CN105439532B - 一种高性能陶器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高性能陶器，包括素坯和釉，素坯的原料为20~25wt%的石英粉、10~12wt%的长石粉、8~10wt%的莫来石粉、1~3wt%的碱性硅酸盐玻璃粉，和余量的黏土；釉的化学组成为：22.5~23.2wt%的Al2O3、10.8~11.5wt%的BaO、12.1~13.0wt%的SrO、7.5~8.0 wt%的BeO、7.8~8.5 wt%的MgO、3.2~3.9wt%的B2O3、3.1~3.5wt%的K2O、1.8~2.1wt%的Na2O，和余量的SiO2。本发明的高性能陶器通过原料控制其中的铅、镉含量极低，热膨胀性数低，耐热稳定性好，而且釉与素坯的粘结性好，光泽度好而且硬度高。

Description

一种高性能陶器及其制备方法
技术领域
本发明涉及陶器生产的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种高性能陶器及其制备方法。
背景技术
陶器是指以粘土为胎，经过手捏、轮制、模塑等方法加工成型后，在约600~1100℃左右的高温下焙烧而成的物品，品种有灰陶、红陶、白陶、彩陶和黑陶等。具有浓厚的生活气息和独特的艺术风格。早在商代，就已出现釉陶和初具瓷器性质的硬釉陶。陶器的表现内容多种多样，动物、楼阁以及日常生活用器无不涉及。陶器的发明是人类文明的重要进程，而且在我国陶器的产生距今已有亿万多年的悠久历史。但是陶器作为日用陶瓷具有热膨胀系数大，热稳定性，耐热急变性能差；此外现有技术中为了得到良好的透光性和釉面光泽度，通常采用含铅釉料，导致其毒性较高。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种高性能陶器及其制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明的第一方面采用了以下技术方案：
一种高性能陶器，包括素坯和涂布于所述素坯外表面的釉面，其特征在于：所述素坯的原料为 20~25wt%的石英粉、10~12wt%的长石粉、8~10wt%的莫来石粉、1~3wt%的碱性硅酸盐玻璃粉，和余量的黏土。
其中，所述黏土的化学成分包括：53.0~62.0wt%的SiO2、22.3~26.2wt%的Al2O3、2.5~3.6wt%的Fe2O3、0.75~1.02wt%的CaO、0.30~0.66wt%的MgO、0~1.5wt%的TiO2， K2O+Na2O≤2.0wt%。
其中，所述长石粉的化学成分包括：65.0~68.0wt%的SiO2、15.2~18.0wt%的Al2O3、1.5~3.5wt%的Fe2O3、10.2~12.0wt%的K2O、3.2~6.0wt%的Na2O。
其中，所述莫来石粉的化学组成包括：70.0~77.0wt%的Al2O3、22.0~29.0wt%的SiO2、TiO2≤0.5wt%、Fe2O3≤0.3wt%、K2O+Na2O≤0.5wt%。
其中，所述碱性硅酸盐玻璃粉的化学组成包括：10.0~13.5wt%的Na2O、7.2~12.0wt%的Al2O3、1.2~3.0wt%的B2O3、3.0~5.0wt%的K2O、3.2~5.6 wt%的MgO、0~1.0wt%的CaO，和余量的SiO2。
其中，所述石英粉的化学组成包括：90.0~99.0wt%的SiO2。
其中，所述釉料的化学组成为：22.5~23.2wt%的Al2O3、10.8~11.5wt%的BaO、12.1~13.0wt%的SrO、7.5~8.0 wt%的BeO、7.8~8.5 wt%的MgO、3.2~3.9wt%的B2O3、3.1~3.5wt%的K2O、1.8~2.1wt%的Na2O，和余量的SiO2。
其中，所述陶器经过二次烧成工艺制备得到，并且素烧的烧成温度为1050~1180℃，釉烧的烧成温度为1100~1200℃。
与现有技术相比，本发明所述的高性能陶器及其制备方法具有以下有益效果：
