CN1069610C - 高强度高抗热震性陶瓷素坯的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种制备高强度、高抗热震性的陶瓷素坯的方法，包括以下步骤：把制备素坯的原料成型，所说的制备素坯的原料主要包括：通过烧成可以形成刚玉的天然矿物原料，或通过煅烧上述可形成刚玉的天然矿物原料所得的物料，通过烧成可以形成莫来石的天然矿物原料，或通过煅烧上述可形成莫来石的天然矿物原料所得的物料，粘土原料和熔剂，如长石、霞石或白云石；然后把成型后的制备素坯的原料烧成。与传统技术制备的素坯相比，这种方法可以生产成本低的，具有高强度、和优良的抗热震性的陶瓷素坯。

Description

高强度高抗热震性陶瓷素坯的制备方法
本发明涉及一种以低成本制造陶瓷素坯的方法，这种素坯具有高机械强度和高抗热震性。
已知用刚玉代替由石英、长石和粘土三组分系统组成的陶瓷素坯中的石英，可以得到具有高强度的陶瓷素坯。
通过用含有刚玉晶体的刚玉作氧化铝的原料，代替用作石英原料的石英或含有石英、长石和粘土的瓷石，可以使陶瓷素坯中存在的结晶态石英被刚玉代替。以制备素坯的原料总重量为基准，氧化铝的加入量一般在10～50wt％范围内。
石英/长石/粘土三组分陶瓷素坯包括分散在玻璃基体中的石英和莫来石，其中的玻璃基体主要由SiO2组成。
另一方面，作为改进素坯强度的传统技术，如上面所讨论的，使用含有刚玉晶体的氧化铝原料代替用作石英原料的石英或含有石英、长石和粘土的瓷石，可以生产含有刚玉、石英和莫来石颗粒为晶相的陶瓷素坯，并且通过氧化铝颗粒的加入，提高了强度。由于其质量和稳定的来源，这里所用的一种氧化铝源是含有刚玉晶体的氧化铝，在工业上一般通过Bayer法生产。此外，也已经使用了熔融法生产的氧化铝。
与陶瓷素坯中常用的原料相比，这些用于传统技术中的氧化铝原料是相当昂贵的，因此所得的素坯也是昂贵的。这大大地限制了它的应用，目前这样的素坯仅用于某些高级餐具瓷和某些工业瓷中。
此外，用上述的传统技术生产的高强度陶瓷素坯存在着抗热震性低的问题。
石英/长石/粘土三组分陶瓷素坯具有非常优良的抗热震性。因此，可以用这种素坯生产大尺寸的陶瓷制品，如卫生瓷，甚至在通过烧成后的冷却过程遇到热冲击也不会产生任何裂纹。此外，这种素坯可以用于生产要求高抗热震性的洗面具等卫生陶瓷。
由于在这种素坯中存在的微裂纹的影响，这种素坯具有优良的抗热震性，据推测定微裂纹、石英颗粒和抗热震性之间具有下列关系。
如上已经讨论的，石英/长石/粘土三组分陶瓷素坯具有包括分散在玻璃基质中的石英和莫来石颗粒的组织。石英的热膨胀系数明显大于玻璃基质的热膨胀系数，因此，由于烧成后的冷却过程中观察到的这些组分的体积变化的差值所产生的应力，在石英颗粒和玻璃基质的界面上形成微裂纹。用SEM(扫描电子显微镜)可以观察到这一现象。此外，这样形成的微裂纹的量与石英颗粒的量成正比。这样的微裂纹的存在可以吸收由于热冲击产生的应力，因此防止了裂纹的扩展。所以，微裂纹的含量越高，素坯的抗热震性越高。
另一方面，用氧化铝代替石英作为素坯原料的传统技术制备的高强度陶瓷素坯在抗热震性方面低于石英/长石/粘土三组分陶瓷素坯。在这样的高强度陶瓷素坯中，几乎素坯中的所有石英颗粒被氧化铝颗粒取代。氧化铝颗粒的热膨胀系数约等于玻璃基质的热膨胀系数，所以在其界面上不能形成微裂纹。因此，减少了素坯中的微裂纹量，从而导致了抗热震性的降低。
用传统技术生产的高强度陶瓷素坯的这种低的抗热震性是其应用于大尺寸陶瓷制品和其他要求具有高抗热震性的陶瓷制品的一个障碍。
如上所讨论的，用传统技术生产的高强度陶瓷素坯存在下列两个主要问题。更具体地说，与石英/长石/粘土三组分陶瓷素坯相比，要求较高的成本，在抗热震性方面也低于后者。
