CN106866107A - 一种耐高温陶瓷制品及其制作工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种耐高温陶瓷制品及其制作工艺，涉及陶瓷技术领域，所述耐高温陶瓷制品包括200‑350重量份的坯料、50‑100重量份的釉料和20‑40重量份的助剂；本发明的耐高温陶瓷制品从原料组成到制作工艺均进行严格把关，原料上采用坯料、釉料以及助剂进行合理配制，使烧制得到陶瓷制品具有优良的耐高温性能和化学稳定性，且得到的陶瓷制品的硬度和韧性均较佳；制作工艺上，采用一次烧成的方式进行陶瓷的煅烧，提高铲片强度，降低成本，另外，采用逐渐升温、分段烧制的方法进行煅烧，避免陶瓷水分急剧丢失而产生开裂和不平整，大大提高成品合格率，值得在市场上推广。

Description

一种耐高温陶瓷制品及其制作工艺
【技术领域】
本发明涉及陶瓷技术领域，具体涉及一种耐高温陶瓷制品及其制作工艺。
【背景技术】
中国是世界上最早应用陶瓷的国家之一，陶瓷因其质地坚硬、细密、耐高温、釉色丰富等特点，广泛应用于食器、装饰、科学等领域。陶瓷是陶器和瓷器的统称，陶瓷材料大多是氧化物、氮化物、硼化物和碳化物等，常见的陶瓷材料有粘土、氧化铝、高岭土等，陶瓷制品的种类繁多，主要分为日用陶瓷、建筑陶瓷、洁具陶瓷及特种陶瓷等，一般根据陶瓷种类的不同，而选择不同的原料组成来进行烧制，由于陶瓷制品在配料上的不足，虽然其具有硬度高的优点，但是其韧性较差、耐高温性有待提高。
目前现有的耐高温、性能优异的陶瓷制品的生产成本均较高，其普及受到了限制，因此，对陶瓷原料合理匹配，对制作工艺进行严格把控，而得到一种耐高温、性能优越的陶瓷制品就显得尤为重要。
【发明内容】
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种耐高温陶瓷制品及其制作工艺，从原料组成到制作工艺均进行严格把关，原料上采用坯料、釉料以及助剂进行合理配制，使烧制得到陶瓷制品具有优良的耐高温性能和化学稳定性，且得到的陶瓷制品的硬度和韧性均较佳；制作工艺上，采用一次烧成的方式进行陶瓷的煅烧，提高铲片强度，降低成本，另外，采用逐渐升温、分段烧制的方法进行煅烧，避免陶瓷水分急剧丢失而产生开裂和不平整，大大提高成品合格率，值得在市场上推广。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种耐高温陶瓷制品，所述耐高温陶瓷制品包括200-350重量份的坯料、50-100重量份的釉料和20-40重量份的助剂；
所述坯料由以下重量份的原料组成：高岭土20-35份、石英15-20份、蛋白石10-15份、长石10-15份、锆英石8-12份、草木灰10-20份和氧化镁5-8份；
所述釉料由以下重量份的原料组成：二氧化硅30-45份、氧化铝20-35份、碳酸钠5-10份、碳化硅5-10份、二氧化钛5-10份、氧化镁1-5份和氧化锌1-5份；
所述助剂由以下重量份的原料组成：硬脂酸10-15份、乙醇80-120份、纳米硅胶10-15份、滑石粉10-20份、丁苯橡胶5-15份、热塑性聚酯弹体性5-10份和聚氧化乙烯4-7份。
进一步地，所述耐高温陶瓷制品包括280重量份的坯料、70重量份的釉料和30重量份的助剂；
所述坯料由以下重量份的原料组成：高岭土28份、石英18份、蛋白石12份、长石12份、锆英石10份、草木灰15份和氧化镁6份；
所述釉料由以下重量份的原料组成：二氧化硅38份、氧化铝28份、碳酸钠7份、碳化硅7份、二氧化钛7份、氧化镁3份和氧化锌3份；
