CN108439944A - 耐高温陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种耐高温陶瓷，该耐高温陶瓷包括以下重量份的原料：25～50份的锂辉石粉、30～50份的高岭土、5～20份的陶土、4～10份的石英砂和5～20份的含碳组分。本申请还公开了上述耐高温陶瓷的制备方法。本申请解决了为提高含锂陶瓷耐热度需要增加锂辉石用量，从而增加了生产成本，以及现有含锂陶瓷制品存在的抗热冲击不佳，强度低，密度大，低温内应力大的技术问题。

Description

耐高温陶瓷及其制备方法
技术领域
本申请涉及陶瓷材料技术领域，具体而言，涉及一种耐高温陶瓷及其制备方法。
背景技术
现有的耐高温陶瓷制品，尤其是砂锅等需要高温加热使用的餐具，是用锂辉石及其它成瓷材料烧制而成的。在烧制耐高温陶瓷制品时按一定比例加入锂辉石，利用锂辉石稳定、耐热的特性，可以以弥补传统烧制工艺制得的陶瓷制品干烧易裂的缺点。例如，锂辉石质耐热砂锅在烧至600℃时投入20℃水中不裂，具有良好的热稳定性能。但是，加入锂辉石烧制的含锂陶瓷制品现仍然存在抗热冲击不佳，强度低，密度大，低温内应力大，成本高的特点。随着锂含量的增加，含锂陶瓷材料中锂辉石比率越高，陶瓷的耐热冲击性能越好，但是锂辉石的成本高，实际生产中往往需要在耐热度和生产成本之间寻求平衡。
针对为提高含锂陶瓷耐热度需要增加锂辉石用量，从而增加了生产成本，以及现有含锂陶瓷制品存在的抗热冲击不佳，强度低，密度大，低温内应力大的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种新型耐高温陶瓷，以克服现有含锂陶瓷存在的上述缺点，以及解决生产中为提高耐热度需要增加锂辉石用量导致成本增加的技术问题。
为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种耐高温陶瓷，该耐高温陶瓷包括以下重量份的原料：25～50份的锂辉石粉、30～50份的高岭土、5～20份的陶土、4～10份的石英砂和5～20份的含碳组分。
高岭土是烧制陶瓷的主要材料，用量大，在烧成中高岭土分解生成莫来石，莫来石赋予陶瓷具有良好的耐热性和机械强度，形成坯体强度的主要框架，可防止制品的变形，还能使坯体具有一定的白度。同时，高岭土具有一定的可塑性、粘结性、悬浮性和结合能力，赋予瓷泥、瓷釉良好的成形性。
陶土也是一种陶瓷原料，矿物成分复杂，主要由水云母、高岭石、蒙脱石、石英及长石所组成的粉砂-砂质粘土，化学成分与一般粘土相似，与高岭土相比，Al2O3含量较低，SiO2、Fe2O3含量较高。其吸水性、吸附性、加水后可塑性中等，干燥和烧结性能较好。陶土以黄陶土较为常见，具有地域分布广泛，成本低廉的特点。
在陶瓷原料中加入锂辉石，既作助熔剂，同时又是保证生成低热膨胀晶体的重要组分，原料中加入锂辉石后吸水率低，烧成温度可降低而强度增加。锂辉石在耐热陶瓷炊餐具生产中应用广泛，锂辉石质耐热砂锅能够经受长期的急冷急热条件下的考验仍完好无损，具有良好的热稳定性能，同时锂辉石是属于水晶类弱碱性矿石，富含多种矿物质通过加热可分解弱碱性矿物质，用加入锂辉石的陶瓷砂锅来煲煮食物可以补充身体所需微量元素，具有一定养生功效。
石英砂是花岗岩、伟晶岩等风化成细粒后，由水流冲击沉积而成的，石英砂在陶瓷工业中通常作为陶瓷及耐火材料瓷器的胚料和釉料，对泥料的可塑性起调节作用。在陶瓷烧成时，石英影响陶瓷坯体的体积收缩，对坯体的力学强度有着很大的影响。
向上述含锂陶瓷的原料中加入含碳组分的目的在于向原料中引入碳元素，碳的价电子层结构为2s22p2，在化学反应中它既不容易失去电子，也不容易得到电子，难以形成离子键，而是形成特有的共价键，基于碳元素特有的性质，碳元素间容易形成多种空间立体结构，在陶瓷烧制过程中，碳本身不发生瓷化反应，它的加入改良了陶瓷成品内部的受力结构和物理性能，从而使成品内部应力变小，密度降低，抗拉强度增大，耐热冲击性能更好，热传导效率更高。
进一步地，所述含碳组分包括碳材料或含碳元素的生物质。