因此，本发明的目的是解决上述的两个问题，更具体地说，提供一种以较低的成本制造具有优良的强度和抗热震性的陶瓷素坯的方法。
根据本发明的一个方面，提供一种制造陶瓷素坯的方法，包括下列步骤：把主要包括通过烧成可以形成刚玉的天然矿物原料或通过煅烧上述可形成刚玉的天然矿物原料而得到的物料、通过烧成可以形成莫来石的天然矿物原料或通过煅烧上述可形成莫来石的天然矿物原料而得到的物料、粘土质原料和熔剂的制备素坯的原料成型，然后把成型后的制备素坯的原料烧成。
根据本发明的另一方面，提供了一种制备陶瓷素坯的方法，包括下列步骤：把主要包括通过烧成可以形成刚玉和莫来石的天然矿物原料或通过煅烧上述可以形成刚玉和莫来石的天然矿物原料而得到的物料；粘土质物料和熔剂组成的制备素坯的原料成型，然后把成型后的制备素坯的原料烧成。
所说的熔剂优选的是选自由长石、霞石和白云石组成的组中。
图1表示根据本发明制备的一种卫生瓷(洗面具)的立面图和平面图。
图2表示根据本发明制备的一种卫生瓷(坐便器)的立面图和平面图。
用传统技术制备的陶瓷素坯，其中用氧化铝代替石英作为原料，通过增加替代石英的氧化铝的量或氧化铝的加入量可以改善其强度。但是，如果增大替代石英的氧化铝的量，由于石英颗粒产生的微裂纹的量减少，因此，损害了所得的素坯的抗热震性。在这样的条件下，一般建议保留适量的石英颗粒使得抗热震性不会损害太多。然而，如果保留石英颗粒及因此产生的微裂纹，所得的素坯具有低的强度。因此，象传统技术那样，仅通过控制石英颗粒的量和氧化铝的加入量来制备具有高强度和优良抗热震性的素坯是不可能的。如上所讨论的，上述的素坯的制备需要这样一种设计，即改善素坯的抗热震性而不降低其强度。
本发明的发明者已经进行了各种研究，注意到素坯中晶体颗粒之间的热膨胀系数的差异，提出了一种改善素坯的抗热震性而不降低其强度的方法。
素坯的抗热震性一般可以用下式表示：
ΔT∝σ(1-ν)κ/αE
其中，ΔT代表抗热震性，σ代表强度，ν代表泊松比，κ代表热导率；α代表热膨胀系数，E代表杨氏模量。该式表明如果降低热膨胀系数而保持其他物理性质不变，可以提高抗热震性。本发明者根据上述发现，研究了热膨胀系数小于氧化铝和石英颗粒的晶体颗粒，发现通过向素坯中加入莫来石颗粒可以改善素坯的抗热震性。莫来石的热膨胀系数为5.5×10-6℃，小于石英和氧化铝(刚玉)的热膨胀系数(分别为25×10-6℃和8×10-6℃)。
莫来石还存在于石英/长石/粘土三组分陶瓷素坯中，和石英组分被氧化铝代替的高强度陶瓷素坯中。其量在百分之几到十几的数量级上。但是，在这种情况下，莫来石不存在于用于素坯的原料中，而是在烧成过程中从素坯的玻璃相中的Al2O3和SiO2通过结晶而形成的。这样结晶的莫来石颗粒的颗粒尺寸约为1μm，通常为针状结晶。在素坯中均匀形成的莫来石量由素坯原料的组成和素坯烧成条件决定。
通过增加形成晶体颗粒的莫来石量可以改善素坯的抗热震性。所以，有可能通过增加用氧化铝代替石英的高强度陶瓷素坯中的莫来石量得到高强度、高抗热震性的陶瓷素坯。
有两种用于增加莫来石量的方法。一种方法是简单的，即用莫来石作为素坯原料。这是制备要求的素坯的最简单的方法。但是，如果用莫来石作为素坯原料，就必须使用人工制备的莫来石，因为莫来石不是天然出产的物质。所以，它比通常使用的素坯原料更贵，其使用导致了生产成本的提高。
另一种方法是控制素坯原料的组成在莫来石容易结晶的范围内。这种方法已经用来制备莫来石瓷，但是，在素坯原料和其烧成条件受到很大限制的时候，难以进一步增加莫来石量，使其超过目前达到的水平。
