CN104496440A

CN104496440A - 一种高铝硬质强化瓷的坯体配方及其制作工艺和应用

Info

Publication number: CN104496440A
Application number: CN201410826208.9A
Authority: CN
Inventors: 刘权辉; 孟瑞飞
Original assignee: China Yongfengyuan Co ltd
Current assignee: China Yongfengyuan Co ltd
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2015-04-08

Abstract

本发明公开了一种高铝硬质强化瓷的坯体配方及其制作工艺和应用，所述高铝硬质强化瓷的坯体配方，包括组分和重量百分数：SiO₂40%~50%；Al₂O₃40%~50%；Fe2O3+TiO2<0.5%；CaO+MgO0.5%~2%；K₂O+Na₂O2%~5%。本发明研发了一种新的陶瓷配方，将传统日用瓷配方中的Al₂O₃含量从20%提高到40%以上，通过合理引入一种超细的氧化铝粉，平衡配方中各组份的关系，解决了由于提高Al₂O₃含量后配方可塑性差，烧成温度升高，体膨胀系数小等不利因素。

Description

一种高铝硬质强化瓷的坯体配方及其制作工艺和应用

技术领域

本发明属于陶瓷材料领域，尤其是涉及一种氧化铝含量极高的硬质瓷坯体配方以及该陶瓷特殊的生产工艺流程。

背景技术

在含铝量较高的铝质陶瓷种类中，集中在以下几个领域: (1)生物陶瓷材料，开发出与人体的骨头组织具有一定相容性的氧化铝陶瓷关节材料，推动医学的进步; (2)氧化铝陶瓷具有优良电学性能，在电子工业领域有着广阔市场; (3)在建材行业，高铝陶瓷可作为绿色建材，生产抗菌、防污、分解有害气体的环保家居用品。

目前，酒店用瓷占据着日用陶瓷消费的半壁江山。根据酒店用瓷的基本要求，需要瓷器本身具有很高的机械强度，并且釉面还具有较高的亮度及平整度，现市场上的瓷器要么具有一定的强度，但釉面不够光亮，要么具漂亮的釉面，但却不具备耐洗碗机、抗冲击性能测试的苛刻条件。诸多陶瓷公司对强化瓷进行了立项，加大投入进行高铝强化瓷的研究。然而，因为高铝陶瓷工艺的复杂性和生产可行性，高铝陶瓷基本还没有出现在日用瓷领域中，但基于铝含量提高能给陶瓷基体带来的物理性能变化，一种新的高铝陶瓷取代目前市场上众多普通日用陶瓷只是存在技术上的问题。若高铝瓷技术得以突破，其强度高、耐撞击的优良特性必然得到市场高度认可。

专利号为03130731的发明专利涉及一种强化瓷及其生产工艺，特别涉及一种高硅强化瓷及其生产工艺，包括以下重量份组分：粘土35-50、8-20μm的二氧化硅80-90、第二弥散相1-5、和/或第三弥散相1-5。制备方法，包括以下生产工艺：将石英在900℃-1000℃温度下煅烧、加水碾磨、水簸过筛40目以上、30目以下，制成坯体中粒径在8-20μm的石英颗粒。本发明强化瓷烧制温度低，耗能小；高硅质瓷的石英粒度易控制，胎体强度高且热稳定性好，可批量投入工业化生产的优点。

该强化瓷强化原理为高硅强化，利用石英的晶体结构以及硅氧四面体结构对瓷胎进行改良。相比高铝强化瓷，SiO₂的键强明显比Al₂O₃形成的莫来石晶体要弱得多，导致该发明的强化瓷机械强度远远不如高铝强化瓷的机械强度。

发明内容

本发明的特点改变传统日用瓷配方体系，将氧化铝含量大幅提高，同时采用高温素烧、低温釉烧的工艺制作高温硬质强化瓷。最大优势在于因该新瓷种配方中氧化铝含量极高，陶瓷胎体强度亦得到大幅提升，满足自动洗碗机机洗的苛刻要求。同时，由于该瓷器的生产工艺为高温素烧，低温釉烧，所用面釉为低膨胀的熔块釉，因而产品釉面光亮平整。该新瓷器既具有比常规硬质瓷更大的胎体强度，同时具备骨质瓷温润透亮的艺术特征，集实用性与观赏性于一身，很好的迎合日用瓷器高端消费市场，成为其它任一瓷种无法替代的陶瓷新宠。