本发明所述的高性能陶器，通过原料控制其中的铅、镉含量极低，而且热膨胀性数低，耐热稳定性好，而且釉与素坯的粘结性好，光泽度好而且硬度高。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明所述的高性能陶器及其制备方法做进一步的阐述，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
作为示例性地，在以下的实施例以及对比例中，原料均采用含铅和镉含量低的原料，经过成分检测和选择，在本发明中使用的黏土的化学成分包括：53.0~62.0wt%的SiO2、22.3~26.2wt%的Al2O3、2.5~3.6wt%的Fe2O3、0.75~1.02wt%的CaO、0.30~0.66wt%的MgO、0~1.5wt%的TiO2，并且控制其中：K2O+Na2O≤2.0wt%。长石粉的化学成分包括：65.0~68.0wt%的SiO2、15.2~18.0wt%的Al2O3、1.5~3.5wt%的Fe2O3、10.2~12.0wt%的K2O、3.2~6.0wt%的Na2O。电熔莫来石粉的化学组成包括：70.0~77.0wt%的Al2O3、22.0~29.0wt%的SiO2、TiO2≤0.5wt%、Fe2O3≤0.3wt%、K2O+Na2O≤0.5wt%。碱性硅酸盐玻璃粉的化学组成包括：10.0~13.5wt%的Na2O、7.2~12.0wt%的Al2O3、1.2~3.0wt%的B2O3、3.0~5.0wt%的K2O、3.2~5.6 wt%的MgO、0~1.0wt%的CaO，和余量的SiO2。所述石英粉的化学组成包括：90.0~99.0wt%的SiO2。釉采用熔块釉料，并且其组成为：22.5~23.2wt%的Al2O3、10.8~11.5wt%的BaO、12.1~13.0wt%的SrO、7.5~8.0 wt%的BeO、7.8~8.5 wt%的MgO、3.2~3.9wt%的B2O3、3.1~3.5wt%的K2O、1.8~2.1wt%的Na2O，和余量的SiO2。当将各原料以及熔块釉料的化学组成控制在上述范围内，即可实现热膨胀性数低，耐热稳定性好，而且釉与素坯的粘结性好，光泽度好而且硬度高的效果。但为了便于比较，在以下的实施例以及比较例中，如无特别说明，所采用的石英粉、长石粉、莫来石粉、碱性硅酸盐玻璃粉，和黏土均采用同批次的原料产品，具有基本相同的化学组成。
在以下的实施例和比较例中使用的黏土的化学成分包括：56.0wt%的SiO2、25.8wt%的Al2O3、3.1wt%的Fe2O3、0.98wt%的CaO、0.59wt%的MgO、0.03wt%的TiO2，其中：K2O+Na2O的含量为1.23wt%。长石粉的化学成分包括：65.5wt%的SiO2、17.8wt%的Al2O3、1.8wt%的Fe2O3、11.3wt%的K2O、5.6wt%的Na2O。电熔莫来石粉的化学组成包括：73.0wt%的Al2O3、25.0wt%的SiO2、0.10wt%的TiO2、0.05wt%的Fe2O3、K2O+Na2O的含量为0.3wt%。碱性硅酸盐玻璃粉的化学组成包括： 12.5wt%的Na2O、10.8wt%的Al2O3、1.8wt%的B2O3、3.7wt%的K2O、5.1wt%的MgO、0.2wt%的CaO，和余量的SiO2。所述石英粉的化学组成包括：98.0wt%的SiO2。
实施例1
按坯料配方称取各种原料：20wt%的石英粉、12wt%的长石粉、10wt%的莫来石粉、3wt%的碱性硅酸盐玻璃粉，和余量的黏土。将上述原料投入球磨机内，混合球磨至颗粒的细度为10 μm以下（95%以上的颗粒直径小于10μm），依次进行过筛、压滤、练泥、陈腐、成型，然后在1050~1180℃进行素烧，经抛光捡选后施熔块釉，所述熔块釉的组成为：22.5wt%的Al2O3、11.5wt%的BaO、13.0wt%的SrO、8.0 wt%的BeO、7.8 wt%的MgO、3.9wt%的B2O3、3.5wt%的K2O、1.8wt%的Na2O，和余量的SiO2；再在1100~1200℃釉烧，最后得到本实施例的高性能陶器。
实施例2