目前要解决的一个问题是研究一种制备高强度、高抗热震性的便宜的陶瓷素坯的方法。在这方面，有必要设计一种节约成本的方法，用于增加素坯中的莫来石量，或者用于用氧化铝(刚玉)代替素坯中存在的石英。
一种增加莫来石含量的方法是使用铝土页岩、铝矾土、红柱石、蓝晶石或硅线石等通过烧成形成莫来石的天然矿物原料，或者通过煅烧上述可形成莫来石的天然矿物原料所得到的物料，作为制备素坯的原料的配料。这种通过使用上述的天然矿物原料增加莫来石含量的方法，可以生产出具有改善了的抗热震性的便宜的陶瓷素坯。
用氧化铝(刚玉)代替素坯中存在的石英的另一种方法是，在用于制备陶瓷素坯的原料中，使用通过烧成可以形成刚玉的天然矿物原料，如铝土页岩或铝矾土，或者通过煅烧上述可形成刚玉的天然矿物原料所得的物料。这种利用上述的天然矿物原料，用氧化铝(刚玉)代替素坯中存在的石英的方法，可以生产出要求的产品，其成本低于使用提纯的氧化铝的传统方法生产的高强度陶瓷素坯。
此外，上述的两种方法同时使用，可以生产出比用氧化铝代替石英的传统技术生产的素坯更便宜的、具有优良抗热震性的高强度陶瓷素坯。
如果使用通过烧成同时形成刚玉和莫来石的铝土页岩或铝矾土等天然矿物原料，或者通过煅烧上述可同时形成刚玉和莫来石的天然矿物原料所得的物料，可以同时进行上述的两种方法。
以下将更详细地描述本发明。
用于生产根据本发明的方法制备的陶瓷素坯的原料如下：
1)至少一种选自由例如铝土页岩、铝矾土、白铝矾土和水铝石等通过烧成可以形成刚玉的天然矿物原料；和通过煅烧上述可以形成刚玉的天然矿物原料所得的物料组成的组中的物料，作为在素坯中形成刚玉的原料(以下称为刚玉源物料)；
2)至少一种选自由例如红柱石、蓝晶石、硅线石、铝土页岩、铝矾土和白铝矾土等通过烧成可以形成莫来石的天然矿物原料；和通过煅烧上述可以形成莫来石的天然矿物原料所得的原料组成的组中的物料，作为增加素坯中的莫来石含量的原料(以下称为莫来石源物料)；
3)粘土质原料，如球土、蛙目粘土、瓷土或含有高岭石、迪开石等粘土矿物的高岭土，作为可塑料；
4)至少一种含有碱金属或碱土金属氧化物的熔剂，如长石、霞石、白云石、方解石或菱镁矿；
5)含有石英的原料，如瓷石和硅砂；
6)至少一种选自由通过烧成可以同时形成刚玉和莫来石的天然矿物原料，如铝土页岩、铝矾土、白铝矾土和水铝石，和通过煅烧上述形成刚玉和莫来石的天然矿物原料所得的物料组成的组中的物料，作为形成刚玉和增加素坯中的莫来石含量的原料(以下称为刚玉-莫来石源物料)。
用上述的原料1)～4)和任选的原料5)作为主要成分。作为替换，也可能使用原料6)代替原料1)和2)。
几乎所有的用作刚玉、莫来石和刚玉-莫来石源物料的天然矿物原料在通过烧成形成刚玉和/或莫来石时，由于脱水和/或结晶转变会产生体积变化。
铝矾土是主要由三水铝石组成的矿物，通过烧成，三水铝石失去结晶水并转变成刚玉，这伴随着巨大的体积变化。
因此，如果用铝矾土作为原料，所得的制备素坯的原料不容易烧结，通常形成低强度的素坯。所以，如果用铝矾土作原料，优选的是提前煅烧。
另一方面，铝土页岩是主要由水铝石组成的矿物，和铝矾土一样，通过烧成，水铝石失去结晶水并转变为刚玉。
三水铝石是三水γ-Al2O3，而水铝石是一水α-Al2O3。所以铝土页岩在烧成时除去的水量较小。因此，铝土页岩可以作为原料并且可以提供优于用铝矾土得到的素坯。但是，铝土页岩的烧成伴随着轻微的体积变化，因此优选的是在用作原料之前煅烧铝土页岩。
如果提前煅烧铝矾土和铝土页岩，它们都在600～800℃的温度范围内进行脱水，并在该温度范围内产生最大的体积收缩。所以，优选的是在不低于800℃的温度下煅烧这两种原料，更优选的是在1000～1500℃的温度下煅烧。
