一种搪瓷釉料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种搪瓷釉料的制备方法,属于搪瓷材料技术领域。
背景技术
搪瓷釉料是把硅酸盐、氧化物等无机粉末高温熔化后覆盖在坯体外面的一种材料。瓷釉的组成一般属于硼硅酸盐玻璃,硅含量在65%以上,有高度的耐腐蚀性和耐磨性,表面光洁度好,易洗涤,结构与一般陶瓷涂层不同,其突出特点是具有玻璃特性,属于远程无序和近程有序结构,其中存在一定数量及大小的较有规则排列的微小区域,因而具有微观不均匀性,但从其宏观结构而言,则是均匀无序的。搪瓷涂层不仅表面光滑美观,而且具有非常优良的耐蚀性、耐磨性、耐高温、不导电等特殊性能。这些性能是其它材料很难同时具备的,搪瓷涂层已经在航天、化工、热水箱、外墙装饰等领域中广泛应用。
目前搪瓷釉料的生产主要以石英等耐火原料和易熔的化工原料以及其它特性原料,按一定的比例配合经1300~1350℃高温熔融后,急剧冷却成粒状或片状的硼硅酸盐搪瓷釉料。釉料主要以二氧化硅、氧化硼、氧化锆、氧化锌、氧化钠、氧化锑等原料烧制,在瓷釉中以多面体形式相互组合为连续网架,为提高瓷釉的耐酸性,往往在配方中增加SiO2的含量,而SiO2是耐火原料,引入量过高,就会导致瓷釉的烧制熔点高于1300℃,搪瓷釉料制品的烧成温度在850~900℃。为了降低烧制温度,尽可能少的碱性氧化物,但却因此提高了烧成温度,对降低生产成本和保证金属的机械强度不利,同时由于搪瓷釉料与基材的膨胀系数差距太大,导致搪瓷釉料与基材无法牢固结合。
综上所述,针对现有技术的不足,提供一种能制备出所需烧成温度低,且能提高釉料与基材的牢固度的搪瓷釉料的方法甚为必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题:针对现有的陶瓷釉料烧成温度高,与基材的结合牢固度低的问题,提供了一种搪瓷釉料的制备方法。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
(1)按重量份数计,依次取30~50份铝粉,20~40份氧化剂,100~150份氢氧化钠溶液,恒温搅拌反应20~60min后,过滤、洗涤和干燥,得多孔铝粉;
(2)取动物乳汁,于恒温搅拌状态下,向动物乳汁中缓慢滴加动物乳汁体积0.2~0.4倍的酸液,待滴加完毕,继续恒温搅拌反应2~4h,离心分离,收集下层沉淀,经洗涤和干燥,得乳汁提取物;
(3)将乳汁提取物与水混合配制成质量浓度为2~4g/L的混合液A,再将多孔铝粉与混合液A按质量比为1:60~1:80搅拌混合30~60min,过滤,洗涤,得改性多孔铝粉湿料;
(4)将改性多孔铝粉湿料与乙醇溶液按质量比为1:50~1:80混合后,超声分散,得分散液,再按体积比为1:10~1:20将正硅酸乙酯与钛酸四丁酯混合均匀,得混合液B,再于恒温搅拌状态下,向分散液中滴加分散液质量4~6%的混合液B,待滴加完毕,继续恒温搅拌反应2~4h,再经过滤、洗涤和干燥,得釉料主料粉体;
(5)按重量份数计,依次取80~100份釉料主料粉体,8~10份纳米氧化铁,3~5份冰晶石,2~8份硼砂,3~5份硝酸铵,0.6~0.8份碳酸钠,球磨混合4~6h,过筛,即得搪瓷釉料。
步骤(1)所述的氧化剂为质量分数为10~20%的双氧水。
步骤(2)所述的动物乳汁为:猪乳汁、羊乳汁或牛乳汁中的任意一种。
步骤(2)所述的缓慢滴加的滴加速率为3~6mL/min。
