CN107522510A - 一种低气孔率陶瓷的制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及陶瓷生产技术领域,具体的说是一种低气孔率陶瓷的制造工艺,包括以下步骤:(1)将陶瓷坯体原料在高速混合机中充分混匀,然后置于真空箱中脱除空气;(2)塑形陶坯,晾干、精洗;(3)将陶坯在850~900℃的温度下素烧5~10min,然后浸没到含有碳粉和纳米氧化铝的浸渍液中20‑30s,取出沥干后再在850~900℃的温度下素烧5~10min,重复浸液、素烧2~3次;(4)施釉;(5)在温度为1300~1500℃、压力为0.5~2.5Mpa的条件下釉烧,保温4‑8h,自然冷却,即得低气孔率的陶瓷制品;通过反复多次的浸液、素烧,降低了陶瓷生坯中的气孔的数量和体积,确保了陶瓷成品中的气孔率的降低;本发明在传统的陶瓷制造工艺的基础上进行改进,控制了陶瓷制造的成本,对生产厂家及客户来说都是有利的。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷生产技术领域,具体的说是一种低气孔率陶瓷的制造工艺。
背景技术
陶瓷器的制作,以其原料论应属于硅酸盐工业的一环。陶瓷器分成胚与釉二部分,中央如骨与肉的部分为坯,外表如皮肤的部分为釉。黏土是作成坯体最主要的原料,亦即是利用黏土所其有的可塑性,始可塑制成各种形状的坯体。所以陶瓷器是先成形而后烧成,坯体中所加入的其他原料都是用以调整黏土以达所需要的性能。粗陶器常仅采用一、二种黏土混合制坯,不需特别调配。而精制陶瓷器,就非慎选原料不可。
陶瓷材料的组织主要有陶瓷相、玻璃相和气孔组成。受力时,气孔处就相当于缺陷的存在,容易造成应力集中,产生裂纹扩展,而且材料发生低应力脆性断裂。所以高气孔率易造成材料的强度和塑性同时降低,因此,降低陶瓷材料的气孔率是提高材料的强度和塑性的一种有效手段,而决定陶瓷材料气孔率的主要是其制造工艺。
目前,在大型或结构复杂的产品一般采用注浆成型法,制品开口气孔率较高,体积密度较低(通常开口气孔率高达18%以上,体积密度在2.50g/cm3以下),使得产品性能受到严重的影响,因此,如何在不大幅度增加成本的条件下,降低陶瓷制品的显气孔率,提高密度,获得性能优良的材料,对生产厂家和用户都是非常具有吸引力的。
发明内容
针对现有技术中的问题,本发明的目的在于提供一种低气孔率陶瓷的制造工艺。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案予以实现:
一种低气孔率陶瓷的制造工艺,包括以下步骤:
(1)将陶瓷坯体原料在高速混合机中充分混匀,然后置于真空箱中脱除空气;
(2)塑形陶坯,晾干、精洗;
(3)将陶坯在850~900℃的温度下素烧5~10min,然后浸没到含有碳粉和纳米氧化铝的浸渍液中20-30s,取出沥干后再在850~900℃的温度下素烧5~10min,重复浸液、素烧2~3次;
(4)施釉;
(5)在温度为1300~1500℃、压力为0.5~2.5Mpa的条件下釉烧,保温4-8h,自然冷却,即得低气孔率的陶瓷制品。
本发明在传统制造陶瓷的工艺基础上进行改进,降低陶瓷的气孔率,提高陶瓷的强度。对陶瓷坯体原料进行真空脱气,充分脱除坯体原料中夹藏的空气,避免带入陶瓷生坯中,从而在烧结的过程中产生过多的气孔;
在素烧步骤中,先将陶坯素烧,适度提高坯体的强度,然后利用含有碳粉和纳米氧化铝的浸渍液浸泡,使得碳粉和纳米氧化铝侵入并填充到已形成的气孔中,再次素烧时,碳粉碳化并夹杂纳米氧化铝充实在气孔中,经过重复的浸液、素烧操作,有效的降低了气孔的数量及体积。
本发明的步骤(3)中,在真空油浸室中,通过抽真空至-0.4~-0.1Mpa,然后加压至1.5~3Mpa的方式,促使碳粉和纳米氧化铝粉末最大限度的进入陶坯气孔内部。
