CN104860647A - 一种高强薄胎瓷器的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强薄胎瓷器的制造方法，属于陶瓷制作技术领域，其技术要点包括如下步骤：(1)以重量百分比计，将电石渣3％～12％和陶瓷坯料88％～97％混合均匀形成料浆；(2)将混合均匀的料浆经压滤后制成泥饼，再经真空练泥，脱除泥饼中空气；(3)将练好的泥饼盖上塑料薄膜，静置陈腐240～360小时，使泥饼内部水分均匀，得到陶瓷坯料；(4)将陶瓷坯料通过塑性成型和利坯工序，制得薄胎瓷器生坯；(5)将陶瓷生坯于窑炉内烧成，控制烧成温度在1250～1300℃，高温保温60～90分钟；本发明旨在提供一种能显著改善陶瓷产品的高温及常温力学性能的高强薄胎瓷器的制造方法；用于薄胎瓷器制作。
Description
技术领域
本发明涉及硅酸盐陶瓷制备，特别是涉及一种高强薄胎瓷器的制造方法。
背景技术
我国日用陶瓷产量约占全球62％以上，每年出口量达80亿件以上，占世界出口总量的70％以上，但普遍存在产品档次低、同质化现象严重等问题，出口产品单价仅为0.35美元/件，约为国际均价的1/3。当前国内外日用陶瓷行业竞争激烈，只有开发高附加值的新产品，才有可能在激烈的竞争中脱颖而出。薄胎瓷亦称“脱胎瓷”、“蛋壳瓷”，薄胎瓷胎体厚度大多在1毫米以内，人称之为：薄似蝉翼，亮如玻璃，轻若浮云，是中国传统艺术名瓷之一，被誉为“中国陶瓷艺术皇冠上的明珠”。由于薄胎瓷器瓷胎轻薄，制作和使用过程中极易变形和破裂，对原材料及制造工艺要求极高，因而薄胎瓷器产量很低。其根本原因在于薄胎瓷器力学性能不佳，这主要表现在两个方面，一是高温力学性能不足，生产过程易变形。对于薄胎瓷器而言，高透明度是基本要求，要在“薄如纸”的前提下达到“明如镜”的效果，这就要求在产品中生成较多量的玻璃相。玻璃相在高温下以液相的形式存在，在传统陶瓷体系中，玻璃相的形成温度约为950～1050℃，而陶瓷主晶相莫来石，尤其是形成于玻璃相中、具有优异性能的针状二次莫来石的形成温度在1200℃以上，高于玻璃相的形成温度约250℃，在950～1200℃之间，液相已经形成，而液相中莫来石尚未形成，此时液相的流动极易导致产品变形。二是常温力学性能有待提高，使用过程易脆。虽然薄胎瓷器产品抗折强度和抗冲击强度不低，但是由于器型轻薄，使用过程中极易破碎，因此薄胎瓷器多作为工艺陈设瓷，难以作为日用品使用，阻碍了这一高档特色瓷器的推广应用。
以钙、铝、硅、氧为主要组成的钙长石(CaAl2Si2O8)呈针状形貌，针状主晶相的存在有利于改善陶瓷显微结构，显著提高产品常温力学性能。此外，钙长石的形成温度较低，在传统陶瓷配方体系中引入钙质，大约在1000～1100℃之间钙长石开始形成,与陶瓷烧成过程中液相出现的温度接近，与液相同步生成的钙长石可大幅度提高薄胎瓷器的高温力学性能，牵制液相的流动，保持产品的器型稳定。
钙的引入通常是以在陶瓷坯料中加入钙盐的方式，钙盐的种类很多，其中采取电石渣的方式，在引入钙的同时，同时引入硅和铝，这都是传统陶瓷的组分，只要通过恰当的配方调整，不会对产品性能造成不利影响。
电石渣是电石水解获取乙炔气后的以钙质为主要成分、经干燥得到的废渣。电石渣化学组成与电石质量有关，其组成中氢氧化钙约占75～90％，三氧化二铝约占5～8％，二氧化硅约占8～20％。目前电石渣多作填埋处理，少量用作生产砖、水泥等建筑材料的原料。
发明内容