步骤(2)所述的酸液为质量分数为3~5%盐酸,质量分数为2~4%硫酸溶液或质量分数为6~8%草酸溶液中的任意一种。
本发明与其他方法相比,有益技术效果是:
(1)本发明技术方案首先以铝粉为基材,利用氧化剂氧化侵蚀铝粉,使铝粉表面形成氧化孔隙,形成的氧化物被氢氧化钠溶液溶解后,继续向铝粉内部侵蚀,从而形成多孔结构的铝粉,再以动物乳汁为原料,用酸液为沉淀剂,使动物乳汁中具有优良吸附性能的酪素蛋白得以沉淀,将其与水混合配制成混合液A,并以混合液A为改性剂,对多孔铝粉进行改性,以提高多孔铝粉的吸附性能,从而制得改性多孔铝粉,再以改性多孔铝粉为载体,吸附正硅酸乙酯和钛酸四丁酯水解产生的纳米二氧化硅和二氧化钛,在使用过程中,铝粉首先与产品中的氧化铁及基材表面的金属氧化物发生铝热反应,被还原后的铁等金属可实现搪瓷釉料层与基材的冶金结合,从而有效提高两者的结合强度,另外,铝热反应为放热反应,产生的热量有助于体系的快速烧成,一定程度上降低体系烧成所需的温度,而纳米二氧化硅和二氧化钛的存在,一方面作为搪瓷釉料的主要成分而存在,另一方面可阻隔铝粉和纳米氧化铁的接触,降低反应速率,使反应过程平稳,延长铝热反应时间,保证反应安全性,提高产品的成品率;
(2)本发明技术方案通过在体系中添加冰晶石、硼砂、碳酸钠和硝酸铵等助剂,助剂的加入,可使体系中氧化铝和二氧化硅等结晶温度范围大大降低,改善体系的流动性,有利于体系中的气体排出,在降低烧成温度的同时,提高产品致密度,形成平整光洁的搪瓷层。
具体实施方式
按重量份数计,依次取30~50份铝粉,20~40份质量分数为10~20%的双氧水,100~150份质量分数为3~6%氢氧化钠溶液,倒入三口烧瓶中,再将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器,于温度为40~50℃,转速为300~500r/min条件下,恒温搅拌反应20~60min后,过滤,得滤渣,并用去离子水洗涤滤渣直至洗涤液呈中性,再将洗涤后的滤渣转入真空干燥箱中,于温度为80~90℃条件下,干燥6~8h,得多孔铝粉;在烧杯中加入动物乳汁,并将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中,调节温度至35~40℃,搅拌转速至400~600r/min,于恒温搅拌状态下,通过滴液漏斗以3~6mL/min速率向烧杯中滴加动物乳汁体积0.2~0.4倍的酸液,待酸液滴加完毕,继续恒温搅拌反应2~4h,再经离心分离,收集下层沉淀物,并用去离子水洗涤所得下层沉淀物3~5次,再将洗涤后的下层沉淀物经真空冷冻干燥,得乳汁提取物;随后将乳汁提取物与水混合,配制成质量浓度为2~4g/L的混合液A,再将多孔铝粉与混合液A按质量比为1:60~1:80搅拌混合30~60min,过滤,得滤饼,并用去离子水洗涤滤饼3~5次,得改性多孔铝粉湿料;再将所得改性多孔铝粉湿料与质量分数为40~60%乙醇溶液按质量比为1:50~1:80混合倒入烧杯中,并将烧杯转入超声分散仪,于超声频率为40~50kHz条件下,超声分散20~30min,得分散液;再按体积比为1:10~1:20将正硅酸乙酯与钛酸四丁酯混合均匀,得混合液B;随后将分散液转入反应釜中,调节反应釜内温度至45~50℃,搅拌转速至300~500r/min,于恒温搅拌状态下,向反应釜中滴加分散液质量4~6%的混合液B,控制混合液B滴加速率为8~10mL/min,待滴加完毕,继续恒温搅拌反应2~4h,再经过滤,得主料滤饼,并用去离子水洗涤主料滤饼3~5次,再将洗涤后的主料滤饼转入烘箱中,于温度为105~110℃条件下干燥至恒重,得干燥主料滤饼,再用研钵研磨干燥主料滤饼3~5min,得釉料主料粉体;按重量份数计,在球磨罐中依次加入80~100份釉料主料粉体,8~10份纳米氧化铁,3~5份冰晶石,2~8份硼砂,3~5份硝酸铵,0.6~0.8份碳酸钠,球磨混合4~6h后,过325~500目筛,即得搪瓷釉料。