所述助剂由以下重量份的原料组成：硬脂酸12份、乙醇100份、纳米硅胶12份、滑石粉15份、丁苯橡胶10份、热塑性聚酯弹体性7份和聚氧化乙烯6份。
进一步地，所述草木灰是将秸秆通过1000-1300℃的高温煅烧后通过800-1000目标准筛后得到的粉末状原料。
进一步地，所述坯料是通过以下方法得到的：
①按所述重量份称取高岭土、石英、蛋白石、长石、锆英石、草木灰和氧化镁7种原料混合，得混合料A备用；
②将混合料A与水按照1：0.7重量比混合放入球磨机球磨28-32小时，放浆，将所得浆料通过180目标准筛，得到混合料B备用；
③将混合料B压滤脱水制成含水率为21-25％的泥饼，即可得到所述坯料。
进一步地，所述釉料是通过以下方法得到的：按重量份数称取二氧化硅30-45份、氧化铝20-35份、碳酸钠5-10份、碳化硅5-10份、二氧化钛5-10份、氧化镁1-5份和氧化锌1-5份，将上述原料进行粉碎过筛，即可得到所述釉料。
进一步地，所述助剂是通过以下方法得到的：a.先将硬脂酸加入乙醇中，充分混合后加热至沸腾状态回流处理10min；b.加入丁苯橡胶，继续回流处理10min；c.然后加入热塑性聚酯弹体性、聚氧化乙烯、滑石粉和纳米硅胶，充分混合后于微波频率2450MHz、功率800W下微波处理10min；d.最后经真空干燥后将所得固体粉碎成粉末，得到所述助剂。
本发明还提供上述一种耐高温陶瓷制品的制作工艺，包括如下步骤：
1)制作泥料：将坯料粉碎，研磨至过800-850目筛，再与助剂混合均匀后，加入坯料与助剂总质量10-12％的水，混合搅拌均匀，得到泥料备用；
2)制作陶瓷坯：将泥料送入模具机，压制成型，再移入温度105-115℃、湿度55-65％的环境下，进行鼓风干燥12-24小时，得到陶瓷坯，备用；
3)制作施釉料：将釉料与其总质量60-80％的水一起送入球磨机中，球磨12-24小时后，搅拌2-3min，然后利用目数为90-110目的筛网进行过滤，得到施釉料备用；
4)陶瓷坯浸没：将所述陶瓷坯在步骤3)所得的施釉料中浸没8-10s，然后于15-25℃下放置12-18min；
5)煅烧、成型：将经过步骤4)浸没后的陶瓷坯送入煅烧窑中，先以70℃/h的速率升温，然后于350-450℃下保持40-60min，接着以100℃/h的速率升温，并于1250-1350℃下保持2-3个小时，最后随炉冷却，即可得到所述耐高温陶瓷制品。
本发明在坯料的原料中添加草木灰，草木灰是由农作物秸秆通过1000-1300℃的高温煅烧后通过800-1000目标准筛后得到的粉末状原料，一般农作物秸秆都是被作为燃料使用而燃烧后的废弃物使用范围也是比较狭窄的或是被抛弃，本发明通过利用秸秆作为燃料之后的废弃物用于附加值较高的陶瓷生产，保持了生态平衡达到了绿色环保的目的，大大节约了陶瓷的制作成本。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、在原料组成上，本发明的耐高温陶瓷制品由坯料、釉料以及助剂组成，组成本发明的耐高温陶瓷制品中坯料的原料中，高岭土为基础原料，是一种可塑性原料，在陶瓷的生产中主要起塑化和结合作用，它赋予坯料可塑性能和注浆成型性能，保证干坯强度及烧后的各种使用性能如机械强度、热稳定性、化学稳定性等，它们是成形能够进行的基础，也是黏土制陶瓷的成瓷基础；石英、蛋白石为瘠性原料，在陶瓷的生产中起减黏作用，可降低坯料的粘性；长石为溶剂型原料，在陶瓷的生产中起助熔作用；锆英石为功能性原料，能增加陶瓷的耐高温性能；该坯料中各原料在相互协同作用下，制成均匀性好和结构强度大的陶