根据本发明,为了充分脱除陶瓷坯体原料中的空气,所述的步骤(1)中,真空箱的压力为0.01~0.45Mpa,压力过低,对设备的要求过高且耗能较大,而压力过高,且脱除空气的效率降低。
根据本发明,本发明中所述的浸渍液的目的在将提供微细粉料的载体,并将微细粉料载入陶瓷生坯的气孔中,所述的浸渍液包括以下重量份的物质:碳粉8~20份、纳米氧化铝3~8份、分散剂0.1~2份、表面活性剂0.1~2份、溶剂20~35份。碳粉在再次素烧时碳化,其体积可忽略,而纳米氧化铝作为填料填充在气孔中,降低气孔的数量和体积。
根据本发明,本发明中所述的分散剂为聚丙烯酸铵盐,其具有良好的分散效果,可以降低粉料的粘度,改善碳粉和纳米氧化铝的分散性和悬浊稳定性。
表面活性剂能够降低粉料的表面自由能,所述表面活性剂为非离子表面活性剂。进一步优选的,所述非离子表面活性剂为酯型表面活性剂、醚型表面活性剂、胺型表面活性剂、酰胺型表面活性剂及酯醚型表面活性剂中的至少一种。具体如下:酯型表面活性剂可以为山梨糖醇酐脂肪酸酯及聚氧乙烯脂肪酸酯等中的至少一种。醚型表面活性剂可以为聚氧乙烯烷基醇醚和聚氧乙烯烷基苯酚醚等中的至少一种。胺表面活性剂可以为聚氧乙烯脂肪胺等。酰胺表面活性剂可以为如聚氧乙烯酰胺等。酯醚表面活性剂可以为山梨糖醇酐脂肪酸酯聚氧乙烯醚型(吐温型)等。优选山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪胺、聚氧乙烯酰胺或聚氧乙烯醚,更加优选聚氧乙烯脂肪胺、聚氧乙烯酰胺或聚氧乙烯醚。其中所述的脂肪酸酯、脂肪胺中的脂肪是指C2-C4的直链烃。烷基醇醚、烷基苯酚醚中的烷基为C2-C4的直链烃,更优选的,所述表面活性剂为吐温80、吐温60、聚硅氧烷接枝聚醚化合物中的至少一种。
根据本发明,本发明对所述的溶剂没有特殊要求,可以为本领域技术人员所知的,如水、苯、乙醇、甲醇等。
根据本发明,釉烧的目的在于将涂覆在陶瓷表面的釉层熔融,形成致密的玻璃质薄层,增加陶瓷表面的机械强度和热稳定性;在本发明中,釉烧对填充到气孔中的碳粉进一步的碳化,形成气体溢出陶瓷表面,而表面熔融的釉层顺势进入到气孔中,与夹藏在气孔中的纳米氧化铝共同填充在气孔中,确保气孔的数量和体积进一步的降低。
优选的,为了使釉层中的熔融物顺利侵入到气孔中,在釉烧的同时采用振动压力和幅度可调的电磁谐振装置,对施加的初始压力下实施0~初始压力*30%Mpa的振动加压,振动加压的频率为0~300Hz;同时,该振动加压的操作,可以促进釉层中的填料分散、重排,凝固形成更为致密的釉层,提高陶瓷的强度。
本发明提供的制造工艺具有以下技术效果:
1、通过反复多次的浸液、素烧,降低了陶瓷生坯中的气孔的数量和体积,确保了陶瓷成品中的气孔率的降低;
2、在一定压力下进行釉烧,进一步的降低了陶瓷成品的气孔率;
3、本发明在传统的陶瓷制造工艺的基础上进行改进,控制了陶瓷制造的成本,对于生产厂家及客户来说都是有利的。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施例,进一步阐明本发明。
实施例1
一种低气孔率陶瓷的制造工艺:
(1)将陶瓷坯体原料在高速混合机中充分混匀,然后置于真空箱中脱除空气,所述的真空箱的压力为0.2Mpa;
(2)塑形陶坯,晾干、精洗;
(3)将陶坯在870℃的温度下素烧8min,然后浸没到含有碳粉和纳米氧化铝的浸渍液中25s,取出沥干后再在870℃的温度下素烧8min,重复浸液、素烧3次;
所述的浸渍液包括以下重量份的物质:碳粉15份、纳米氧化铝5份、聚丙烯酸铵盐1.2份、吐温80 1.0份、水27份。
(4)施釉;
(5)在温度为1450℃、压力为1.5Mpa的条件下釉烧,保温6h,自然冷却,即得低气孔率的陶瓷制品。