本发明采用的技术方案为：

一种高铝硬质强化瓷的坯体配方，包括组分和重量百分数：

SiO₂ 40%~50%；

Al₂O₃ 40%~50%；

Fe2O3+TiO2<0.5%；

CaO+MgO 0.5%~2%；

K₂O+Na₂O 2%~5%；

所述各组分百分含量之和为100%。

所述K₂O与Na₂O的比例为1：0.8~1：1。

所述Al₂O₃为纳米级晶粒。

进一步的，还包括有机坯体增强剂0%~1.5%。

本发明所述高铝硬质强化瓷的坯体的制备方法，包括步骤：

A）取高岭土28%~45%，长石30%~50%，石英0%~10%，膨润土0%~2%，氧化铝15%~25%，其中，超细氧化铝加入量为10%~15%；

B）将步骤A）所述组分全部投入磨中，加水使料水比为1：1，混合球磨至要求细度，325目筛余量<0.2%；

C）放磨过筛除铁，压滤脱水，练成泥条制得配方料。

所述制备方法中，还包括有机坯体增强剂0%~1.5%，所述有机坯体增强剂待步骤B）磨细各组分后混入。

本发明研发了一种新的陶瓷配方，将传统日用瓷配方中的Al₂O₃含量从20%提高到40%以上，通过合理引入一种超细的氧化铝粉，平衡配方中各组份的关系，解决了由于提高Al₂O₃含量后配方可塑性差，烧成温度升高，体膨胀系数小等不利因素，并采用高温（1350℃~1400℃）素烧，低温（1120℃~1200℃）釉烧的反传统硬质瓷制作工艺，创造出一种具有高光泽、高强度的高铝硬质瓷器。

本发明以超白高岭土、高纯石英、高纯超细氧化铝粉及透明长石为主要坯体材料，研发出一种适用于注浆、滚压、冲压及等静压成型的高铝瓷坯体配方，并配以低膨胀高温无铅熔块釉，采用高温素烧、低温釉烧的工艺流程制作高铝硬质强化瓷。

具体实施方式

一配方研究

传统日用硬质瓷Al₂O₃最高不超过30%，大多集中在18%~25%的区间内，配方烧成温度为1200℃~1350℃，配方体系为典型的高岭土－长石－石英三元配方体系。其中高岭土含量在50%~70%之间，长石含量为15%~30%，石英含量15~35%。综合计算，传统配方中全部Al₂O₃含量最高不超过30%，其形成的莫来石晶相有限，无法使瓷胎具有很高的强度。为了使新瓷种强度大幅提升，需要改变原有的三元配方体系，引入纯Al₂O₃，形成高岭土－长石－石英－氧化铝四元配方体系，并利用合适的烧成曲线，增加陶瓷基体中的针状莫来石晶体含量来实现瓷胎强度的提升。

从所周知，在硬质瓷的配方体系中，随着Al₂O₃含量的增加，配方成熟温度也逐渐增加；并且，因为Al₂O₃是脊性料，不具有可塑性，当配方中引入纯Al₂O₃时，就会削减了高岭土在配方中的比例，造成配方料可塑性变差，成型困难。基于这两个方面，传统陶瓷配方中不会单独引用纯的Al₂O₃粉，只靠提高高岭土的使用比例来增加Al₂O₃组份。

为了解决高岭土－长石－石英－氧化铝四元配方的烧成温度高及可塑性差的问题，配方中引入的Al₂O₃含有纳米级超细铝粉。通过研究发现，当Al₂O₃晶粒达到纳米级别时，其表面活性大大增加，在不使用分散剂的情况下，纳米氧化铝粉自身会团聚，结合成粒径为微米级别的假团粒。利用纳米氧化铝表面能较大、自身会团聚的性能，在陶瓷坯体配方中的具体表现即为具有很好的可塑性，从而满足了成型的需求。另一方面，因为引入的Al₂O₃粒径非常小，在高温烧成时，除了自身较高的活性可降烧结时所需要烧成温度外，它还能很好的与配方中的Si-CaO-Mg-K-Na液相融为一体，在充满玻璃相的媒介里，Al₂O₃能很好的生成针状莫来石晶体。在瓷胎中，这些针状晶体作用犹如钢筋混泥土结构里的钢筋一样，牢牢牵扯着包裹它们的介质，使基体强度得到大幅提高。