本发明的目的在于，针对目前薄胎瓷器生产过程中高温力学性能不足引发产品变形、使用过程中常温力学性能不足导致产品易脆等问题，提供一种高强薄胎瓷器的制造方法，能显著改善陶瓷产品的高温及常温力学性能。
本发明的目的通过如下技术方案实现：一种高强薄胎瓷器的制造方法，包括如下步骤：
(1)以重量百分比计，将电石渣3％～12％和陶瓷坯料88％～97％，以湿法混磨的方式混合均匀形成料浆；
(2)将混合均匀的料浆经压滤后制成泥饼，再经真空练泥，脱除泥饼中空气；
(3)将练好的泥饼盖上塑料薄膜，静置陈腐240～360小时，使泥饼内部水分均匀，得到陶瓷坯料；
(4)将陶瓷坯料通过塑性成型和利坯工序，制得薄胎瓷器生坯；
(5)将陶瓷生坯于窑炉内烧成，控制烧成温度在1250-1300℃，高温保温60～90分钟，制得高强薄胎瓷器产品。
上述的高强薄胎瓷器的制造方法中：步骤(1)所述电石渣是电石水解获取乙炔气后的以钙质为主要成分、经干燥的废渣，其组成主要包括氢氧化钙、三氧化二铝和二氧化硅，其中氢氧化钙占75～90％。
上述的高强薄胎瓷器的制造方法中：所述陶瓷坯料的化学组成为SiO262.60％～68.85％、Al2O318.99％～24.49％、K2O 1.89％～2.65％、Na2O 0.14％～0.79％、MgO 0.12％～0.68％、Fe2O30.20％～1.31％、CaO 0.06％～1.87％、loss 6.28～12.21％。
上述的高强薄胎瓷器的制造方法中：所述电石渣的掺入量按总质量百分比计为5％～10％，陶瓷坯料为90～95％。
上述的高强薄胎瓷器的制造方法中：所述烧成温度为1250～1300℃。
本发明采用上述方法后，在传统薄胎瓷器配方体系中引入电石渣，同时通过大量实验确定电石渣的用量，大约在1000～1100℃之间钙长石开始形成,与陶瓷烧成过程中液相出现的温度接近，且钙长石优先在液相中生成，牵制液相的流动，大幅度提高薄胎瓷器的高温力学性能，保持产品的器型稳定。同时，针状钙长石的形成，消耗了部分二氧化硅，最终在产品 中形成较多的莫来石和钙长石晶体、较少的方石英晶体。这种晶相结构与长石质玻璃相热膨胀系数相匹配，能减少陶瓷烧成过程中微裂纹的产生，提高陶瓷产品的抗冲击强度，显著改善陶瓷产品的常温力学性能。本发明还达到利用废弃物的目的。
相对于现有技术，本发明具有如下的优点：
1.传统的薄胎瓷器以方石英和莫来石为主晶相，以长石质玻璃相为粘结相，由于方石英热膨胀系数为11×10-6/℃，莫来石热膨胀系数为5.7×10-6/℃，长石质玻璃相热膨胀系数5.3～5.8×10-6/℃，方石英相膨胀系数明显偏大，导致产品在烧成工序冷却过程中易由于收缩不均而出现微裂纹，影响产品的力学性能。本发明在传统薄胎瓷器基础上，大幅度减少方石英含量，同时引入钙长石，钙长石热膨胀系数为4.9～5.5×10-6/℃,与莫来石和长石质玻璃相非常接近，可减少生产过程中微裂纹的产生，提高产品常温力学性能。传统薄胎瓷器样品的X射线衍射分析图谱如附图1所示，产品以方石英和莫来石为主晶相；本发明制备的薄胎陶瓷样品的X射线衍射分析图谱如附图2所示，产品以钙长石、莫来石为主晶相，方石英含量大幅度降低。
2.本发明在传统陶瓷配方体系中引入电石渣，大约在1000～1100℃之间钙长石开始形成,与陶瓷烧成过程中液相出现的温度接近，且钙长石优先在液相中生成，可大幅度提高薄胎瓷器的高温力学性能，保持产品的器型稳定。
3.电石渣是工业废弃物，取代部分日渐稀少的瓷土矿物，节省天然矿物资源消耗。
附图说明
图1为传统薄胎瓷器样品的X射线衍射分析图谱；