按坯料配方称取各种原料：25wt%的石英粉、10wt%的长石粉、8wt%的莫来石粉、3wt%的碱性硅酸盐玻璃粉，和余量的黏土。将上述原料投入球磨机内，混合球磨至颗粒的细度为10 μm以下（95%以上的颗粒直径小于10μm），依次进行过筛、压滤、练泥、陈腐、成型，然后在1050~1180℃进行素烧，经抛光捡选后施熔块釉，所述熔块釉的组成为：22.5wt%的Al2O3、11.5wt%的BaO、13.0wt%的SrO、8.0 wt%的BeO、7.8 wt%的MgO、3.9wt%的B2O3、3.5wt%的K2O、1.8wt%的Na2O，和余量的SiO2；再在1100~1200℃釉烧，最后得到本实施例的高性能陶器。
实施例3
按坯料配方称取各种原料：23wt%的石英粉、11wt%的长石粉、9wt%的莫来石粉、2wt%的碱性硅酸盐玻璃粉，和余量的黏土。将上述原料投入球磨机内，混合球磨至颗粒的细度为10 μm以下（95%以上的颗粒直径小于10μm），依次进行过筛、压滤、练泥、陈腐、成型，然后在1050~1180℃进行素烧，经抛光捡选后施熔块釉，所述熔块釉的组成为：22.5wt%的Al2O3、11.5wt%的BaO、13.0wt%的SrO、8.0 wt%的BeO、7.8 wt%的MgO、3.9wt%的B2O3、3.5wt%的K2O、1.8wt%的Na2O，和余量的SiO2；再在1100~1200℃釉烧，最后得到本实施例的高性能陶器。
实施例4
按坯料配方称取各种原料：22wt%的石英粉、12wt%的长石粉、9wt%的莫来石粉、2wt%的碱性硅酸盐玻璃粉，和余量的黏土。将上述原料投入球磨机内，混合球磨至颗粒的细度为10 μm以下（95%以上的颗粒直径小于10μm），依次进行过筛、压滤、练泥、陈腐、成型，然后在1050~1180℃进行素烧，经抛光捡选后施熔块釉，所述熔块釉的组成为：22.5wt%的Al2O3、11.5wt%的BaO、13.0wt%的SrO、8.0 wt%的BeO、7.8 wt%的MgO、3.9wt%的B2O3、3.5wt%的K2O、1.8wt%的Na2O，和余量的SiO2；再在1100~1200℃釉烧，最后得到本实施例的高性能陶器。
实施例5
按坯料配方称取各种原料：20wt%的石英粉、12wt%的长石粉、10wt%的莫来石粉、3wt%的碱性硅酸盐玻璃粉，和余量的黏土。将上述原料投入球磨机内，混合球磨至颗粒的细度为10 μm以下（95%以上的颗粒直径小于10μm），依次进行过筛、压滤、练泥、陈腐、成型，然后在1050~1180℃进行素烧，经抛光捡选后施熔块釉，所述熔块釉的组成为：23.2wt%的Al2O3、10.8wt%的BaO、12.1wt%的SrO、7.5 wt%的BeO、8.5 wt%的MgO、3.9wt%的B2O3、3.1wt%的K2O、2.1wt%的Na2O，和余量的SiO2；再在1100~1200℃釉烧，最后得到本实施例的高性能陶器。
实施例6
按坯料配方称取各种原料：25wt%的石英粉、10wt%的长石粉、8wt%的莫来石粉、3wt%的碱性硅酸盐玻璃粉，和余量的黏土。将上述原料投入球磨机内，混合球磨至颗粒的细度为10 μm以下（95%以上的颗粒直径小于10μm），依次进行过筛、压滤、练泥、陈腐、成型，然后在1050~1180℃进行素烧，经抛光捡选后施熔块釉，所述熔块釉的组成为：23.2wt%的Al2O3、10.8wt%的BaO、12.1wt%的SrO、7.5 wt%的BeO、8.5 wt%的MgO、3.9wt%的B2O3、3.1wt%的K2O、2.1wt%的Na2O，和余量的SiO2；再在1100~1200℃釉烧，最后得到本实施例的高性能陶器。
实施例7
按坯料配方称取各种原料：23wt%的石英粉、11wt%的长石粉、9wt%的莫来石粉、2wt%的碱性硅酸盐玻璃粉，和余量的黏土。将上述原料投入球磨机内，混合球磨至颗粒的细度为10 μm以下（95%以上的颗粒直径小于10μm），依次进行过筛、压滤、练泥、陈腐、成型，然后在1050~1180℃进行素烧，经抛光捡选后施熔块釉，所述熔块釉的组成为：23.0wt%的Al2O3、11.2wt%的BaO、12.5wt%的SrO、7.8 wt%的BeO、8.0 wt%的MgO、3.5wt%的B2O3、3.2wt%的K2O、1.9wt%的Na2O，和余量的SiO2；再在1100~1200℃釉烧，最后得到本实施例的高性能陶器。