通过研究发现，普通的Al₂O₃在陶瓷配方中高温烧成时能成为莫来石晶体的转化率为40%左右，也就是说，一个Al₂O₃含量为25%的配方，在合理的高温环境下，可形成含量为10%左右的莫来石晶体。但引入纳米级超细氧化铝粉后，莫来石的转化率上升到70%~80%。实验表明，引入的纳米级氧化铝粉达到配方Al₂O₃总量的20%后开始对莫来石的转化带来明显效果。

与此同时，项目考虑到陶瓷基体必须适应熔块釉的高膨胀性，配方中除了引入超细氧化铝粉外，还有意提高了长石的含量以提高碱金属钾、钠的组分，并且将K₂O与Na₂O的比例控制为1：0.8~1：1的范围。创新后的配方成熟温度被控制在1380℃以内的常规烧成范围内，同时体膨胀系数有效提升至160~180×10^－7/℃（RT~400℃），适应了高温熔块的使用要求。

通过实验，高岭土－长石－石英－氧化铝四元配方的最佳比例范围是：高岭土28%~45%，长石30%~50%，石英0%~10%，膨润土0%~2%，氧化铝15%~25%，其中，超细氧化铝加入量为10%~15%，另外加有机坯体增强剂0%~1.5%。配方化学组份：SiO₂:40%~50%;Al₂O₃:40%~50%;Fe₂O₃+TiO₂:<0.5%;CaO+MgO:0.5%~2%;

K₂O+Na₂O:2%~5%。配方成熟温度：1350℃~1400℃。

二生产工艺

为了解决传统强化瓷釉面暗淡无光，针眼较多的不良缺陷，本项目不再使用生料釉而用熔块釉，并且与传统强化瓷低温素烧，高温釉烧的工艺不同，本项目生产工艺采用了一种新的高温素烧，低温釉烧的工艺技术路线，具体步骤为：坯料加工—产品成型（注浆成型、滚压成型、冲压成型、等静压成型）—高温（1350℃~1400℃，高火保温30~45分钟）素烧—施釉—低温（1120℃~1200℃，高火保温50~70分钟）釉烧—白胎成品。

基于本项目高铝硬质瓷配方的研发成功，成功解决了低高岭坯料配方可塑性问题，并且将传统硬质瓷体膨胀系数从130×10^－7/℃（RT~400℃）左右提升到160~180×10^－7/℃（RT~400℃），使其与市面上膨胀系数较低的熔块釉能很好的匹配，高温硬质瓷采用高温素烧、低温釉烧的工艺首次得以实现。

实施例1：滚压成型高铝硬质强化瓷

龙岩水洗高岭土：19份；龙岩机碓高岭土：10份；云南超白高岭土：12份；湖北透明长石：33份；安徽凤阳高纯石英：5份；普通氧化铝粉：6份；超细氧化铝粉：14份；河北膨润土：1份。全部投入磨中，加水使料水比为1：1，混合球磨至要求细度（325目筛余量<0.2%）后，加入坯体增强剂（有机高分子聚合物）0.9份混磨均匀，放磨过筛除铁，压滤脱水，练成泥条制得配方料待用。泥条水份20%~24%。

将泥条通过滚压成型机进行产品成型，烘干后修整、洗坯，放入窑炉内进行高温烧烧，烧成温度1380℃，高火保温30分钟，烧成周期6.5小时，出窑后得到高温成瓷素坯。再将素坯打磨抛光，洗净烘干后喷透明无铅熔块釉于1150℃温度下釉烧，高火保温60分钟，烧成周期12小时，出窑即得质地坚硬、釉面平滑光亮的高铝硬质强化瓷。

实施例2：注浆成型高铝硬质强化瓷

龙岩水洗高岭土：22份；龙岩机碓高岭土：7份；云南超白高岭土：12份；湖北透明长石：32份；安徽凤阳高纯石英：6份；普通氧化铝粉：7份；超细氧化铝粉：13份；河北膨润土：1份。全部投入磨中，加水，料水比为1：1，混合球磨至要求细度（325目筛余量<0.2%）后，放磨过筛除铁，压滤脱水制成泥饼，再浆泥饼投入化浆池化浆，添加少量腐植酸钠、水玻璃制得注浆用泥浆。浆料比重1.65~1.75kg/L，伏特杯流动性60~90s/100ml。

