CN107188530B - 一种低成本高性能低膨胀陶瓷坯料及其陶瓷产品的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低成本高性能低膨胀陶瓷坯料,其原料组成为:锂辉石5~15wt%、堇青石熟料微粉25~35wt%、苏州土16~25wt%、贵州土20~25wt%、子木节土3~7wt%、镁质粘土8~15wt%、黑泥3~7wt%、锂瓷石5~15wt%。此外,还公开了基于上述低成本高性能低膨胀陶瓷坯料的陶瓷产品制备方法。本发明低膨胀陶瓷坯料生产成本低、成型性能好,有效提高了产品的抗热震性能、机械强度和使用寿命,能够很好地满足低膨胀陶瓷产品如耐热炊具的使用要求,从而有利于促进低膨胀陶瓷产业的技术进步和应用发展。

Description

一种低成本高性能低膨胀陶瓷坯料及其陶瓷产品的制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷材料技术领域,尤其涉及一种低膨胀陶瓷坯料及其陶瓷产品的制备方法。
背景技术
热膨胀性是陶瓷材料的一项主要性能,与热膨胀相关的性能主要包括材料的抗热震性、力学性能等。当材料承受较大的温度变化时,热膨胀系数的大小直接影响了材料的使用性能及其安全性,因此开发低膨胀陶瓷材料具有重要意义。目前,国内普通低膨胀陶瓷炊具的膨胀系数大部分在α(800~20℃)=3×10-6/℃左右,不仅大量使用锂辉石,而且传统的配方体系制备出的低膨胀陶瓷烧成范围窄、合格率低,给企业带来了不必要的浪费。尤其是,近几年国家提出新能源电池战略以来,锂辉石的消耗量越来越大,高品质的锂辉石更加难求,而且锂辉石的价格一路高涨。这样,由于锂辉石供应严重不足,加之材料成本成倍增长,从而给传统低膨胀陶瓷企业如炊具等行业带来了致命打击,生产难以维持。鉴于此,目前企业大多采用的方法无非就是降低锂辉石用量,但是由此便造成陶瓷材料膨胀系数增大、抗热震性能变差;此外,也有研究采用堇青石熟料进行配料,但成形性能较差,难以烧结,吸水率大,膨胀系数也大(达到α(800~20℃)=3.6×10-6/℃),并且存在着与陶瓷釉料不匹配等较多缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种抗热震性能好、强度高、成本低的高性能低膨胀陶瓷坯料,通过配方设计,形成堇青石生料与堇青石熟料的复合使用,结合少量锂辉石的使用等,在降低了材料生产成本的同时,获得高性能的低膨胀陶瓷坯料,从而很好地满足低膨胀陶瓷产品如耐热炊具的使用要求,以利于促进低膨胀陶瓷产业的技术进步和应用发展。本发明的另一目的在于提供基于上述低成本高性能低膨胀陶瓷坯料的陶瓷产品制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现:
本发明提供的一种低成本高性能低膨胀陶瓷坯料,其原料组成为:锂辉石5~15wt%、堇青石熟料微粉25~35wt%、苏州土16~25wt%、贵州土20~25wt%、子木节土3~7wt%、镁质粘土8~15wt%、黑泥3~7wt%、锂瓷石5~15wt%。
本发明坯料中镁质粘土与高岭土(苏州土、贵州土、子木节土)可以合成得到更低膨胀系数的堇青石晶体,也即堇青石生料。通过堇青石生料与堇青石熟料的复合,产生微裂纹,从而起到微裂纹增韧的作用,有效解决了现有技术坯料成形性能差的问题;同时,采用少量的锂辉石,可以复合由高岭土加热过程产生的非晶态SiO2,生成膨胀系数更低的透锂长石晶体;此外,采用锂瓷石作为高温助熔剂,解决了高温烧结的问题,使得材料吸水率低、强度更高。
优选地,本发明所述低成本高性能低膨胀陶瓷坯料的原料组成为:锂辉石5~12wt%、堇青石熟料微粉25~35wt%、苏州土18~25wt%、贵州土20~25wt%、子木节土3~5wt%、镁质粘土8~12wt%、黑泥3~5wt%、锂瓷石5~12wt%。
进一步地,本发明所述堇青石熟料微粉其膨胀系数α(800~20℃)≤1.8×10-6/℃,且细度≤45μm。
本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现:
本发明提供的基于上述低成本高性能低膨胀陶瓷坯料的陶瓷产品制备方法,首先将除堇青石熟料微粉外的其它原料进行一段球磨,然后加入堇青石熟料微粉一起进行二段球磨;而后进行过筛除铁、压滤脱水、真空练泥、成型、干燥而得到低膨胀陶瓷坯体;施釉后进行氧化焰烧成,即获得低成本高性能低膨胀陶瓷产品。
进一步地,本发明制备方法所述一段球磨的时间为9~10h。所述二段球磨的时间为3~4h,至细度达到250目筛余为0.5~0.8%。
上述方案中,本发明制备方法所述烧成采用氧化焰慢烧工艺进行,即从室温氧化气氛经15~16.5h慢烧至1260~1300℃,即获得低成本高性能低膨胀陶瓷产品。
本发明具有以下有益效果:
(1)本发明低膨胀陶瓷坯料,材料成本低且成型性能好,通过采用堇青石生料与堇青石熟料的复合,从而引进微裂纹增韧,不仅解决了现有技术坯料成形性能差的问题,提高了生产合格率,而且能够有效提高产品的抗热震性能。
(2)本发明坯料在氧化焰烧结过程中,以少量的锂辉石复合由高岭土加热过程产生的非晶态SiO2,生成膨胀系数更低的透锂长石晶体。坯体中所形成的大量的低膨胀透锂长石晶体和堇青石晶体,晶相充分均匀,坯体孔隙率适中、微孔孔径大小分布均匀,从而进一步提高了低膨胀陶瓷产品的抗热震性能。此外,采用锂瓷石作为高温助熔剂,解决了高温烧结的问题,使得材料吸水率低、强度进一步提高。
(3)本发明低膨胀陶瓷产品各项性能有了显著的提高,抗折强度为68~88MPa,膨胀系数为α(800~20℃)≤1.8×10-6/℃,热稳定性达到了450~20℃一次急冷不裂。
下面将结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
具体实施方式
本发明一种低成本高性能低膨胀陶瓷坯料的实施例,其原料组成如表1所示。
表1 本发明实施例低成本高性能低膨胀陶瓷坯料的原料组成
其中,堇青石熟料微粉其膨胀系数α(800~20℃)=1.69×10-6/℃,细度为325目筛余0.5%以下。
本发明实施例低成本高性能低膨胀陶瓷产品的制备方法如下:
首先将除堇青石熟料微粉外的其它原料进行一段球磨9~10h,然后加入堇青石熟料微粉一起进行二段球磨3~4h,至细度达到250目筛余为0.5~0.8%;而后进行过筛除铁、压滤脱水、真空练泥、成型、干燥而得到低膨胀陶瓷坯体;施釉后采用氧化焰慢烧工艺进行烧成,即从室温氧化气氛经15~16.5h慢烧至1260~1300℃,获得低成本高性能低膨胀陶瓷产品。
本发明实施例低成本高性能低膨胀陶瓷产品的制备方法,其工艺参数如表2所示。
表2 本发明实施例低成本高性能低膨胀陶瓷产品制备方法的工艺参数
本发明实施例低成本高性能低膨胀陶瓷产品的性能指标如表3所示。
表3 本发明实施例低成本高性能低膨胀陶瓷产品的性能指标
注:1、抗折强度检测采用万能材料试验机。
2、膨胀系数检测采用PCY-1200型高温热膨胀测定仪。
3、热稳定性检测采用国家标准,即将低膨胀陶瓷产品放在电炉上加热至底部温度为450℃时,瞬间倒入100ml、20℃的冷水中,急冷一次不裂为合格。