图2为实施例1添加电石渣的薄胎瓷器样品的X射线衍射分析图谱。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的内容，下面结合实施案例对本发明作进一步的说明，但本发明要求保护的范围并不只是局限于所列的实例范围中。
本发明的一种高强薄胎瓷器的制造方法，包括如下步骤：
(1)以重量百分比计，将电石渣3％～12％和陶瓷坯料88％～97％，以湿法混磨的方式混合均匀形成料浆；优选地，电石渣的掺入量按总质量百分比计为5％～10％，陶瓷坯料为90～95％。
其中，电石渣是电石水解获取乙炔气后的以钙质为主要成分、经干燥的废渣，其组成主要包括氢氧化钙、三氧化二铝和二氧化硅，其中氢氧化钙占75～90％。
陶瓷坯料的化学组成为SiO262.60％～68.85％、Al2O318.99％～24.49％、K2O 1.89％～2.65％、 Na2O 0.14％～0.79％、MgO 0.12％～0.68％、Fe2O30.20％～1.31％、CaO 0.06％～1.87％、loss 6.28～12.21％。
(2)将混合均匀的料浆经压滤后制成泥饼，再经真空练泥，脱除泥饼中空气；
(3)将练好的泥饼盖上塑料薄膜，静置陈腐240～360小时，使泥饼内部水分均匀，得到陶瓷坯料；
(4)将陶瓷坯料通过塑性成型和利坯等工序，制得薄胎瓷器生坯；
(5)将陶瓷生坯于窑炉内烧成，控制烧成温度在1250～1300℃，高温保温60～90分钟，制得高强薄胎瓷器产品。
实施例1
一种高强薄胎瓷器的制造方法：包括下述步骤
(1)以重量百分比计，将电石渣5％、陶瓷坯料95％(化学组成如表1)，湿法球磨使原料混合均匀；电石渣中氢氧化钙占90％；
(2)将混合均匀的料浆经压滤后制成泥饼，再经真空练泥，脱除泥饼中空气；
(3)将练好的泥饼盖上塑料薄膜，静置陈腐240小时，使泥饼内部水分均匀，得到陶瓷坯料；
(4)将陶瓷坯料通过塑性成型和利坯等工序，制得薄胎瓷器生坯；
(5)将陶瓷生坯于窑炉内烧成，控制烧成温度在1300℃，高温保温60分钟，制得高强薄胎瓷器产品。
表1、陶瓷坯料化学组成(wt％)
| 组分 | SiO2 | Al2O3 | K2O | Na2O | Fe2O3 | MgO | CaO | loss |
| 坯料 | 65.43 | 24.49 | 2.65 | 0.14 | 0.20 | 0.68 | 0.13 | 6.28 |
该实施例中，电石渣提供钙质元素，能在陶瓷烧成过程中生成钙长石。
传统薄胎瓷器样品的X射线衍射分析图谱如附图1所示，产品以方石英和莫来石为主晶相；本实施例添加电石渣的薄胎瓷器样品的X射线衍射分析图谱如附图2所示，产品以钙长石、莫来石为主晶相。按本实施例制造的不同器型的薄胎瓷器。产品形状规整，表面光滑，颜色均匀，按中华人民共和国轻工行业标准QB/T1993-2012(陶瓷器抗冲击试验方法)检测，抗冲击强度达3.2KJ/m2，高于传统薄胎瓷器的2.4KJ/m2。
下面实施例所得薄胎瓷器样品的X射线衍射分析图谱与图2基本相同，不再一一提供。
实施例2
一种高强薄胎瓷器的制造方法，包括下述步骤：
(1)以百分比计，将电石渣6.5％、陶瓷坯料93.5％(化学组成如表2)，湿法混磨使原料混合均匀；电石渣中氢氧化钙占85％；
(2)将混合均匀的料浆经压滤后制成泥饼，再经真空练泥，脱除泥饼中空气；
(3)将练好的泥饼盖上塑料薄膜，静置陈腐280小时，使泥饼内部水分均匀，得到陶瓷坯料；
(4)将陶瓷坯料通过塑性成型和利坯等工序，制得薄胎瓷器生坯；
(5)将陶瓷生坯于窑炉内烧成，控制烧成温度在1280℃，高温保温70分钟，制得高强薄胎瓷器产品。
