CN103539428A - 一种强化骨质瓷及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种日用骨质瓷，尤其是一种强化骨质瓷及其制备方法。该强化骨质瓷的坯体原料及其质量百分比组成为：动物骨灰38.0～44.0％、石英砂3.5～7.5％、钾长石7.0～12.0％、苏州土4.0～8.0％、龙岩土8.0～12.0％、易县土2.0～6.0％、GF88粘土2.0～7.0％、K18粘土3.0～8.0％、α-氧化铝0.5～4.0％、石灰石5.0～9.0％、废瓷粉0.5～8.0％。将上述原料按照质量百分比配制混合料，按料∶球∶水质量比为1∶2.5∶1，置于球磨机中球磨14.0～20.0h，料浆过100目筛、除铁、陈腐3～7天、榨泥、泥饼加入一定的水和分散剂解胶、注浆成型、干燥、修坯、在1230～1290℃下烧成1.5～3.0小时，冷却后即可得到骨质瓷素烧坯。该强化骨质瓷解决了骨质瓷的白度、玉质感与透明度以及薄度与强度、硬度、热稳定性之间相互制约的技术难题。
Description
技术领域
本发明涉及一种日用骨质瓷，尤其是一种强化骨质瓷及其制备方法。
技术背景
骨质瓷原称骨灰瓷，是18世纪发源于英国的一种高档瓷种；主要由动物骨灰、瓷石、粘土等原料制备而成。骨质瓷瓷质细腻，釉面光润、光泽柔和，具有较高的透明度和一定的机械强度【非专利参考文献1】；并拥有着“薄如纸、明如镜、白如玉、声如罄”的美誉。作为世界上公认的最高档日用瓷，其应用相当广泛，如餐具、茶具、花瓶等，深受广大消费者的青睐。
目前生产骨质瓷使用的原料一般是周知的动物骨灰、粘土、二氧化硅、长石等原料制备而成，产品经过高温素烧、低温釉烧二次烧成工艺制得，烧成后瓷质的主要晶体相有磷酸三钙、钙长石和少量的石英晶体，另外还含有少量的玻璃相，由于各物相之间的折射率相近，因而瓷体的透光性能较好，但由于骨质瓷中有磷酸盐的存在，且含量较高，使其抗弯强度和抗热震性能较低。
随着生活水平的提高，人们不仅对骨质瓷的视觉效果提出较高的要求，而且对其强度和抗热震性有更新的要求，以便适用于机械式清洗和微波炉加热等的使用。这对骨质瓷抗弯强度、抗热震性、透光性能提出了更高的要求。
多年来，为了提高骨质瓷的强度，很多学者做了大量的研究。周善元等【非专利参考文献2】对国内外几种骨质瓷进行的分析和研究表明：只有骨粉含量相对较高且含有微量锆成份的英国Royal Doulton骨质瓷抗折强度较高。表明增加骨粉的含量有助于提高骨质瓷的强度。郑怀等【非专利参考文献3】、王俭等【非专利参考文献4】在骨质瓷中引入少量的ZrO2和锆英石，结果表明加入少量的ZrO2和ZrSiO4可以有效地提高骨质瓷的抗折强度和抗热冲击韧性，增韧机理主要是相变增韧和裂纹弯曲增韧。但是添加氧化锆或者锆英石等对骨质瓷的透光性能和白度有较大的负面影响，透光性较差。
热稳定性差也是制约骨质瓷质量的重要因素。热稳定性是衡量陶瓷产品质量高低的重要技术指标之一。目前，我国实际生产的骨质瓷制品水中交换温差多在140℃以下。为了提高骨质瓷的抗热震性能，很多学者做了大量的实验与研究。耿谦等【非专利参考文献5】认为提高坯料研磨细度、特别是减小石英颗粒的细度等可以有效地提高骨质瓷的抗热震性能；也可以通过配方的优化、制定合理的工艺制度、采用有效的监控手段可以提高骨质瓷的抗热震性能。但是这对抗热震性能的提高非常有限。
本发明通过添加部分氧化钙、废瓷粉(粉碎的废素烧坯)和少量的α-氧化铝，调整骨质瓷化学组成及配方，制定合理的烧成工艺，以提高骨质瓷的各项物理性能，解决骨质瓷的白度、玉质感与透明度以及薄度与强度、硬度、热稳定性之间相互制约的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种化学组成简单，坯体强度高且透光性好白度高抗热震性能好的骨质瓷。