所述的动物乳汁为:猪乳汁、羊乳汁或牛乳汁中的任意一种。所述的酸液为质量分数为3~5%盐酸,质量分数为2~4%硫酸溶液或质量分数为6~8%草酸溶液中的任意一种。
实例1
按重量份数计,依次取50份铝粉,40份质量分数为20%的双氧水,150份质量分数为6%氢氧化钠溶液,倒入三口烧瓶中,再将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器,于温度为50℃,转速为500r/min条件下,恒温搅拌反应60min后,过滤,得滤渣,并用去离子水洗涤滤渣直至洗涤液呈中性,再将洗涤后的滤渣转入真空干燥箱中,于温度为80℃条件下,干燥8h,得过孔铝粉;在烧杯中加入猪乳汁,并将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中,调节温度至40℃,搅拌转速至600r/min,于恒温搅拌状态下,通过滴液漏斗以6mL/min速率向烧杯中滴加猪乳汁体积0.4倍的质量分数为5%盐酸,待质量分数为5%盐酸滴加完毕,继续恒温搅拌反应4h,再经离心分离,收集下层沉淀物,并用去离子水洗涤所得下层沉淀物5次,再将洗涤后的下层沉淀物经真空冷冻干燥,得乳汁提取物;随后将乳汁提取物与水混合,配制成质量浓度为4g/L的混合液A,再将多孔铝粉与混合液A按质量比为1:80搅拌混合60min,过滤,得滤饼,并用去离子水洗涤滤饼5次,得改性多孔铝粉湿料;再将所得改性多孔铝粉湿料与质量分数为60%乙醇溶液按质量比为1:80混合倒入烧杯中,并将烧杯转入超声分散仪,于超声频率为50kHz条件下,超声分散30min,得分散液;再按体积比为1:20将正硅酸乙酯与钛酸四丁酯混合均匀,得混合液B;随后将分散液转入反应釜中,调节反应釜内温度至50℃,搅拌转速至500r/min,于恒温搅拌状态下,向反应釜中滴加分散液质量6%的混合液B,控制混合液B滴加速率为10mL/min,待滴加完毕,继续恒温搅拌反应4h,再经过滤,得主料滤饼,并用去离子水洗涤主料滤饼5次,再将洗涤后的主料滤饼转入烘箱中,于温度为110℃条件下干燥至恒重,得干燥主料滤饼,再用研钵研磨干燥主料滤饼5min,得釉料主料粉体;按重量份数计,在球磨罐中依次加入100份釉料主料粉体,10份纳米氧化铁,5份冰晶石,8份硼砂,5份硝酸铵,0.8份碳酸钠,球磨混合6h后,过500目筛,即得搪瓷釉料。
实例2
将铝粉与质量分数为60%乙醇溶液按质量比为1:80混合倒入烧杯中,并将烧杯转入超声分散仪,于超声频率为50kHz条件下,超声分散30min,得分散液;再按体积比为1:20将正硅酸乙酯与钛酸四丁酯混合均匀,得混合液;随后将分散液转入反应釜中,调节反应釜内温度至50℃,搅拌转速至500r/min,于恒温搅拌状态下,向反应釜中滴加分散液质量6%的混合液B,控制混合液B滴加速率为10mL/min,待滴加完毕,继续恒温搅拌反应4h,再经过滤,得主料滤饼,并用去离子水洗涤主料滤饼5次,再将洗涤后的主料滤饼转入烘箱中,于温度为110℃条件下干燥至恒重,得干燥主料滤饼,再用研钵研磨干燥主料滤饼5min,得釉料主料粉体;按重量份数计,在球磨罐中依次加入100份釉料主料粉体,10份纳米氧化铁,5份冰晶石,8份硼砂,5份硝酸铵,0.8份碳酸钠,球磨混合6h后,过500目筛,即得搪瓷釉料。
