CN103819181A

CN103819181A - 一种中温烧结堇青石质耐热瓷及其制备方法

Info

Publication number: CN103819181A
Application number: CN201410034723.3A
Authority: CN
Inventors: 江伟辉; 包镇红; 虞澎澎; 苗立锋; 刘健敏
Original assignee: Jingdezhen Ceramic Institute
Current assignee: Jingdezhen Ceramic Institute
Priority date: 2014-01-25
Filing date: 2014-01-25
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2034-01-25
Also published as: CN103819181B

Abstract

本发明涉及一种中温烧结堇青石质耐热瓷及其制备方法，所述耐热瓷坯体的物料配方组成质量百分比为：滑石20~35%、高岭土20~35%、粘土5-15%、预烧料10~30%、锂辉石0~20%，经混合、球磨、成型，然后在1230℃~1270℃烧成、保温30min，得到堇青石质耐热瓷，所述瓷胎的热膨胀系数α为1.5~2.0×10^-6/℃。本发明采用我国储量丰富、质量优良、价格低廉的滑石作为原料，并通过原料预烧的方式克服了目前堇青石质耐热瓷合成温度高、烧成范围窄的缺陷，从根本上破解锂质耐热瓷制备成本过高的行业难题，因此具有广阔的市场前景。

Description

一种中温烧结堇青石质耐热瓷及其制备方法

技术领域

本发明属无机非金属材料（陶瓷）领域，具体涉及一种中温烧结堇青石质耐热瓷及其制备方法。

背景技术

堇青石材料具有热膨胀系数低、抗热震性好和耐腐蚀性强等特点，被广泛应用于各种窑炉的隔热材料、汽车尾气净化器、催化剂载体等，但是，到目前为止，它应用于制备耐热瓷方面（如日用炊具等）的研究报道却非常少。任立琴等采用人工合成堇青石制备堇青石质耐热煲（见《中国陶瓷》Vol.43, No.1, Jan. 2007, P48），但未能从根本上解决堇青石质材料的合成温度高、烧成范围窄等问题，其烧成温度为1270~1300℃。市售耐热炊具都属于锂质低膨胀陶瓷，其特征是配方中大量采用锂辉石、透锂长石或其它锂质原料。例如：在《一种超耐热陶瓷砂锅及其制造方法》（ZL200910115876.X）和《可用于制成瓷质产品的耐热瓷泥及用其制成的耐热瓷》（ZL201010581737.9）这两个发明专利中，锂辉石用量分别达到了45~50%和50~70%，专利《一种高锂质耐热陶瓷材料》（ZL201110147816.3）采用了40~55%的透锂长石，而《超低膨胀陶瓷材料的制备工艺方法》（ZL200910115236.9）这一专利则是使用了65~90%含锂矿物作原料。锂质耐热瓷在上世纪八、九十年代在我国实现产业化以来，在日用耐热炊具行业一枝独秀，但它现面临的难题是，所用的锂辉石和透锂长石等锂质原料价格高（每吨五、六千元），导致企业生产成本居高不下；由于我国自产的含锂原料锂含量较低，性能和质量又不稳定，因此锂质原料主要依赖国外进口，整个行业对外依存度高，严重制约了耐热瓷行业的发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种以滑石为主要原料制备的堇青石质耐热瓷及其制备方法。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：一种中温烧结堇青石质耐热瓷，其特征在于：所述耐热瓷瓷胎的化学组成质量百分比为：SiO₂ 50~65%、Al₂O₃20~35%、K₂O 0.5~2%、Na₂O 0.2~2%、CaO 0.3~2%、MgO 7~15%、Li₂O 0~2%，瓷胎中的主晶相为堇青石，瓷胎的热膨胀系数α为1.5~2.0×10^-6/℃。

所述耐热瓷坯体的物料组成质量百分比为：滑石20~35%、高岭土20~35%、粘土5~15%、预烧料10~30%、锂辉石0~20%。

所述预烧料的物料组成质量百分比为：滑石40~60%，烧高岭25~50%，氧化铝10~30%。

所述预烧料的预烧温度为1150~1200℃。

所述的中温烧结堇青石质耐热瓷的制备方法，其特征在于：将耐热瓷坯体的原料按物料配比混合，经过球磨、成型，然后在1230℃~1270℃烧成、保温30min，得到堇青石质耐热瓷。