本发明所述的强化骨质瓷，由以下质量百分比(wt％)的原料配制而成：煅烧的动物骨灰38.0～44.0％、石英砂3.5～7.5％、钾长石7.0～12.0％、苏州土4.0～8.0％、龙岩土8.0～12.0％、易县土2.0～6.0％、GF88粘土2.0～7.0％、K18粘土3.0～8.0％、α-氧化铝0.5～4.0％、石灰石5.0～9.0％、废瓷粉(废素烧坯的粉碎物)0.5～8.0％。
将上述原料按照质量百分比配制混合料，按照料∶球∶水质量比为1∶2.5∶1，置于球磨机中球磨，过筛、除铁、陈腐、榨泥、泥饼加入一定的水和分散剂解胶、注浆成型、干燥、修坯、烧成，冷却后即可得到骨质瓷素烧坯。
上述一种强化骨质瓷的制备方法，是周知的普通日用陶瓷的制备工艺方法。
本发明的强化骨质瓷，所使用的主要原料与一般骨质瓷所使用的原料一致，是周知的动物骨灰、粘土、石英和钾长石；另外在上述主要原料基础上添加0.5～4.0％的α-氧化铝、5.0～9.0％的石灰石和0.5～8.0％的废瓷粉三种改性物质；用鹅卵石作为研磨介质；球磨时间为14.0～20.0h；用1.8万高斯强度的除铁器除铁，料浆过100目筛，陈腐3～7天，榨泥；分散剂为周知的水玻璃和腐植酸钠，用固含0.10～0.18wt％的水玻璃和0.25～0.55wt％的腐植酸钠解胶，泥浆含水量为28.0～36.0wt％；注浆成型；干坯在1230～1290℃下烧成1.5～3.0小时。
本发明的强化骨质瓷，烧成范围变宽，在1230～1290℃之间；与一般骨质瓷相比，其抗弯强度可增加40.0％～60.0％，抗弯强度达到160.0Mpa以上；可见光范围内，其透过率可增加20.0％以上，光透过率达到7.0％/2mm以上；素坯热稳定性达到200℃～20℃水中热交换一次不裂。
本发明的强化骨质瓷，主要是添加0.5～4.0％的α-氧化铝、5.0～9.0％的石灰石和0.5～8.0％的废瓷粉。废瓷粉的添加，增加了低共熔物的玻璃相，增加了坯体的透光性，降低了烧成温度，使烧成范围变宽；同时在烧结过程中，一部分α-氧化铝与高度活跃的游离氧化钙及氧化硅等反应生成钙长石或者钙铝硅酸盐玻璃相，另一部分少量的自由α-氧化铝则单独形成α-氧化铝微细晶体，达到相变增强增韧和细晶强化增强增韧的效果。
本发明的强化骨质瓷的组成简单、科学合理，特别适用于对抗折强度、热振稳定性以及透光性能要求较高的产品。
【非专利参考文献1】：刘素文.骨质瓷泥料增塑剂的研究.[J].中国陶瓷，1997，33(2)：9～11。
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【非专利参考文献5】：]耿谦.浅析影响骨灰瓷热稳定性的因素[J].景德镇陶瓷，1994，4(3)：5～7。
具体实施方式
实施例1
实施例1所述的强化骨质瓷，由以下重量百分比(wt％)的原料配制而成：
煅烧的动物骨灰38.0％、钾长石11.0％、石英砂4.0％、龙岩土11.0％、苏州土6.0％、GF88粘土5.0％、K18粘土6.0％、易县土5.0％、α-氧化铝粉2.0％、石灰石7.0％、废瓷粉5.0％。
按照上述配方配料、球磨、过筛、除铁、陈腐、榨泥、解胶、成型、干燥、修坯、烧结等一系列生产工艺，烧成温度为1230～1290℃，冷却后制得骨质瓷素烧坯。
所述骨质瓷素坯制备方法如下：
混合料球磨，按料∶球∶水＝1∶2.5∶1的比例加入球磨机中，球磨16.0小时，过100目筛，使用1.8万高斯强度的除铁器除铁，陈腐4天，榨泥，使用0.15wt％水玻璃和0.5wt％腐植酸钠作解胶剂将泥饼制成泥浆，泥料含水率为33.0wt％，采用注浆成型，干燥后置于隧道窑在空气中烧成温度为1245℃下煅烧2.0小时。随炉冷却后即得到骨质瓷素烧坯。其结果为：(1)抗折强度达到168.0MPa，强度高；(2)经200℃至20℃热交换一次，不炸裂，热稳定性好；(3)可见光范围内透过率达到7.1％/2mm，透光性能优越。