瓷坯，并且可增强素坯烧结后的力学性能，从而提高陶瓷制品的质量；釉料能使陶瓷器增加机械强度、热稳定性、介电强度和防止液体、气体的侵蚀，组成本发明的耐高温陶瓷制品的釉料由化合物组成，这是因为釉料要求化学成分更纯，杂质含量更少，以保证制品的色彩、光泽、强度、热稳定性和化学稳定性等，其中，二氧化钛、碳化硅结合，提高本发明陶瓷制品的耐高温能力；助剂能起到增塑的效果，增塑助剂的加入能有效减少坯料的内应力，提高坯料弹性，从而避免坯料出现开裂现象；上述坯料、釉料以及助剂的共同配合，合理配合，使烧制得到陶瓷制品具有优良的耐高温性能和化学稳定性，且得到的陶瓷制品的硬度和韧性均较佳，不易碎，使用寿命长，环保卫生。
2、在制作工艺上，本发明的耐高温陶瓷制品将坯料混合助剂制作陶瓷坯，然后采用一次烧成的方法进行施釉，一次烧成非常有利于高附加值的产品，在一次烧成工艺中，釉料与陶瓷坯同时成熟，坯与釉的中间层的形成常常能够增加产品的强度，陶瓷坯的完全玻化亦很明显，有利于提高陶瓷制品的强度，且大幅度降低了产品成本，同时有利于环境保护。
综上所述，本发明的耐高温陶瓷制品从原料组成到制作工艺均进行严格把关，原料上采用坯料、釉料以及助剂进行合理配制，使烧制得到陶瓷制品具有优良的耐高温性能和化学稳定性，且得到的陶瓷制品的硬度和韧性均较佳；制作工艺上，采用一次烧成的方式进行陶瓷的煅烧，提高铲片强度，降低成本，另外，采用逐渐升温、分段烧制的方法进行煅烧，避免陶瓷水分急剧丢失而产生开裂和不平整，大大提高成品合格率，值得在市场上推广。
【具体实施方式】
下面的实施例可以帮助本领域的技术人员更全面地理解本发明，但不可以以任何方式限制本发明。
实施例1
本实施例所提供的一种耐高温陶瓷制品包括200重量份的坯料、50重量份的釉料和20重量份的助剂；其中，坯料由以下重量份的原料组成：高岭土20份、石英15份、蛋白石10份、长石10份、锆英石8份、草木灰10份和氧化镁5份；草木灰是将秸秆通过1000℃的高温煅烧后通过800目标准筛后得到的粉末状原料；釉料由以下重量份的原料组成：二氧化硅30份、氧化铝20份、碳酸钠5份、碳化硅5份、二氧化钛5份、氧化镁1份和氧化锌1份；助剂由以下重量份的原料组成：硬脂酸10份、乙醇80份、纳米硅胶10份、滑石粉10份、丁苯橡胶5份、热塑性聚酯弹体性5份和聚氧化乙烯4份。
上述耐高温陶瓷制品的制作工艺包括如下步骤：
(一)制作坯料
①按所述重量份称取高岭土、石英、蛋白石、长石、锆英石、草木灰和氧化镁7种原料混合，得混合料A备用；
②将混合料A与水按照1：0.7重量比混合放入球磨机球磨28小时，放浆，将所得浆料通过180目标准筛，得到混合料B备用；
③将混合料B压滤脱水制成含水率为21％的泥饼，即可得到所述坯料。
(二)制作釉料
按重量份数称取二氧化硅30份、氧化铝20份、碳酸钠5份、碳化硅5份、二氧化钛5份、氧化镁1份和氧化锌1份，将上述原料进行粉碎过筛，即可得到所述釉料。
(三)制作助剂
a.先将硬脂酸加入乙醇中，充分混合后加热至沸腾状态回流处理10min；
b.加入丁苯橡胶，继续回流处理10min；
c.然后加入热塑性聚酯弹体性、聚氧化乙烯、滑石粉和纳米硅胶，充分混合后于微波频率2450MHz、功率800W下微波处理10min；d.最后经真空干燥后将所得固体粉碎成粉末，得到所述助剂。
(四)制作耐高温陶瓷制品
1)制作泥料：将坯料粉碎，研磨至过800目筛，再与助剂混合均匀后，加入坯料与助剂总质量10％的水，混合搅拌均匀，得到泥料备用；
2)制作陶瓷坯：将泥料送入模具机，压制成型，再移入温度105℃、湿度55％的环境下，进行鼓风干燥12小时，得到陶瓷坯，备用；