本发明的中温烧结堇青石质耐热瓷与目前锂质耐热瓷相比较，在达到同样性能指标的前提下，具有四大突出优势：

1）本发明以滑石作为主要原料，价格低廉，生产成本远远低于现有锂质耐热瓷，具有显著的经济效益；

2）我国滑石资源十分丰富，而且质量优良，利用滑石作原料代替进口锂质原料，使我国现有耐热瓷行业可以彻底摆脱国外原料制约，保障行业的可持续发展；

3）本发明在配方中引入了自制的预烧料，不但降低了产品烧成温度，而且还更好地促进了瓷体中堇青石的形成，有利于提高产品的抗热震性能；

4）克服了堇青石质耐热瓷合成温度高、烧成范围窄的缺陷，制备的堇青石质耐热瓷的热膨胀系数α为1.5~2.0×10^-6/℃。

具体实施方式

实施例1：

耐热瓷坯体配方的质量比为：滑石32%、高岭土35%、粘土13%、预烧料20%，其中预烧料配方的质量比为：滑石50%、烧高岭33%、氧化铝17%，预烧温度为1180℃。按坯体配方准确称取以上几种原料经球磨粉碎、成型及烧成等传统耐热瓷生产工序，在1250℃保温30min条件下烧结，得到堇青石质耐热瓷产品，其瓷胎的化学组成质量百分比为：SiO₂ 59.6%、Al₂O₃26.2%、K₂O 0.9%、Na₂O 1.2%、CaO 0.6%、MgO 11.5%。其主晶相为堇青石，瓷胎的热膨胀系数α为1.93×10^-6/℃。

实施例2：

耐热瓷坯体配方的质量比为：滑石20%、高岭土30%、粘土15%、预烧料30%、锂辉石5%，其中预烧料配方的质量比为：滑石40%、高岭土30%、氧化铝30%，预烧温度为1200℃。按坯料配方准确称取以上几种原料经球磨粉碎、成型及烧成等传统耐热瓷生产工序，在1270℃保温30min条件下烧结，得到堇青石质耐热瓷产品，其瓷胎的化学组成质量百分比为：SiO₂ 55.7%、Al₂O₃34.2%、K₂O 0.3%、Na₂O 0.2%、CaO 0.5%、MgO 8.7%、Li₂O 0.4%。其主晶相为堇青石，瓷胎的热膨胀系数α为1.98×10^-6/℃。

实施例3：

耐热瓷坯料配方的质量比为：滑石23%、高岭土34%、粘土10%、预烧料26%、锂辉石7%，其中预烧料配方的质量比为：滑石42%、高岭土32%、氧化铝26%，预烧温度为1190℃。按坯料配方准确称取以上几种原料经球磨粉碎、成型及烧成等传统耐热瓷生产工序，在1260℃保温30min条件下烧结，得到堇青石质耐热瓷产品，其瓷胎的化学组成质量百分比为：SiO₂ 56.0%、Al₂O₃32.0%、K₂O 0.9%、Na₂O 0.5%、CaO 0.9%、MgO 9.2%、Li₂O 0.5%。其主晶相为堇青石，含有少量锂辉石晶相，瓷胎的热膨胀系数α为1.82×10^-6/℃。

实施例4：

耐热瓷坯料配方的质量比为：滑石35%、高岭土27%、粘土14%、预烧料15%、锂辉石9%，其中预烧料配方的质量比为：滑石45%、高岭土45%、氧化铝10%，预烧温度为1150℃。按坯料配方准确称取以上几种原料经球磨粉碎、成型及烧成等传统耐热瓷生产工序，在1240℃保温30min条件下烧结，得到堇青石质耐热瓷产品，其瓷胎的化学组成质量百分比为：SiO₂ 61.8%、Al₂O₃24.5%、K₂O 0.5%、Na₂O 0.2%、CaO 1.1%、MgO 11.3%、Li₂O 0.6%。其主晶相为堇青石，含有少量锂辉石晶相，瓷胎的热膨胀系数α为1.61×10^-6/℃。