通过烧成形成莫来石的天然矿物原料，如红柱石、蓝晶石和硅线石在1000～1500℃的温度范围内形成莫来石晶体，虽然该温度随矿物原料的种类不同略有变化。在这一步，它们产生微小的体积变化。因此，由于上面已经讨论的同样的原因，优选的是提前煅烧这些原料。
通过烧成形成刚玉的天然矿物原料，如铝土页岩和铝矾土，按照组成不同也可以形成莫来石。这是因为除了水铝石和三水铝石等主要组分以外，这些原料还含有玻璃态物质或主要由SiO2和Al2O3组成的矿物。因此，在烧成时从这些组分形成莫来石。这样的天然矿物原料的使用减少了莫来石源物料的使用。
此外，为了稳定素坯的物理性质和调整素坯的组成，可以使用提纯的氧化铝和/或提纯的莫来石作为部分制备素坯的原料。
上述原料用于形成氧化铝(刚玉)颗粒和/或莫来石颗粒，所以，原料的颗粒尺寸起着重要的作用。素坯的强度在很大程度上受素坯中存在的这些颗粒的尺寸影响。所以，如果它们可以均匀地分散在玻璃相中，颗粒尺寸越小，所得的素坯的强度越高。但是，如果颗粒尺寸太小，团聚的颗粒不能充分分散，其强度反而会降低。因此，为了进一步改善素坯的强度，这些原料的平均颗粒尺寸优选的是在1～50μm的范围内，更优选的是在1～20μm。
因此优选的是选择或建立每种制备素坯的原料的组成和组分比，使得所说的素坯具有下列的结构和组成：
①以所说的素坯的总重量为基准，用本发明的方法制备的陶瓷素坯含有15～70％的晶体颗粒，和30～85％的主要包括SiO2的玻璃基质。
②以所说的素坯的总重量为基准，所说的晶体颗粒包括10～65％的刚玉，和5～60％的莫来石，还可能任选地包括其他晶体颗粒，如石英、方石英、红柱石、蓝晶石、锆英石、氧化锆和氧化钛。
设计所说的素坯使其具有上述的结构和组成，是为了下列原因。所说的素坯优选的是含有不少于10％的刚玉量以改善其强度，此外，所说的素坯优选的是含有不少于5％的莫来石量，这比用氧化铝代替石英的传统技术制备的高强度陶瓷素坯中的莫来石量高，以便改善抗热震性，所说的素坯含有不少于10％的莫来石量以使其抗热震性可以与石英/长石/粘土三组分陶瓷素坯相比。这是因为如果晶体颗粒含量太高，具体地，如果超过70％，就会大大降低原料的烧结性，烧成温度也会相应地超过实际应用的温度范围。
在选择所用的原料方面，特别是用作刚玉和/或莫来石源物料的天然矿物原料的选择，优选的是那些通过烧成能够形成大量刚玉和/或莫来石的原料。如果形成的刚玉和/或莫来石的量太小，就难以得到具有上述结构和组成的陶瓷素坯。
如果用铝土页岩作为刚玉源物料，由于上述原因，Al2O3的含量优选的是不小于50％。如果Al2O3的含量小于50％(重量基)，将会限制为了成型而加入的用作可塑料的原料量和所用的熔剂的量，从而使得到的制备素坯的原料表现出较差的成型性能和烧结性能。
此外，如果用铝土页岩作为刚玉-莫来石源物料，优选的是其Al2O3的含量不小于50wt％,SiO2的含量不小于5wt％。SiO2的存在可以使其通过烧成形成莫来石。如果SiO2的量太少，不能形成足够量的莫来石，这种铝土页岩也不能作为莫来石源物料。
通过在上述比例范围混合上述的原料、任选的是破碎所说的混合物到要求的颗粒尺寸、成型然后烧成所说的混合物，可以得到陶瓷素坯。
可以同时混合并破碎所说的原料，或者把这些原料的一部分或全部分别破碎，然后再混合在一起。在这方面，所说的制备素坯的原料的平均颗粒尺寸优选的是在1～20μm的范围内。这是因为如果原料的颗粒尺寸太大，会降低原料的烧结性，从而使其在实际的烧成温度范围内不能烧结。另一方面，如果颗粒尺寸太小，所说的原料难以成型。可以用干法或温法或任何其他方法破碎所说的原料。
控制了颗粒尺寸的原料可以根据成型方法来进行处理，例如，可以加水制成泥浆，或通过喷雾干燥制成粉料，然后通过各种成型方法成型为要求的形状，成型方法包括压制、浇注、注模、注浆等，其中注浆使用具有吸水性的石膏模或树脂模。