实施例2
一种低气孔率陶瓷的制造工艺:
(1)将陶瓷坯体原料在高速混合机中充分混匀,然后置于真空箱中脱除空气,所述的真空箱的压力为0.01Mpa;
(2)塑形陶坯,晾干、精洗;
(3)将陶坯在850℃的温度下素烧10min,然后在真空油浸室中浸没到含有碳粉和纳米氧化铝的浸渍液中30s,真空油浸室的压力先控制在-0.2Mpa保持10s,然后升压至1.5Mpa,保持10s,取出沥干后再在850℃的温度下素烧10min,重复浸液、素烧2次;
所述的浸渍液包括以下重量份的物质:碳粉8份、纳米氧化铝8份、聚丙烯酸铵盐0.1份、聚硅氧烷接枝聚醚化合物0.1份、乙醇20份。
(4)施釉;
(5)在温度为1300℃、压力为2.5Mpa的条件下釉烧,保温4h,自然冷却,即得低气孔率的陶瓷制品。
实施例3
一种低气孔率陶瓷的制造工艺:
(1)将陶瓷坯体原料在高速混合机中充分混匀,然后置于真空箱中脱除空气,所述的真空箱的压力为0.45Mpa;
(2)塑形陶坯,晾干、精洗;
(3)将陶坯在900℃的温度下素烧10min,然后浸没到含有碳粉和纳米氧化铝的浸渍液中30s,取出沥干后再在900℃的温度下素烧10min,重复浸液、素烧3次;
所述的浸渍液包括以下重量份的物质:碳粉20份、纳米氧化铝8份、聚丙烯酸铵盐2份、吐温60 2份、甲醇35份。
(4)施釉;
(5)在温度为1500℃、压力为2Mpa的条件下釉烧,釉烧时,采用电磁谐振装置提供振动压力,压力振幅为0.6Mpa,振动频率为200Hz,保温4-8h,自然冷却,即得低气孔率的陶瓷制品。
对比例1
采用如实施例1的陶瓷制造工艺,不同的是,取消浸液、素烧的重复操作,得到陶瓷制品。
对比例2
采用如实施例1的陶瓷制造工艺,不同的是,在常压下进行釉烧操作,得到陶瓷制品。
对比例3
采用如实施例1的陶瓷制造工艺,不同的是,取消浸液、素烧的重复操作,并且在常压下进行釉烧,得到陶瓷制品。
对实施例1-3及对比例1-3的陶瓷性能进行测试,并记录到表1中。
表1实施例1-3、对比例1-3陶瓷性能
气孔率/(%) | 弯曲强度/(Mpa) | |
实施例1 | 3.4 | 637 |
实施例2 | 2.8 | 648 |
实施例3 | 2.5 | 642 |
对比例1 | 8.9 | 348 |
对比例2 | 9.2 | 358 |
对比例3 | 15.4 | 268 |
由以上数据可以看出,本发明提供的制造工艺制造出的陶瓷具有超低气孔率和高的弯曲强度。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种低气孔率陶瓷的制造工艺,其特征在于:包括以下步骤:
(1)将陶瓷坯体原料在高速混合机中充分混匀,然后置于真空箱中脱除空气;
(2)塑形陶坯,晾干、精洗;
(3)将陶坯在850~900℃的温度下素烧5~10min,然后浸没到含有碳粉和纳米氧化铝的浸渍液中20-30s,取出沥干后再在850~900℃的温度下素烧5~10min,重复浸液、素烧2~3次;
(4)施釉;
(5)在温度为1300~1500℃、压力为0.5~2.5Mpa的条件下釉烧,保温4~8h,自然冷却,即得低气孔率的陶瓷制品。
2.根据权利要求1所述的低气孔率陶瓷的制造工艺,其特征在于:在步骤(1)中,真空箱的压力为0.01~0.45Mpa。
3.根据权利要求1所述的低气孔率陶瓷的制造工艺,其特征在于:在步骤(3)中,所述的浸渍液包括以下重量份的物质:碳粉8~20份、纳米氧化铝3~8份、分散剂0.1~2份、表面活性剂0.1~2份、溶剂20~35份。
4.根据权利要求3所述的低气孔率陶瓷的制造工艺,其特征在于:所述的分散剂为聚丙烯酸铵盐。
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