Claims (6)

1.一种低成本高性能低膨胀陶瓷坯料,其特征在于原料组成为:锂辉石5~15 wt%、膨胀系数α(800~20℃)≤1.8×10-6/℃且细度≤45μm的堇青石熟料微粉25~35 wt%、苏州土16~25 wt%、贵州土20~25 wt%、子木节土3~7 wt%、镁质粘土8~15 wt%、黑泥3~7 wt%、锂瓷石5~15 wt%;所述陶瓷坯料其煅烧温度为1260~1300℃,所制得的陶瓷产品的抗折强度为68~88MPa、膨胀系数为α(800~20℃)≤1.8×10-6/℃、热稳定性为450~20℃一次急冷不裂。
2.根据权利要求1所述的低成本高性能低膨胀陶瓷坯料,其特征在于原料组成为:锂辉石5~12 wt%、堇青石熟料微粉25~35 wt%、苏州土18~25 wt%、贵州土20~25 wt%、子木节土3~5 wt%、镁质粘土8~12 wt%、黑泥3~5 wt%、锂瓷石5~12 wt%。
3.基于权利要求1或2所述低成本高性能低膨胀陶瓷坯料的陶瓷产品制备方法,其特征在于:首先将除堇青石熟料微粉外的其它原料进行一段球磨,然后加入堇青石熟料微粉一起进行二段球磨;而后进行过筛除铁、压滤脱水、真空练泥、成型、干燥而得到低膨胀陶瓷坯体;施釉后进行氧化焰烧成,即获得低成本高性能低膨胀陶瓷产品。
4.根据权利要求3所述的陶瓷产品制备方法,其特征在于:所述一段球磨的时间为9~10 h。
5.根据权利要求3所述的陶瓷产品制备方法,其特征在于:所述二段球磨的时间为3~4h,至细度达到250目筛余为0.5~0.8%。
6.根据权利要求3所述的陶瓷产品制备方法,其特征在于:所述烧成采用氧化焰慢烧工艺进行,即从室温氧化气氛经15~16.5 h慢烧至1260~1300℃,即获得低成本高性能低膨胀陶瓷产品。
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