所说的制备素坯的原料优选的是在不低于800℃的烧成温度下，在大气条件下、或氧化气氛或者还原气氛下烧成，得到充分致密的素坯。烧成方法可以是间歇式的也可以是连续式的。可以使用任何烧成窑炉进行烧成，如电炉或燃气窑炉。
对比实施例1
通过对比实施例，制备了含有瓷石、长石和粘土作为原料的陶瓷素坯；根据传统技术的高强度陶瓷素坯；和加入硅砂以改善抗热震性的陶瓷素坯(以下分别称为对比素坯(或C.C.)1、2和3)，检测这些对比素坯的物理性能。原料和混合后的组成以及检测的每种素坯的物理性能列于下列的表1中。
在对比素坯2和3中，使用的氧化铝(刚玉)源物料是通过Bayer法提纯的AM-21，可以从Sumitomo Chemical Co.,Ltd.获得。所说的氧化铝的纯度为99.7％,Al2O3平均颗粒尺寸约为4μm。
在对比素坯3中，使用破碎到平均颗粒尺寸约为10μm的益田硅石。其晶体是石英，纯度为99.5％SiO2。
用下列方法制备每种素坯。向除了硅砂以外的制备素坯的原料中，加入与全部原料等体积的水和适量的水玻璃，然后在球磨机中粉碎，在粉碎完成后，加入硅砂，然后在球磨机中混合约30分钟得到起始的泥浆。在粉碎方面，对比素坯1粉碎到平均颗粒尺寸约为8μm，对比素坯2和3粉碎到平均颗粒尺寸约为5μm。
然后把每种起始的泥浆注入石膏模，然后脱模得到直径15mm、长度150mm的生坯试条。
然后把每个试条在40℃下昼夜干燥，随后根据下列加热制度烧成：在电炉内，在4小时加热到1000℃，然后在2小时加热到1200℃，在1200℃保温1小时，然后自然冷却。
物理性能按如下方法测定：
用从Shimadzu Corporation得到的Autograph根据三点弯曲试验在下列条件下测定弯曲强度：跨距100mm，加载速度2.5mm/min。
用下列方法测定抗热震性：
在加热装置中，把每个试样在预定温度保温约1小时后，把试样立即浸入水中静置几分钟。然后把所说的试样浸入到墨水中，用吸墨法检验通过热冲击形成的裂纹。每个试样的抗热震性用裂纹形成温度和用于骤冷的水的温度之差表示。列于表1的数据表明，在对比素坯2中使用氧化铝使其强度比由瓷石、长石和粘土组成的陶瓷素坯的强度增大了不少于2倍，但是降低了其抗热震性。另一方面，对比素坯3中使用硅砂改善了素坯的抗热震性，但是所得的素坯的抗热震性低于对比素坯1，强度低于对比素坯2。
实施例1
用本发明的方法制备素坯。所用的原料、混合后的组成和物理性能列于下列的表2。用作原料的氧化铝、硅砂、粘土和长石与对比实施例1所用的相同。所用的提纯的莫来石是从Showa Denko,K.K.得到的Electrofused Mullite(电熔莫来石)RM-80，莫来石纯度不低于99％。
表1：对比素坯和物理性能
所用原料   C.C.1    C.C.2    C.C.3
混合物组成(％)瓷石氧化铝硅砂粘土长石 60----2515 --45--4015 --25204015
素坯的矿物组成(wt％)刚玉石英莫来石 --11.313 55.35.6 27.410.75.4
物理性能弯曲强度(MPa)抗热震性(℃) 80140 170110 140130
用作刚玉或莫来石源物料的天然矿物原料的化学组成和矿物组成列于表3。
用球磨机把这些天然矿物原料和提纯的莫来石粉碎到平均颗粒尺寸约为5μm(除非表2中有其他说明)。在粉碎之前在1500℃煅烧已经煅烧过的原料。
素坯1-1和1-2的结果表明，莫来石的加入改善了所得的素坯的抗热震性。虽然硅砂也表现出同样的作用，但是莫来石的作用与硅砂不同，其中通过莫来石的加入，所得的素坯没有表现出强度的降低。因此，莫来石的加入可以改善抗热震性而不降低所得的素坯的强度。