表2陶瓷坯料化学组成(wt％)
| 组分 | SiO2 | Al2O3 | K2O | Na2O | Fe2O3 | MgO | CaO | loss |
| 坯料 | 62.60 | 22.53 | 1.89 | 0.25 | 1.31 | 0.12 | 1.87 | 9.43 |
按本实施例制造的不同器型的薄胎瓷器产品形状规整，表面光滑，颜色均匀，按中华人民共和国轻工行业标准QB/T1993-2012(陶瓷器抗冲击试验方法)检测，抗冲击强度达3.1KJ/m2，高于传统薄胎瓷器的2.4KJ/m2。
实施例3
一种高强薄胎瓷器的制造方法，包括下述步骤：
(1)以重量百分比计，将电石渣8％、陶瓷坯料92％(化学组成如表3)，湿法混磨使原料混合均匀；电石渣中氢氧化钙占80％；
(2)将混合均匀的料浆经压滤后制成泥饼，再经真空练泥，脱除泥饼中空气；
(3)将练好的泥饼盖上塑料薄膜，静置陈腐320小时，使泥饼内部水分均匀，得到陶瓷坯料；
(4)将陶瓷坯料通过塑性成型和利坯等工序，制得薄胎瓷器生坯；
(5)将陶瓷生坯于窑炉内烧成，控制烧成温度在1265℃，高温保温80分钟，制得高强薄胎瓷器产品。
表3陶瓷坯料化学组成(wt％)
| 组分 | SiO2 | Al2O3 | K2O | Na2O | Fe2O3 | MgO | CaO | loss |
| 坯料 | 64.62 | 20.71 | 2.03 | 0.39 | 0.80 | 0.18 | 0.06 | 11.21 |
按本实施例制造的不同器型的薄胎瓷器产品形状规整，表面光滑，颜色均匀，按中华人民共和国轻工行业标准QB/T1993-2012(陶瓷器抗冲击试验方法)检测，抗冲击强度达2.9KJ/m2，高于传统薄胎瓷器的2.4KJ/m2。
实施例4
一种高强薄胎瓷器的制造方法，包括下述步骤：
(1)以重量百分比计，将脱硫石膏10％、陶瓷坯料90％(化学组成如表4)，湿法混磨使原料混合均匀；电石渣中氢氧化钙占75％；
(2)将混合均匀的料浆经压滤后制成泥饼，再经真空练泥，脱除泥饼中空气；
(3)将练好的泥饼盖上塑料薄膜，静置陈腐360小时，使泥饼内部水分均匀，得到陶瓷坯料；
(4)将陶瓷坯料通过塑性成型和利坯等工序，制得薄胎瓷器生坯；
(5)将陶瓷生坯于窑炉内烧成，控制烧成温度在1250℃，高温保温90分钟，制得高强薄胎瓷器产品。
表4陶瓷坯料化学组成(wt％)
| 组分 | SiO2 | Al2O3 | K2O | Na2O | Fe2O3 | MgO | CaO | loss |
| 坯料 | 68.85 | 18.99 | 2.14 | 0.79 | 0.33 | 0.19 | 0.13 | 8.58 |
按本实施例制造的不同器型的薄胎瓷器产品形状规整，表面光滑，颜色均匀，按中华人民共和国轻工行业标准QB/T1993-2012(陶瓷器抗冲击试验方法)检测，抗冲击强度达3.0KJ/m2，高于传统薄胎瓷器的2.4KJ/m2。
实施例5
一种高强薄胎瓷器的制造方法：包括下述步骤
(1)以重量百分比计，将电石渣3％、陶瓷坯料97％(化学组成如表5)，湿法球磨使原料混合均匀；电石渣中氢氧化钙占90％；
(2)将混合均匀的料浆经压滤后制成泥饼，再经真空练泥，脱除泥饼中空气；
(3)将练好的泥饼盖上塑料薄膜，静置陈腐240小时，使泥饼内部水分均匀，得到陶瓷坯料；
(4)将陶瓷坯料通过塑性成型和利坯等工序，制得薄胎瓷器生坯；
(5)将陶瓷生坯于窑炉内烧成，控制烧成温度在1300℃，高温保温70分钟，制得高强 薄胎瓷器产品。