3)制作施釉料：将釉料与其总质量60％的水一起送入球磨机中，球磨12小时后，搅拌2min，然后利用目数为90目的筛网进行过滤，得到施釉料备用；
4)陶瓷坯浸没：将所述陶瓷坯在步骤3)所得的施釉料中浸没8s，然后于15℃下放置12min；
5)煅烧、成型：将经过步骤4)浸没后的陶瓷坯送入煅烧窑中，先以70℃/h的速率升温，然后于350℃下保持40min，接着以100℃/h的速率升温，并于1250℃下保持2个小时，最后随炉冷却，即可得到所述耐高温陶瓷制品。
实施例2
本实施例所提供的一种耐高温陶瓷制品包括280重量份的坯料、70重量份的釉料和30重量份的助剂；其中，坯料由以下重量份的原料组成：高岭土28份、石英18份、蛋白石12份、长石12份、锆英石10份、草木灰15份和氧化镁6份；草木灰是将秸秆通过1200℃的高温煅烧后通过900目标准筛后得到的粉末状原料；釉料由以下重量份的原料组成：二氧化硅38份、氧化铝28份、碳酸钠7份、碳化硅7份、二氧化钛7份、氧化镁3份和氧化锌3份；助剂由以下重量份的原料组成：硬脂酸12份、乙醇100份、纳米硅胶12份、滑石粉15份、丁苯橡胶10份、热塑性聚酯弹体性7份和聚氧化乙烯6份。
上述耐高温陶瓷制品的制作工艺包括如下步骤：
(一)制作坯料
①按所述重量份称取高岭土、石英、蛋白石、长石、锆英石、草木灰和氧化镁7种原料混合，得混合料A备用；
②将混合料A与水按照1：0.7重量比混合放入球磨机球磨30小时，放浆，将所得浆料通过180目标准筛，得到混合料B备用；
③将混合料B压滤脱水制成含水率为23％的泥饼，即可得到所述坯料。
(二)制作釉料
按重量份数称取二氧化硅38份、氧化铝28份、碳酸钠7份、碳化硅7份、二氧化钛7份、氧化镁3份和氧化锌3份，将上述原料进行粉碎过筛，即可得到所述釉料。
(三)制作助剂
a.先将硬脂酸加入乙醇中，充分混合后加热至沸腾状态回流处理10min；
b.加入丁苯橡胶，继续回流处理10min；
c.然后加入热塑性聚酯弹体性、聚氧化乙烯、滑石粉和纳米硅胶，充分混合后于微波频率2450MHz、功率800W下微波处理10min；d.最后经真空干燥后将所得固体粉碎成粉末，得到所述助剂。
(四)制作耐高温陶瓷制品
1)制作泥料：将坯料粉碎，研磨至过830目筛，再与助剂混合均匀后，加入坯料与助剂总质量11％的水，混合搅拌均匀，得到泥料备用；
2)制作陶瓷坯：将泥料送入模具机，压制成型，再移入温度110℃、湿度60％的环境下，进行鼓风干燥18小时，得到陶瓷坯，备用；
3)制作施釉料：将釉料与其总质量70％的水一起送入球磨机中，球磨18小时后，搅拌2.5min，然后利用目数为100目的筛网进行过滤，得到施釉料备用；
4)陶瓷坯浸没：将所述陶瓷坯在步骤3)所得的施釉料中浸没9s，然后于20℃下放置15min；
5)煅烧、成型：将经过步骤4)浸没后的陶瓷坯送入煅烧窑中，先以70℃/h的速率升温，然后于400℃下保持50min，接着以100℃/h的速率升温，并于1300℃下保持2.5个小时，最后随炉冷却，即可得到所述耐高温陶瓷制品。
实施例3
本实施例所提供的一种耐高温陶瓷制品包括350重量份的坯料、100重量份的釉料和40重量份的助剂；其中，坯料由以下重量份的原料组成：高岭土35份、石英20份、蛋白石15份、长石15份、锆英石12份、草木灰20份和氧化镁8份；草木灰是将秸秆通过1300℃的高温煅烧后通过1000目标准筛后得到的粉末状原料；釉料由以下重量份的原料组成：二氧化硅45份、氧化铝35份、碳酸钠10份、碳化硅10份、二氧化钛10份、氧化镁5份和氧化锌5份；助剂由以下重量份的原料组成：硬脂酸15份、乙醇120份、纳米硅胶15份、滑石粉20份、丁苯橡胶15份、热塑性聚酯弹体性10份和聚氧化乙烯7份。