在素坯2-1～2-4中，用煅烧铝土页岩所得的原料作为刚玉源物料。其加入量和素坯的物理性能列于表2。这些素坯的结果表明，增加煅烧的铝土页岩可以改善素坯的强度，但是降低了其烧结性。使用铝土页岩的素坯的强度略低于使用提纯的氧化铝原料的素坯的强度。这是因为煅烧的铝土页岩的刚玉含量低，所以，所用的煅烧铝土页岩的刚玉含量越高，所得的素坯的强度越高。
另一方面，使用铝土页岩的素坯的抗热震性大于使用提纯氧化铝的素坯(对比素坯2)的抗热震性。这是因为煅烧的铝土页岩含有莫来石。因此可以认为，煅烧铝土页岩的使用导致了素坯的莫来石含量的增加，因此改善了其抗热震性。
如上所讨论的，通过使用含有刚玉和莫来石的天然矿物原料可以制备具有高强度和优良抗热震性的陶瓷素坯。
素坯3是用未煅烧的铝土页岩得到的素坯，其强度和抗热震性都略低于用煅烧铝土页岩制备的素坯。但是，这种素坯具有成本低的优势，因为可以省去铝土页岩的煅烧处理，所以可以用于不需要极高强度和抗热震性的素坯中。
为了进一步改善其抗热震性，素坯4中含有硅砂，因此，具有高的强度和与主要由瓷石、长石和粘土组成的传统素坯(对比素坯1)大致相同的优良的抗热震性。
素坯5-1～5-4具有与素坯4相同的组成，但是煅烧铝土页岩的颗粒尺寸与后者不同。如果煅烧铝土页岩的颗粒尺寸变大，素坯的强度不变，但是如果变得太小，素坯的强度降低。然而，煅烧铝土页岩的颗粒尺寸越大，需要的粉碎时间越长。
在素坯6和7中，用铝矾土和煅烧铝矾土作为刚玉的源物料。在使用煅烧铝矾土时，可以得到具有高强度的素坯，但是在使用未煅烧的铝矾土时，所得的素坯不烧结，其强度也几乎与传统的陶瓷素坯相同。
除了用红柱石和煅烧红柱石作为莫来石源物料以外，素坯8和9具有与素坯1-1相同的组成。所得的素坯强度略低于素坯1-1的强度，但是却表现出优良的抗热震性。
实施例2
根据本发明的方法制备了两种卫生瓷，即，图1表示的洗面具和图2表示的坐便器。使用两种素坯(对比素坯2和实施例1的素坯4)制备所说的卫生瓷以证实本发明的作用。这些卫生瓷的制备是通过下列过程进行的：用成型各种卫生瓷的石膏模代替在对比实施例1和实施例2中所用的制备生坯试条的石膏模，通过成型、然后干燥、喷釉，再在代替电炉的烧重油的连续式隧道窑中烧成成型的制品，其中，一个周期需要24小时，包括从室温加热到最高温度1200℃和冷却到室温。
这样得到的结果总结于下列的表4。在表4中，术语“窑裂”现象是指由于烧成过程中的冷却过程的热冲击引起的制品开裂，较小尺寸的制品，如洗面具，即使用对比素坯2也不会产生“窑裂”现象。但是，大尺寸的制品如坐便器，在使用抗热震性较差的对比素坯2时会产生“窑裂”现象。而且，在JIS(A5207)中规定，卫生瓷必须通过要求的急冷试验，用对比素坯2制备的制品不能通过这样的急冷试验。
这种急冷试验包括下列步骤：在加热炉中把约100cm2的厚度不大于15mm的陶瓷素坯碎片保温1小时，然后在水中急冷，再把其浸入红墨水中检验素坯和釉层中存在的裂纹。在加热温度和急冷水温度之间的温度差不超过110℃时，所说的碎片不应该产生任何裂纹。
如上已经详细讨论过的，用氧化铝代替石英/长石/粘土三组分陶瓷素坯中的石英的传统技术，制备的高强度陶瓷素坯具有较差的抗热震性。与此相反，本发明第一次可以以低的成本制备具有优良抗热震性的高强度陶瓷素坯。本发明的素坯可以应用于卫生瓷。
表2：用本发明的方法制备的素坯及其物理性能
所用的原料                                         素                            坯
1-1  1-2  2-1    2-2    2-3    2-4     3     4