实例3
按重量份数计,依次取50份铝粉,40份质量分数为20%的双氧水,150份质量分数为6%氢氧化钠溶液,倒入三口烧瓶中,再将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器,于温度为50℃,转速为500r/min条件下,恒温搅拌反应60min后,过滤,得滤渣,并用去离子水洗涤滤渣直至洗涤液呈中性,再将洗涤后的滤渣转入真空干燥箱中,于温度为80℃条件下,干燥8h,得过孔铝粉;在烧杯中加入猪乳汁,并将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中,调节温度至40℃,搅拌转速至600r/min,于恒温搅拌状态下,通过滴液漏斗以6mL/min速率向烧杯中滴加猪乳汁体积0.4倍的质量分数为5%盐酸,待质量分数为5%盐酸滴加完毕,继续恒温搅拌反应4h,再经离心分离,收集下层沉淀物,并用去离子水洗涤所得下层沉淀物5次,再将洗涤后的下层沉淀物经真空冷冻干燥,得乳汁提取物;随后将乳汁提取物与水混合,配制成质量浓度为4g/L的混合液A,再将多孔铝粉与混合液A按质量比为1:80搅拌混合60min,过滤,得滤饼,并用去离子水洗涤滤饼5次,得改性多孔铝粉湿料;再将所得改性多孔铝粉湿料与质量分数为60%乙醇溶液按质量比为1:80混合倒入烧杯中,并将烧杯转入超声分散仪,于超声频率为50kHz条件下,超声分散30min,得分散液;再按体积比为1:20将正硅酸乙酯与钛酸四丁酯混合均匀,得混合液B;随后将分散液转入反应釜中,调节反应釜内温度至50℃,搅拌转速至500r/min,于恒温搅拌状态下,向反应釜中滴加分散液质量6%的混合液B,控制混合液B滴加速率为10mL/min,待滴加完毕,继续恒温搅拌反应4h,再经过滤,得主料滤饼,并用去离子水洗涤主料滤饼5次,再将洗涤后的主料滤饼转入烘箱中,于温度为110℃条件下干燥至恒重,得干燥主料滤饼,再用研钵研磨干燥主料滤饼5min,得釉料主料粉体;按重量份数计,在球磨罐中依次加入100份釉料主料粉体,10份纳米氧化铁,球磨混合6h后,过500目筛,即得搪瓷釉料。
对照例:邹平县某有限公司生产的搪瓷釉料。
将实例级对照例的搪瓷釉料进行检测,具体检测如下:
1.烧结温度检测:
(1)基材预处理:将尺寸18mm×8mm的Q235钢板在980℃下进行脱碳,将脱碳处理的基材置于质量分数为20%的盐酸中进行酸洗后,用清水反复冲洗去除基材表面残留的酸液,最后将冲洗后的基材干燥即可;
(2)用无水乙醇将搪瓷釉料调成浆液,静止陈化24h后,将陈化的浆液进行调配;
(3)将预处理后的基材匀速浸入调好的釉浆中,获得0.5mm厚的瓷层,涂搪后的试样在100℃的式样中保温进行烘干处理2h,然后利用不同的温度进行烧结5min,使得其搪瓷试样显微硬度达到7.5GPa,即可测试得到最适合的烧结温度。
2.密着系数测定:将上述得到的搪瓷试样,在扫描电子显微镜下观察搪瓷层与基材结合处显微形貌,搪瓷层与基材的结合性用密着系数η来表示:
L1表示搪瓷层与基材界面的结合长度,Lb表示搪瓷层与结合长度相对应的基材长度。
具体检测结果如表1。
表1
由表1可知,本发明制备的陶瓷釉料烧结温度低,且密着系数较高,体现了陶瓷釉料与基材的结合牢度高。