上述耐高温陶瓷制品的制作工艺包括如下步骤：
(一)制作坯料
①按所述重量份称取高岭土、石英、蛋白石、长石、锆英石、草木灰和氧化镁7种原料混合，得混合料A备用；
②将混合料A与水按照1：0.7重量比混合放入球磨机球磨32小时，放浆，将所得浆料通过180目标准筛，得到混合料B备用；
③将混合料B压滤脱水制成含水率为25％的泥饼，即可得到所述坯料。
(二)制作釉料
按重量份数称取二氧化硅45份、氧化铝35份、碳酸钠10份、碳化硅10份、二氧化钛10份、氧化镁5份和氧化锌5份，将上述原料进行粉碎过筛，即可得到所述釉料。
(三)制作助剂
a.先将硬脂酸加入乙醇中，充分混合后加热至沸腾状态回流处理10min；
b.加入丁苯橡胶，继续回流处理10min；
c.然后加入热塑性聚酯弹体性、聚氧化乙烯、滑石粉和纳米硅胶，充分混合后于微波频率2450MHz、功率800W下微波处理10min；d.最后经真空干燥后将所得固体粉碎成粉末，得到所述助剂。
(四)制作耐高温陶瓷制品
1)制作泥料：将坯料粉碎，研磨至过850目筛，再与助剂混合均匀后，加入坯料与助剂总质量12％的水，混合搅拌均匀，得到泥料备用；
2)制作陶瓷坯：将泥料送入模具机，压制成型，再移入温度115℃、湿度65％的环境下，进行鼓风干燥24小时，得到陶瓷坯，备用；
3)制作施釉料：将釉料与其总质量80％的水一起送入球磨机中，球磨24小时后，搅拌3min，然后利用目数为110目的筛网进行过滤，得到施釉料备用；
4)陶瓷坯浸没：将所述陶瓷坯在步骤3)所得的施釉料中浸没10s，然后于25℃下放置18min；
5)煅烧、成型：将经过步骤4)浸没后的陶瓷坯送入煅烧窑中，先以70℃/h的速率升温，然后于450℃下保持60min，接着以100℃/h的速率升温，并于1350℃下保持3个小时，最后随炉冷却，即可得到所述耐高温陶瓷制品。
性能测试
为了更清楚的说明本发明的特色，分以下4组进行对比实验：
第一组：实施例1所述的耐高温陶瓷制品；
第二组：实施例2所述的耐高温陶瓷制品；
第三组：实施例3所述的耐高温陶瓷制品；
第四组：不区分坯料、釉料和助剂，陶瓷制品的原料改为：53％高岭土、22％石英、13％长石、6％氧化铝、3％氧化镁和3％氮化硅，在制作工艺中去掉坯料、釉料和助剂的生产步骤，其他方式按照实施例2进行。
按照第一组至第四组烧制的陶瓷制品的抗折强度分别为25.6MPa、26.9MPa、25.8MPa、19.7MPa，此外，将第一组至第三组烧制的陶瓷制品于200℃高温下恒温保持2h后，立刻将陶瓷制品放入到冷水中，陶瓷制品表面和内部横断面均无明显变化，未出现裂纹，第四组烧制的陶瓷制品则在制品表面出现多处裂纹。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种耐高温陶瓷制品，其特征在于，所述耐高温陶瓷制品包括200-350重量份的坯料、50-100重量份的釉料和20-40重量份的助剂；
所述坯料由以下重量份的原料组成：高岭土20-35份、石英15-20份、蛋白石10-15份、长石10-15份、锆英石8-12份、草木灰10-20份和氧化镁5-8份；
所述釉料由以下重量份的原料组成：二氧化硅30-45份、氧化铝20-35份、碳酸钠5-10份、碳化硅5-10份、二氧化钛5-10份、氧化镁1-5份和氧化锌1-5份；