混合物组成(wt％)铝土页岩煅烧铝土页岩铝矾土煅烧铝矾土氧化铝红柱石煅烧红柱石莫来石硅砂粘土长石 --------25----20--4015 --------25----10104015 --30--------------5218 --40--------------4515 --45--------------4015 --50--------------3713 40----------------4515 --30------------204010
烧成温度(℃) 1200   1200  1200    1250    1250    1300    1250    1200
矿物组成(wt％)刚玉石英莫来石红柱石 27.1--22.8-- 27.26.913.6-- 22.1--7.9-- 29.2--10.3-- 32.7--12.4-- 36.1--14.1-- 27.8--11.4-- 21.911.312.2--
物理性能弯曲强度(MPa)抗热震性(℃) 155130 151140 145-- 158130 159-- 168-- 152130 150140
表2：用本发明的方法制备的素坯及其物理性能(续)
所用的原料                                   素                坯
   5-1    5-2    5-3     5-4     5-5     6      7    8      9
混合物组成(wt％)铝土页岩煅烧铝土页岩铝矾土煅烧铝矾土氧化铝红柱石煅烧红柱石莫来石硅砂粘土长石 --30(1μm)------------204010 --30(3μm)------------204010 --30(7μm)------------204010 --30(20μm)------------204010 --30(50μm)------------204010 --40------------4515 ----40----------4515 --------2520------4015 ------25--20--4015
烧成温度(℃)    1200    1200    1200    1250    1200    1300    1200   1250    1250
矿物组成(wt％)刚玉石英莫来石红柱石 -------- -------- -------- -------- -------- 22.8--12.3-- 29.6--11.2-- 27.3--7.816.3 27.25.417.4--
物理性能弯曲强度(MPa)抗热震性(℃) 134-- 157-- 146-- 148-- 142-- 74-- 152-- 148130 154130
表3：用于本发明的天然矿物原料的组成
原料 铝土页岩 煅烧铝土页岩 铝矾土 煅烧铝矾土 红柱石 煅烧红柱石
化学组成(wt％)Al2O3SiO2Fe2O3TiO2CaOMgONa2OK2O烧失量 72.76.71.23.70.550.290.070.3714.0 82101.54.30.280.11--0.170.14 56.511.253.50.60--------28.2 83122.62.5---------- 6038.10.850.150.050.200.100.120.43 60.338.20.850.150.060.210.100.13--
矿物组成(wt％)刚玉水铝石三水铝石石英红柱石莫来石锐钛矿金红石 ×○××××ΔΔ 72××××14.3×× ××○×××Δ× ○××××Δ×× ××××○××× ×××Δ×○××