实施例5：

耐热瓷坯料配方的质量比为：滑石27%、高岭土22%、粘土6%、预烧料30%、锂辉石15%，其中预烧料配方的质量比为：滑石47%、高岭土38%、氧化铝15%，预烧温度为1160℃。按坯料配方准确称取以上几种原料经球磨粉碎、成型及烧成等传统耐热瓷生产工序，在1250℃保温30min条件下烧结，得到堇青石质耐热瓷产品，其瓷胎的化学组成质量百分比为：SiO₂ 60.1%、Al₂O₃26.1%、K₂O 0.75%、Na₂O 0.7%、CaO 0.3%、MgO 11.0%、Li₂O 1.05%。其主晶相为堇青石，含有少量锂辉石晶相，瓷胎的热膨胀系数α为1.63×10^-6/℃。

实施例6：

耐热瓷坯料配方的质量比为：滑石35%、高岭土20%、粘土5%、预烧料22%、锂辉石18%，其中预烧料配方的质量比为：滑石60%、高岭土27%、氧化铝13%，预烧温度为1150℃。按坯料配方准确称取以上几种原料经球磨粉碎、成型及烧成等传统耐热瓷生产工序，在1230℃保温30min条件下烧结，得到堇青石质耐热瓷产品，其瓷胎的化学组成质量百分比为：SiO₂ 61.96%、Al₂O₃21.8%、K₂O 1.2%、Na₂O 0.4%、CaO 0.7%、MgO 12.7%、Li₂O 1.24%。其主晶相为堇青石，含有少量锂辉石晶相，瓷胎的热膨胀系数α为1.57×10^-6/℃。

实施例7：

耐热瓷坯料配方的质量比为：滑石31%、高岭土28%、粘土11%、预烧料10%、锂辉石20%，其中预烧料配方质量比为：滑石40%，高岭土40%，氧化铝20%，预烧温度为1190℃。按坯料配方准确称取以上几种原料经球磨粉碎、成型及烧成等传统耐热瓷生产工序，在1250℃保温30min条件下烧结，得到堇青石质耐热瓷产品，其瓷胎的化学组成质量百分比为：SiO₂ 61.49%、Al₂O₃26.1%、K₂O 0.8%、Na₂O 0.3%、CaO 0.4%、MgO 9.5%、Li₂O 1.41%。其主晶相为堇青石，含有少量锂辉石晶相，瓷胎的热膨胀系数α为1.52×10^-6/℃。

实施例8：

耐热瓷坯料配方的质量比为：滑石22%、高岭土35%、粘土15%、预烧料18%、锂辉石10%，其中预烧料配方质量比为：滑石46%，高岭土34%，氧化铝20%，预烧温度为1190℃。按坯料配方准确称取以上几种原料经球磨粉碎、成型及烧成等传统耐热瓷生产工序，在1260℃保温30min条件下烧结，得到堇青石质耐热瓷产品，其瓷胎的化学组成质量百分比为：SiO₂ 58.5%、Al₂O₃30.8%、K₂O 0.9%、Na₂O 0.2%、CaO 0.5%、MgO 8.4%、Li₂O 0.7%。其主晶相为堇青石，含有少量锂辉石晶相，瓷胎的热膨胀系数α为1.86×10^-6/℃。

Claims

1.一种中温烧结堇青石质耐热瓷，其特征在于：所述耐热瓷瓷胎的化学组成质量百分比为：SiO₂ 50~65%、Al₂O₃20~35%、K₂O 0.5~2%、Na₂O 0.2~2%、CaO 0.3~2%、MgO 7~15%、Li₂O 0~2%，瓷胎中的主晶相为堇青石，瓷胎的热膨胀系数α为1.5~2.0×10^-6/℃。

2.根据权利要求1所述的中温烧结堇青石质耐热瓷，其特征在于：所述耐热瓷坯体的物料组成质量百分比为：滑石20~35%、高岭土20~35%、粘土5~15%、预烧料10~30%、锂辉石0~20%。

3.根据权利要求2所述的中温烧结堇青石质耐热瓷，其特征在于：所述预烧料的物料组成质量百分比为：滑石40~60%，烧高岭25~50%，氧化铝10~30%。

4.根据权利要求3所述的中温烧结堇青石质耐热瓷，其特征在于：所述预烧料的预烧温度为1150~1200℃。

5.根据权利要求2所述的中温烧结堇青石质耐热瓷的制备方法，其特征在于：将耐热瓷坯体的原料按物料配比混合，经过球磨、成型，然后在1230℃~1270℃烧成、保温30min，得到堇青石质耐热瓷。