所述助剂由以下重量份的原料组成：硬脂酸10-15份、乙醇80-120份、纳米硅胶10-15份、滑石粉10-20份、丁苯橡胶5-15份、热塑性聚酯弹体性5-10份和聚氧化乙烯4-7份。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温陶瓷制品，其特征在于，所述耐高温陶瓷制品包括280重量份的坯料、70重量份的釉料和30重量份的助剂；
所述坯料由以下重量份的原料组成：高岭土28份、石英18份、蛋白石12份、长石12份、锆英石10份、草木灰15份和氧化镁6份；
所述釉料由以下重量份的原料组成：二氧化硅38份、氧化铝28份、碳酸钠7份、碳化硅7份、二氧化钛7份、氧化镁3份和氧化锌3份；
所述助剂由以下重量份的原料组成：硬脂酸12份、乙醇100份、纳米硅胶12份、滑石粉15份、丁苯橡胶10份、热塑性聚酯弹体性7份和聚氧化乙烯6份。
3.根据权利要求1所述的一种耐高温陶瓷制品，其特征在于，所述草木灰是将秸秆通过1000-1300℃的高温煅烧后通过800-1000目标准筛后得到的粉末状原料。
4.根据权利要求1所述的一种耐高温陶瓷制品，其特征在于，所述坯料是通过以下方法得到的：
①按所述重量份称取高岭土、石英、蛋白石、长石、锆英石、草木灰和氧化镁7种原料混合，得混合料A备用；
②将混合料A与水按照1：0.7重量比混合放入球磨机球磨28-32小时，放浆，将所得浆料通过180目标准筛，得到混合料B备用；
③将混合料B压滤脱水制成含水率为21-25％的泥饼，即可得到所述坯料。
5.根据权利要求1所述的一种耐高温陶瓷制品，其特征在于，所述釉料是通过以下方法得到的：按重量份数称取二氧化硅30-45份、氧化铝20-35份、碳酸钠5-10份、碳化硅5-10份、二氧化钛5-10份、氧化镁1-5份和氧化锌1-5份，将上述原料进行粉碎过筛，即可得到所述釉料。
6.根据权利要求1所述的一种耐高温陶瓷制品，其特征在于，所述助剂是通过以下方法得到的：a.先将硬脂酸加入乙醇中，充分混合后加热至沸腾状态回流处理10min；b.加入丁苯橡胶，继续回流处理10min；c.然后加入热塑性聚酯弹体性、聚氧化乙烯、滑石粉和纳米硅胶，充分混合后于微波频率2450MHz、功率800W下微波处理10min；d.最后经真空干燥后将所得固体粉碎成粉末，得到所述助剂。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种耐高温陶瓷制品的制作工艺，其特征在于，所述制作工艺包括如下步骤：
1)制作泥料：将坯料粉碎，研磨至过800-850目筛，再与助剂混合均匀后，加入坯料与助剂总质量10-12％的水，混合搅拌均匀，得到泥料备用；
2)制作陶瓷坯：将泥料送入模具机，压制成型，再移入温度105-115℃、湿度55-65％的环境下，进行鼓风干燥12-24小时，得到陶瓷坯，备用；
3)制作施釉料：将釉料与其总质量60-80％的水一起送入球磨机中，球磨12-24小时后，搅拌2-3min，然后利用目数为90-110目的筛网进行过滤，得到施釉料备用；
4)陶瓷坯浸没：将所述陶瓷坯在步骤3)所得的施釉料中浸没8-10s，然后于15-25℃下放置12-18min；
5)煅烧、成型：将经过步骤4)浸没后的陶瓷坯送入煅烧窑中，先以70℃/h的速率升温，然后于350-450℃下保持40-60min，接着以100℃/h的速率升温，并于1250-1350℃下保持2-3个小时，最后随炉冷却，即可得到所述耐高温陶瓷制品。
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