实施例8
按坯料配方称取各种原料：22wt%的石英粉、12wt%的长石粉、9wt%的莫来石粉、2wt%的碱性硅酸盐玻璃粉，和余量的黏土。将上述原料投入球磨机内，混合球磨至颗粒的细度为10 μm以下（95%以上的颗粒直径小于10μm），依次进行过筛、压滤、练泥、陈腐、成型，然后在1050~1180℃进行素烧，经抛光捡选后施熔块釉，所述熔块釉的组成为：23.0wt%的Al2O3、11.2wt%的BaO、12.5wt%的SrO、7.8 wt%的BeO、8.0 wt%的MgO、3.5wt%的B2O3、3.2wt%的K2O、1.9wt%的Na2O，和余量的SiO2；再在1100~1200℃釉烧，最后得到本实施例的高性能陶器。
比较例1
按坯料配方称取各种原料：23wt%的石英粉、11wt%的长石粉、9wt%的莫来石粉、和余量的黏土。将上述原料投入球磨机内，混合球磨至颗粒的细度为10 μm以下（95%以上的颗粒直径小于10μm），依次进行过筛、压滤、练泥、陈腐、成型，然后在1050~1180℃进行素烧，经抛光捡选后施熔块釉，所述熔块釉的组成为：22.5wt%的Al2O3、11.5wt%的BaO、13.0wt%的SrO、8.0 wt%的BeO、7.8 wt%的MgO、3.9wt%的B2O3、3.5wt%的K2O、1.8wt%的Na2O，和余量的SiO2；再在1100~1200℃釉烧，最后得到本比较例的陶器。
比较例2
按坯料配方称取各种原料：23wt%的石英粉、11wt%的长石粉、2wt%的碱性硅酸盐玻璃粉，和余量的黏土。将上述原料投入球磨机内，混合球磨至颗粒的细度为10 μm以下（95%以上的颗粒直径小于10μm），依次进行过筛、压滤、练泥、陈腐、成型，然后在1050~1180℃进行素烧，经抛光捡选后施熔块釉，所述熔块釉的组成为：22.5wt%的Al2O3、11.5wt%的BaO、13.0wt%的SrO、8.0 wt%的BeO、7.8 wt%的MgO、3.9wt%的B2O3、3.5wt%的K2O、1.8wt%的Na2O，和余量的SiO2；再在1100~1200℃釉烧，最后得到本比较例的高性能陶器。
比较例3
按坯料配方称取各种原料：23wt%的石英粉、11wt%的长石粉、9wt%的莫来石粉、2wt%的碱性硅酸盐玻璃粉，和余量的黏土。将上述原料投入球磨机内，混合球磨至颗粒的细度为10 μm以下（95%以上的颗粒直径小于10μm），依次进行过筛、压滤、练泥、陈腐、成型，然后在1050~1180℃进行素烧，经抛光捡选后施熔块釉，所述熔块釉的组成为：22.5wt%的Al2O3、11.5wt%的BaO、13.0wt%的SrO、8.0 wt%的BeO、3.9wt%的B2O3、3.5wt%的K2O、1.8wt%的Na2O，和余量的SiO2；再在1100~1200℃釉烧，最后得到本比较例的陶器。
比较例4
按坯料配方称取各种原料：23wt%的石英粉、11wt%的长石粉、9wt%的莫来石粉、2wt%的碱性硅酸盐玻璃粉，和余量的黏土。将上述原料投入球磨机内，混合球磨至颗粒的细度为10 μm以下（95%以上的颗粒直径小于10μm），依次进行过筛、压滤、练泥、陈腐、成型，然后在1050~1180℃进行素烧，经抛光捡选后施熔块釉，所述熔块釉的组成为：22.5wt%的Al2O3、11.5wt%的BaO、13.0wt%的SrO、7.8 wt%的MgO、3.9wt%的B2O3、3.5wt%的K2O、1.8wt%的Na2O，和余量的SiO2；再在1100~1200℃釉烧，最后得到本比较例的陶器。
比较例5