数值表示定量确定的数值。
符号○和Δ代表定量值没有确定，○表示主要组分，Δ表示少量组分。符号×表示相应的组分没有检测到。
表4：卫生瓷的制备结果
洗面具 坐便器
C.C.2 素坯4 C.C.2 素坯4
窑裂急冷试验 ○× ○○ ×× ○○
  ○：没问题；    ×：不能接受
  C.C.：对比素坯

Claims (14)

1．一种制备高强度、高抗热震性的陶瓷素坯的方法，包括以下步骤：
混合以下组分得到制备素坯的原料：
通过烧成可以形成刚玉的天然矿物原料，或通过煅烧上述可形成刚玉的天然矿物原料所得的物料；
通过烧成可以形成莫来石的天然矿物原料，或通过煅烧上述可形成莫来石的天然矿物原料所得的物料；
粘土原料；和
熔剂，
其中原料中各组分的比例应使得由上述原料制得的陶瓷素坯包括15-70％的晶体颗粒和30-85％的主要包括SiO2的玻璃基质，所说的晶体颗粒包括10-65％的刚玉和5-60％的莫来石，均以所述素坯的总重量为基准，
将上述制备素坯的原料成型，
然后把成型后的制备素坯的原料在800-1300℃下烧成，
其中，通过烧成可以形成刚玉的天然矿物原料是铝土页岩；通过烧成可以形成莫来石的天然矿物原料是至少一种选自由红柱石、蓝晶石和硅线石组成的组中的物料。
2．一种制备高强度、高抗热震性的陶瓷素坯的方法，包括以下步骤：
混合以下组分得到制备素坯的原料：
通过烧成可以形成刚玉和莫来石的天然矿物原料，或通过煅烧上述可形成刚玉和莫来石的天然矿物原料得到的物料；
粘土原料；
和熔剂，
其中原料中各组分的比例应使得由上述制备素坯的原料制得的陶瓷素坯包括15-70％的晶体颗粒和30-85％的主要包括SiO2的玻璃基质，所说的晶体颗粒包括10-65％的刚玉和5-60％的莫来石，均以所述素坯的总重量为基准，
将上述制备素坯的原料成型，
然后把成型后的制备素坯的原料在800-1300℃下烧成，
其中，通过烧成可以形成刚玉和莫来石的天然矿物原料是铝土页岩。
3．根据权利要求1的方法，其中，所说的制备素坯的原料包括至少一种选自瓷石和硅砂的含有石英的原料。
4．根据权利要求1的方法，其中，所说的熔剂是至少一种选自由长石、霞石和白云石组成的组中的物料。
5．根据权利要求2的方法，其中，所说的制备素坯的原料包括至少一种选自瓷石和硅砂的含有石英的原料。
6．根据权利要求2的方法，其中，所说的熔剂是至少一种选自由长石、霞石和白云石组成的组中的原料。
7．根据权利要求1的方法，其中，通过烧成可以形成刚玉的天然矿物原料或通过煅烧上述可形成刚玉的天然矿物原料所得的物料，和通过烧成可以形成莫来石的天然矿物原料或通过煅烧上述可形成莫来石的天然矿物原料所得的物料的平均颗粒尺寸在1～50μm范围内。
8．根据权利要求2的方法，其中，通过烧成可以形成刚玉和莫来石的天然矿物原料和通过煅烧上述可形成刚玉和莫来石的天然矿物原料所得的物料的平均尺寸在1～50μm范围内。
9．根据权利要求1的方法，其中，所说的制备素坯的原料的总平均尺寸控制在1～20μm范围内。
10．根据权利要求1的方法，其中，以所说的铝土页岩的总重量为基准，铝土页岩的Al2O3含量不少于50％。
11．根据权利要求1的方法，其中，所说的陶瓷素坯是用作卫生瓷的素坯。
12．根据权利要求2的方法，其中，所说的制备素坯的原料的总平均尺寸控制在1～20μm范围内。
13．根据权利要求2的方法，其中，以所说的铝土页岩的总重量为基准，铝土页岩的Al2O3含量不少于50％。
14．根据权利要求2的方法，其中，所说的陶瓷素坯是用作卫生瓷的素坯。
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