球磨得到浆料，浆料经过过筛除铁后进行注浆成型得到日用陶瓷坯体；然后在经过烘干、施釉，控温烧制等工艺过程制成陶瓷制品；湿法球磨得到浆料也可以通过压滤、陈腐、和真空练泥得到塑性泥料。塑性泥料经过塑性成型得到日用陶瓷坯体。然后在经过烘干、施釉，控温烧制等工艺过程制成陶瓷制品。

所述的二氧化硅、氧化铝、碱性氧化物的百分组成由石英原料、粘土原料和长石原料的组成折算得到。

所述的控温烧制是指将制成的坯体送入窑炉后，按照一定的升温制度进行烧制。升温制度制定的依据是石英以及方石英的相变温度、玻璃相产生的温度、产品所需的方石英的量以及产品所需的玻璃相的量。本实施例的坯体烧结升温制度为：

室温—1350 ℃，升温速率  90 ℃/小时

1350℃保温  1小时。

工艺流程如附图1所示。

实施例二

一种以石英为基体材料的陶瓷制作方法，以石英（二氧化硅）为基体材料，以氧化铝、碱性氧化物和氧化镁为辅料；本实施例采用如下原料组成（质量百分数）：

二氧化硅    90-92%

氧化铝       3-4%

氧化钙     0.2-0.3%

氧化钾     0.3-0.5%

氧化镁     0.2-0.5%

其余量为杂质

先将二氧化硅原料在600-650℃下煅烧，在煅烧过程中β-石英通过晶型转变转化为α-石英，得到预合成粉体，然后将得到的预合成粉体进行细磨，细磨后的预合成粉体中粒度小于5微米的原料占二氧化硅原料总量的25%，剩余部分为粒度大于5微米的原料。将预合成粉体与其它辅料按照上述比例称量配料，在球磨机中湿法球磨得到浆料，浆料经过过筛除铁后进行注浆成型得到日用陶瓷坯体；然后在经过烘干、施釉，控温烧制等工艺过程制成陶瓷制品；湿法球磨得到浆料也可以通过压滤、陈腐、和真空练泥得到塑性泥料。塑性泥料经过塑性成型得到日用陶瓷坯体。然后在经过烘干、施釉，控温烧制等工艺过程制成陶瓷制品。

所述的二氧化硅、氧化铝、碱性氧化物的百分组成由石英原料、粘土原料和长石原料的组成折算得到。

所述的控温烧制是指将制成的坯体送入窑炉后，按照一定的升温制度进行烧制。升温制度制定的依据是石英以及方石英的相变温度、玻璃相产生的温度、产品所需的方石英的量以及产品所需的玻璃相的量。本实施例的坯体烧结升温制度为：

室温—14000 ℃，升温速率  100 ℃/小时

14000 ℃保温  1-1.5小时。

实施例三

一种以石英为基体材料的陶瓷制作方法，以石英（二氧化硅）为基体材料，以氧化铝、碱性氧化物和氧化镁为辅料；本实施例采用如下原料组成（质量百分数）：

二氧化硅    92-93%

氧化铝       4-5%

氧化钙      0.6-0.7%

氧化钾     0.6-0.7%

氧化镁     0.6-1%

其余量为杂质

先将二氧化硅原料在500-700℃下煅烧将β-石英到α-石英，得到预合成粉体，然后将得到的预合成粉体进行细磨，细磨后的预合成粉体中粒度小于5微米的原料占二氧化硅原料总量的25%，剩余部分为粒度大于5微米的原料。预合成粉体、粘土、钾长石、滑石和硅灰石按照上述比例称量配料，在球磨机中湿法球磨得到浆料，浆料经过过筛除铁后进行注浆成型得到日用陶瓷坯体、然后在经过烘干、施釉，控温烧制等工艺过程制成陶瓷制品；湿法球磨得到浆料也可以通过压滤、陈腐、和真空练泥得到塑性泥料。塑性泥料经过塑性成型得到日用陶瓷坯体。然后在经过烘干、施釉，控温烧制等工艺过程制成陶瓷制品。

坯体烧结升温制度为：

室温—1350 ℃，升温速率  90 ℃/小时

1350℃保温  1小时

二氧化硅    90-94%

氧化铝       3-6%

碱性氧化物   0.5-1.5%

氧化镁       0.5-1%。

Claims (10)

1.一种以石英为基体材料的陶瓷制作方法，其特征在于：以二氧化硅为基体材料，以氧化铝、碱性氧化物和氧化镁为辅料；所述陶瓷材料组成及配比按重量份数如下：

二氧化硅    90-94%

氧化铝       3-6% 

碱性氧化物   0.5-1.5%

氧化镁       0.2-1%

其余量为杂质；

先将二氧化硅基体材料经过煅烧方法得到预合成粉体，在煅烧过程中β-石英通过晶型转变转化为α-石英；然后将得到的预合成粉体进行细磨，细磨后的预合成粉体的粒度分布满足一定的要求；细磨后的预合成粉体、辅料按照配比的比例称量配料，在球磨机中湿法球磨得到浆料，由浆料成型得到日用陶瓷坯体；然后在经过烘干、施釉，控温烧制等工艺过程制成陶瓷制品。

2.如权利要求1所述的一种以石英为基体材料的陶瓷制作方法，其特征在于：所述的浆料成型是将浆料经过过筛除铁后进行注浆得到日用陶瓷坯体。

3.如权利要求1所述的一种以石英为基体材料的陶瓷制作方法，其特征在于：所述的湿法球磨得到浆料是通过压滤、陈腐、和真空练泥得到塑性泥料；塑性泥料经过塑性成型得到日用陶瓷坯体。

4.如权利要求1-3所述的一种以石英为基体材料的陶瓷制作方法，其特征在于：所述的二氧化硅、氧化铝、碱性氧化物的百分组成由石英原料、粘土原料和长石原料的组成折算得到。

5.如权利要求4所述的一种以石英为基体材料的陶瓷制作方法，其特征在于：所述的煅烧方法是指在500-700℃下将β-石英通过晶型转变转化为α-石英。

6.如权利要求4所述的一种以石英为基体材料的陶瓷制作方法，其特征在于：所述的细磨预合成粉体的粒度符合的要求是指，其中粒度小于5微米的原料，占二氧化硅原料总量的15-30%，剩余部分为粒度大于5微米的原料。

7.如权利要求4所述的一种以石英为基体材料的陶瓷制作方法，其特征在于：所述的控温烧制是指将制成的坯体送入窑炉后，按照一定的升温制度进行烧制。

8.如权利要求7所述的一种以石英为基体材料的陶瓷制作方法，其特征在于：所述的升温制度制定的依据是石英以及方石英的相变温度、玻璃相产生的温度、产品所需的方石英的量以及产品所需的玻璃相的量。

9.如权利要求8所述的一种以石英为基体材料的陶瓷制作方法，其特征在于：所述的升温制度为：

由室温升温至1300-1400℃，升温速率 80-100℃/小时

保温1-2小时。

10.一种以石英为基体材料的陶瓷制作方法制作的的产品，其特征在于：所生产出来陶瓷制品是一种含二氧化硅量在总重量90-94%的陶瓷制品，且二氧化硅为α-石英。

Images