将泥浆通过石膏模进行空心注浆成型，烘干后修整、洗坯，放入窑炉内进行高温烧烧，烧成温度1380℃，高火保温30分钟，烧成周期6.5小时，出窑后得到高温成瓷素坯。再将素坯打磨抛光，洗净烘干后喷透明无铅熔块釉于1150℃温度下釉烧，高火保温60分钟，烧成周期12小时，出窑即得质地坚硬、釉面平滑光亮的高铝硬质强化瓷。

实施例3：冲压成型高铝硬质强化瓷

龙岩水洗高岭土：16.5份；龙岩机碓高岭土：12份；云南超白高岭土：12份；湖北透明长石：33份；安徽凤阳高纯石英：5份；普通氧化铝粉：5份；超细氧化铝粉：15份；河北膨润土：1.5份。全部投入磨中，加水使料水比为1：1，混合球磨至要求细度（325目筛余量<0.2%）后，加入坯体增强剂（有机高分子聚合物）1.0份混磨均匀，放磨过筛除铁，压滤脱水，练成泥条制得配方料待用。泥条水份20%~24%。

将泥条通过冲压成型机进行产品成型，烘干后修整、洗坯，放入窑炉内进行高温烧烧，烧成温度1380℃，高火保温30分钟，烧成周期6.5小时，出窑后得到高温成瓷素坯。再将素坯打磨抛光，洗净烘干后喷透明无铅熔块釉于1150℃温度下釉烧，高火保温60分钟，烧成周期12小时，出窑即得质地坚硬、釉面平滑光亮的高铝硬质强化瓷。

实施例4：等静压成型高铝硬质强化瓷

龙岩水洗高岭土：19份；龙岩机碓高岭土：10份；云南超白高岭土：12份；湖北透明长石：33份；安徽凤阳高纯石英：5份；普通氧化铝粉：5份；超细氧化铝粉：15份；河北膨润土：1.0份。全部投入磨中，加水使料水比为1：1，混合球磨至要求细度（325目筛余量<0.2%）后，放磨过筛除铁，压滤脱水，再浆泥饼投入化浆池化浆，添加坯体增强剂（有机高分子聚合物）1.2份,用六偏磷酸钠调制泥浆，制得浆料比重1.55~1.65kg/L，伏特杯流动性30~50s/100ml，利用喷雾干燥将泥浆制成粉料待用。粉料参数：容重800~950g/L；抗折强度1.3~1.8MPa，水份2.0~4.0%，颗粒级配D50＝250~300um。

将粉料通过等静压成型机进行产品成型，修整、洗坯，放入窑炉内进行高温烧烧，烧成温度1380℃，高火保温30分钟，烧成周期6.5小时，出窑后得到高温成瓷素坯。再将素坯打磨抛光，洗净烘干后喷透明无铅熔块釉于1150℃温度下釉烧，高火保温60分钟，烧成周期12小时，出窑即得质地坚硬、釉面平滑光亮的高铝硬质强化瓷。

Claims

1.一种高铝硬质强化瓷的坯体配方，包括组分和重量百分数：

SiO₂ 40%~50%；

Al₂O₃ 40%~50%；

Fe2O3+TiO2<0.5%；

CaO+MgO 0.5%~2%；

K₂O+Na₂O 2%~5%；

所述各组分百分含量之和为100%。

2.如权利要求1所述的高铝硬质强化瓷的坯体配方：

所述K₂O与Na₂O的比例为1：0.8~1：1。

3.如权利要求1所述的高铝硬质强化瓷的坯体配方：

所述Al₂O₃为纳米级晶粒。

4.如权利要求1-3任一项说书的高铝硬质强化瓷的坯体配方：还包括有机坯体增强剂0%~1.5%。

5.一种高铝硬质强化瓷的坯体的制备方法，包括步骤：

C）放磨过筛除铁，压滤脱水，练成泥条制得配方料。

6.如权利要求5所述高铝硬质强化瓷的坯体的制备方法，其特征是：还包括有机坯体增强剂0%~1.5%，所述有机坯体增强剂待步骤B）磨细各组分后混入。

7.权利要求5或者6所述高铝硬质强化瓷的坯体的制备方法制备得到的高铝硬质强化瓷的坯体应用于陶瓷器具的制备。