表5、陶瓷坯料化学组成(wt％)
| 组分 | SiO2 | Al2O3 | K2O | Na2O | Fe2O3 | MgO | CaO | loss |
| 坯料 | 66.43 | 23.49 | 2.65 | 0.14 | 0.20 | 0.68 | 0.23 | 6.18 |
按本实施例制造的不同器型的薄胎瓷器产品形状规整，表面光滑，颜色均匀，按中华人民共和国轻工行业标准QB/T1993-2012(陶瓷器抗冲击试验方法)检测，抗冲击强度达2.9KJ/m2，高于传统薄胎瓷器的2.4KJ/m2。
实施例6
一种高强薄胎瓷器的制造方法，包括下述步骤：
(1)以重量百分比计，将脱硫石膏12％、陶瓷坯料88％(化学组成如表6)，湿法混磨使原料混合均匀；电石渣中氢氧化钙占75％；
(2)将混合均匀的料浆经压滤后制成泥饼，再经真空练泥，脱除泥饼中空气；
(3)将练好的泥饼盖上塑料薄膜，静置陈腐300小时，使泥饼内部水分均匀，得到陶瓷坯料；
(4)将陶瓷坯料通过塑性成型和利坯等工序，制得薄胎瓷器生坯；
(5)将陶瓷生坯于窑炉内烧成，控制烧成温度在1250℃，高温保温80分钟，制得高强薄胎瓷器产品。
表6陶瓷坯料化学组成(wt％)
| 组分 | SiO2 | Al2O3 | K2O | Na2O | Fe2O3 | MgO | CaO | loss |
| 坯料 | 67.85 | 18.99 | 2.64 | 0.79 | 0.83 | 0.19 | 0.13 | 8.58 |
按本实施例制造的不同器型的薄胎瓷器产品形状规整，表面光滑，颜色均匀，按中华人民共和国轻工行业标准QB/T1993-2012(陶瓷器抗冲击试验方法)检测，抗冲击强度达3.1KJ/m2，高于传统薄胎瓷器的2.4KJ/m2。
以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。
Claims (4)
1.一种高强薄胎瓷器的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)以重量百分比计，将电石渣3％～12％和陶瓷坯料88％～97％，以湿法混磨的方式混合均匀形成料浆；
(2)将混合均匀的料浆经压滤后制成泥饼，再经真空练泥，脱除泥饼中空气；
(3)将练好的泥饼盖上塑料薄膜，静置陈腐240～360小时，使泥饼内部水分均匀，得到陶瓷坯料；
(4)将陶瓷坯料通过塑性成型和利坯等工序，制得薄胎瓷器生坯；
(5)将陶瓷生坯于窑炉内烧成，控制烧成温度在1250～1300℃，高温保温60～90分钟，制得高强薄胎瓷器产品。
2.根据权利要求1所述的高强薄胎瓷器的制造方法，其特征在于：步骤(1)所述电石渣是电石水解获取乙炔气后的以钙质为主要成分、经干燥的废渣，其组成主要包括氢氧化钙、三氧化二铝和二氧化硅，其中氢氧化钙占75～90％。
3.根据权利要求1所述的高强薄胎瓷器的制造方法，其特征在于：所述陶瓷坯料的化学组成为SiO262.60％～68.85％、Al2O318.99％～24.49％、K2O 1.89％～2.65％、Na2O 0.14％～0.79％、MgO 0.12％～0.68％、Fe2O30.20％～1.31％、CaO 0.06％～1.87％、loss 6.28～12.21％。
4.根据权利要求1所述的高强薄胎瓷器的制造方法，其特征在于：所述电石渣的掺入量按总质量百分比计为5％～10％，陶瓷坯料为90～95％。
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