按坯料配方称取各种原料：23wt%的石英粉、11wt%的长石粉、9wt%的莫来石粉、2wt%的碱性硅酸盐玻璃粉，和余量的黏土；在本比较例中，碱性硅酸盐玻璃粉的化学组成包括： 12.5wt%的Na2O、1.8wt%的B2O3、3.7wt%的K2O、5.1 wt%的MgO、0.2wt%的CaO，和余量的SiO2。将上述原料投入球磨机内，混合球磨至颗粒的细度为10 μm以下（95%以上的颗粒直径小于10μm），依次进行过筛、压滤、练泥、陈腐、成型，然后在1050~1180℃进行素烧，经抛光捡选后施熔块釉，所述熔块釉的组成为：22.5wt%的Al2O3、11.5wt%的BaO、13.0wt%的SrO、8.0wt%的BeO、7.8 wt%的MgO、3.9wt%的B2O3、3.5wt%的K2O、1.8wt%的Na2O，和余量的SiO2；再在1100~1200℃釉烧，最后得到本比较例的陶器。
比较例6
按坯料配方称取各种原料：23wt%的石英粉、11wt%的长石粉、9wt%的莫来石粉、2wt%的碱性硅酸盐玻璃粉，和余量的黏土；在本比较例中，碱性硅酸盐玻璃粉的化学组成包括： 12.5wt%的Na2O、10.8wt%的Al2O3、1.8wt%的B2O3、3.7wt%的K2O、5.1 wt%的MgO、0.2wt%的CaO，和余量的SiO2。将上述原料投入球磨机内，混合球磨至颗粒的细度为10 μm以下（95%以上的颗粒直径小于10μm），依次进行过筛、压滤、练泥、陈腐、成型，然后在1050~1180℃进行素烧，经抛光捡选后施熔块釉，所述熔块釉的组成为：22.5wt%的Al2O3、11.5wt%的BaO、13.0wt%的SrO、8.0 wt%的BeO、7.8 wt%的MgO、3.9wt%的B2O3、3.5wt%的K2O、1.8wt%的Na2O，和余量的SiO2；再在1100~1200℃釉烧，最后得到本比较例的陶器。
上述实施例以及比较例得到的陶器产品的性能分别如表1和表2所示。
表1
表2
其中，所述的耐急冷急热性是指在20~150℃进行热交换，直到釉面出现裂纹的次数。
对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高性能陶器，包括素坯和涂布于所述素坯外表面的釉，其特征在于：所述素坯的原料为 20~25wt%的石英粉、10~12wt%的长石粉、8~10wt%的莫来石粉、1~3wt%的碱性硅酸盐玻璃粉，和余量的黏土，所述碱性硅酸盐玻璃粉的化学组成包括：10.0~13.5wt%的Na2O、7.2~12.0wt%的Al2O3、1.2~3.0wt%的B2O3、3.0~5.0wt%的K2O、3.2~5.6 wt%的MgO、0~1.0wt%的CaO，和余量的SiO2；釉的化学组成为：22.5~23.2wt%的Al2O3、10.8~11.5wt%的BaO、12.1~13.0wt%的SrO、7.5~8.0 wt%的BeO、7.8~8.5 wt%的MgO、3.2~3.9wt%的B2O3、3.1~3.5wt%的K2O、1.8~2.1wt%的Na2O，和余量的SiO2；所述陶器经过二次烧成工艺制备得到，并且素烧的烧成温度为1050~1180℃，釉烧的烧成温度为1100~1200℃。
2.根据权利要求1所述的高性能陶器，其特征在于：所述黏土的化学成分包括53.0~62.0wt%的SiO2、22.3~26.2wt%的Al2O3、2.5~3.6wt%的Fe2O3、0.75~1.02wt%的CaO、0.30~0.66wt%的MgO、0~1.5wt%的TiO2，其中K2O+Na2O≤2.0wt%。
3.根据权利要求1所述的高性能陶器，其特征在于：所述长石粉的化学成分包括：65.0~68.0wt%的SiO2、15.2~18.0wt%的Al2O3、1.5~3.5wt%的Fe2O3、10.2~12.0wt%的K2O、3.2~6.0wt%的Na2O。
4.根据权利要求1所述的高性能陶器，其特征在于：所述莫来石粉的化学组成包括：70.0~77.0wt%的Al2O3、22.0~29.0wt%的SiO2、TiO2≤0.5wt%、Fe2O3≤0.3wt%、K2O+Na2O≤0.5wt%。
5.根据权利要求1所述的高性能陶器，其特征在于：所述石英粉的化学组成包括：90.0~99.0wt%的SiO2。
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