实施例2
实施例2所述的强化骨质瓷，由以下重量百分比(wt％)的原料配制而成：
煅烧的动物骨灰40.0％、钾长石10.5％、石英砂6.0％、龙岩土11.5％、苏州土5.5％、GF88粘土4.5％、K18粘土6.5％、易县土4.5％、α-氧化铝粉1.0％、石灰石6.0％、废瓷粉4.0％。
按照上述配方配料、球磨、过筛、除铁、陈腐、榨泥、解胶、成型、干燥、修坯、烧结等一系列生产工艺，烧成温度为1230～1290℃，冷却后制得骨质瓷素坯。
所述骨质瓷素坯制备方法如下：
混合料球磨，按料∶球∶水＝1∶2.5∶1的比例加入球磨机中，球磨17.0小时，过100目筛，使用1.8万高斯强度的除铁器除铁，陈腐5天，榨泥，使用0.12wt％水玻璃和0.45wt％腐植酸钠作解胶剂将泥饼制成泥浆，泥料含水率为32.0wt％，采用注浆成型，干燥后置于隧道窑在空气中烧成温度为1255℃下煅烧2.0小时。随炉冷却后即得到骨质瓷素烧坯。其结果为：(1)抗折强度达到165.0MPa，强度高；(2)经200℃至20℃热交换一次，不炸裂，热稳定性好；(3)可见光范围内透过率达到7.3％/2mm，透光性能优越。
实施例3
实施例3所述的强化骨质瓷，由以下重量百分比(wt％)的原料配制而成：
煅烧的动物骨灰42.0％、钾长石10.0％、石英砂5.0％、龙岩土12.0％、苏州土4.0％、GF88粘土5.5％、K18粘土5.0％、易县土3.0％、α-氧化铝粉3.0％、石灰石7.5％、废瓷粉3.0％。
按照上述配方配料、球磨、过筛、除铁、陈腐、榨泥、解胶、成型、干燥、修坯、烧结等一系列生产工艺，烧结温度为1230～1290℃，制得骨质瓷素坯。
所述骨质瓷素坯制备方法如下：
混合料球磨，按料∶球∶水＝1∶2.5∶1的比例加入球磨机中，球磨18.0小时，过100目筛，使用1.8万高斯强度的除铁器除铁，陈腐7天，榨泥，使用0.17wt％水玻璃和0.3wt％腐植酸钠作解胶剂将泥饼制成泥浆，泥料含水率为34.0wt％，采用注浆成型，干燥后置于隧道窑在空气中烧成温度为1270℃下煅烧2.0小时。随炉冷却后即得到骨质瓷素烧坯。其结果为：(1)抗折强度达到162.0MPa，强度高；(2)经200℃至20℃热交换一次，不炸裂，热稳定性好；(3)可见光范围内透过率达到7.5％/2mm，透光性能优越。
比较例1
比较例1所述的普通骨质瓷，由以下重量百分比(wt％)的原料配制而成：
煅烧的动物骨灰43.0％、钾长石12.0％、石英砂11.0％、龙岩土16.0％、苏州土5.0％、GF88粘土6.0％、K18粘土4.0％、易县土3.0％。
按照上述配方配料、球磨、过筛、除铁、陈腐、榨泥、解胶、成型、干燥、烧结等一系列生产工艺，烧结温度为1230～1290℃，制得骨质瓷素坯。
所述骨质瓷素坯制备方法如下：
混合料球磨，按料∶球∶水＝1∶2.5∶1的比例加入球磨机中，球磨17.0小时，过100目筛，使用1.8万高斯强度的除铁器除铁，陈腐6天，榨泥，使用0.16wt％水玻璃和0.48wt％腐植酸钠作解胶剂将泥饼制成泥浆，泥料含水率为33.0wt％，采用注浆成型，干燥后置于隧道窑在空气中烧成温度为1240℃下煅烧2.0小时，随炉冷却后即得到骨质瓷素烧坯。其结果为：(1)抗折强度109MPa；(2)经160℃至20℃热交换一次，不炸裂，热稳定性一般；(3)光透过率达到5.7％/2mm，透光性能一般。
比较例2
比较例2所述的普通骨质瓷，由以下重量百分比(wt％)的原料配制而成：
煅烧的动物骨灰42.0％、钾长石11.0％、石英砂10.5％、龙岩土15.5％、苏州土7.0％、GF88粘土6.5％、K18粘土5.5％、易县土2.0％。
按照上述配方配料、球磨、过筛、除铁、陈腐、榨泥、解胶、成型、干燥、烧结等一系列生产工艺，烧结温度为1230～1290℃，制得骨质瓷素烧坯。
所述骨质瓷素坯制备方法如下：
混合料球磨，按料∶球∶水＝1∶2.5∶1的比例加入球磨机中，球磨18.0小时，过100目筛，使用1.8万高斯强度的除铁器除铁，陈腐7天，榨泥，使用0.14wt％水玻璃和0.45wt％腐植酸钠作解胶剂将泥饼制成泥浆，泥料含水率为32.0wt％，采用注浆成型，干燥后置于隧道窑在空气中烧成温度为1230℃下煅烧2.0小时，随炉冷却后即得到骨质瓷素烧坯。其结果为：(1)抗折强度113.0MPa，强度较低；(2)经160℃至20℃热交换一次，不炸裂，热稳定性一般；(3)光透过率达到4.6％/2mm，透光性能较差。
比较例3
比较例3所述的普通骨质瓷，由以下重量百分比(wt％)的原料配制而成：
煅烧的动物骨灰42.5％、钾长石11.5％、石英砂9.0％、龙岩土11.5％、苏州土6.5％、GF88粘土6.5％、K18粘土7.5％、易县土5.0％。
按照上述配方配料、球磨、过筛、除铁、陈腐、榨泥、解胶、成型、干燥、烧结等一系列生产工艺，烧结温度为1230～1290℃，制得骨质瓷素烧坯。
所述骨质瓷素坯制备方法如下：
混合料球磨，按料∶球∶水＝1∶2.5∶1的比例加入球磨机中，球磨18.0小时，过100目筛，使用1.8万高斯强度的除铁器除铁，陈腐7天，榨泥，使用0.15wt％水玻璃和0.4wt％腐植酸钠作解胶剂将泥饼制成泥浆，泥料含水率为34.0wt％，采用注浆成型，干燥后置于隧道窑在空气中烧成温度为1250℃下煅烧2.0小时，随炉冷却后即得到骨质瓷素烧坯。其结果为：(1)抗折强度106.0MPa，强度较低；(2)经160℃至20℃热交换一次，不炸裂，热稳定性一般；(3)光透过率达到5.2％/2mm，透光性能一般。
Claims (5)
1.一种骨质瓷，尤其是一种强化骨质瓷及其制备方法。其特征在于，该强化骨质瓷坯体使用的原料及其质量百分比组成为：煅烧的动物骨灰38.0～44.0％、石英砂3.5～7.5％、钾长石7.0～12.0％、苏州土4.0～8.0％、龙岩土8.0～12.0％、易县土2.0～6.0％、GF88粘土2.0～7.0％、K18粘土3.0～8.0％、α-氧化铝0.5～4.0％、石灰石5.0～9.0％、废瓷粉(废素烧坯的粉碎物)0.5～8.0％。
2.根据权利要求1所叙述的一种强化骨质瓷及其制备方法，其特征在于制备步骤是：按权利要求1的原料质量百分比配制混合料；按料∶球∶水质量比为1∶2.5∶1将混合料置于球磨机中球磨，用鹅卵石作为研磨介质；球磨时间为14.0～20.0h；用1.8万高斯强度的除铁器除铁，料浆过100目筛，陈腐3～7天，榨泥；分散剂为周知的水玻璃和腐植酸钠，用固含0.10～0.18wt％的水玻璃和0.25～0.55wt％的腐植酸钠解胶，泥浆含水量为28.0～36.0wt％；注浆成型；干坯在1230～1290℃下烧成1.5～3.0小时。
3.根据权利要求1所叙述的强化骨质瓷，其特征在于，所使用的主要原料与一般骨质瓷所使用的原料一致，是周知的动物骨灰、粘土、石英和钾长石；在上述主要原料基础上另外添加0.5～4.0％的α-氧化铝、5.0～9.0％的石灰石和0.5～8.0％的废瓷粉三种改性物质。
4.根据权利要求1所叙述的强化骨质瓷，其特征在于，所使用的粘土为混合粘土，在配合料中混合粘土的质量百分比分别为：4.0～8.0wt％的苏州土、8.0～12.0wt％的龙岩土、2.0～6.0wt％的易县土、2.0～7.0wt％的GF88粘土、3.0～8.0wt％的K18粘土构成。
5.根据权利要求1所叙述的强化骨质瓷，其特征在于，所使用的长石为钾长石，其用量为70～12.0wt％。
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