碳材料是主要以煤、石油或它们的加工产物等有机物质作为主要原料经过一系列加工处理过程得到的一种非金属材料，其主要成分是碳，包括木炭、活性炭、碳纤维、炭黑、金刚石、玻璃炭等，本申请优选使用价格低廉的碳材料以节约成本，但是包括新型碳材料在内的其他碳材料均在本申请保护范围内。
含碳元素的生物质一般为农林废弃物，如木材、草、秸秆、锯末等，含碳元素的生物质碳化释放出碳。碳化同炭化，是指生物质在缺氧或贫氧条件下，以制备相应的炭材为目的的一种热解过程，生物质碳化的主要固态产物为木炭。
进一步地，所述的耐高温陶瓷包括以下重量份的原料：40份的锂辉石粉、30份的高岭土、10份的陶土、8份的石英砂和5份的木炭。
进一步地，所述的耐高温陶瓷包括以下重量份的原料：30份的锂辉石粉、40份的高岭土、20份的陶土、10份的石英砂和20份的活性炭。
进一步地，所述的耐高温陶瓷包括以下重量份的原料：25份的锂辉石粉、35份的高岭土、15份的陶土、4份的石英砂和18份的碳纤维。
进一步地，所述的耐高温陶瓷包括以下重量份的原料：50份的锂辉石粉、45份的高岭土、8份的陶土、9份的石英砂和20份的炭黑。
进一步地，所述的耐高温陶瓷包括以下重量份的原料：35份的锂辉石粉、50份的高岭土、12份的陶土、6份的石英砂和15份的秸秆。
进一步地，所述的耐高温陶瓷包括以下重量份的原料：48份的锂辉石粉、32份的高岭土、5份的陶土、9份的石英砂和19份的锯末。
为了实现上述目的，根据本申请的另一方面，提供了上述耐高温陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
按比例将原料加水球磨成泥浆，过滤，压榨至含水量为5-10％，使用炼泥机炼泥后静置24小时，制胚，在50-70℃的温度下干燥，入窑，烧制温度逐渐升至1270℃，烧制1小时后降温即得。
进一步地，所述过滤的步骤为：泥浆入搅拌池中搅拌，使搅拌均匀的泥浆通过放置强磁铁棒的导流槽后过筛。
在过滤过程中为防止泥浆沉淀，需要对泥浆进行搅拌，通过放置强磁铁棒的导流槽，用于吸附泥浆中的含铁杂质，优选地，导流槽中的强磁铁棒均匀放置。
在本申请实施例中，采用在传统的烧制含锂陶瓷的原料中加入含碳组分的方式，通过含碳组分的加入，使陶瓷内部应力更小，密度变小，抗拉强度增大，耐热冲击性能更好，热传导效率更高，此外，加入含碳组分减少了锂辉石的用量，大大降低了原料成本。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“包括”以及它的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列原料或步骤的过程、方法或产品不必限于清楚地列出的那些原料或步骤，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法或产品固有的其它原料或步骤。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
一种耐高温陶瓷，包括以下重量份的原料：40份的锂辉石粉、30份的高岭土、10份的陶土、8份的石英砂和5份的木炭。
实施例2
一种耐高温陶瓷，包括以下重量份的原料：30份的锂辉石粉、40份的高岭土、20份的陶土、10份的石英砂和20份的活性炭。
实施例3
一种耐高温陶瓷，包括以下重量份的原料：25份的锂辉石粉、35份的高岭土、15份的陶土、4份的石英砂和18份的碳纤维。
实施例4
一种耐高温陶瓷，包括以下重量份的原料：50份的锂辉石粉、45份的高岭土、8份的陶土、9份的石英砂和20份的炭黑。
实施例5
一种耐高温陶瓷，包括以下重量份的原料：35份的锂辉石粉、50份的高岭土、12份的陶土、6份的石英砂和15份的秸秆。
实施例6
一种耐高温陶瓷，包括以下重量份的原料：48份的锂辉石粉、32份的高岭土、5份的陶土、9份的石英砂和19份的锯末。
实施例1至6所述的耐高温陶瓷除包括实施例中记载的原料组分外，还可以加入其他改善该耐高温陶瓷性能的其他组分，如包括三氧化二铝粉、氮化铝粉在内的新型陶瓷粉体原料等。
实施例1至6中耐高温陶瓷的制备方法包括以下步骤：
按比例将原料加水球磨成泥浆，泥浆入搅拌池中搅拌，使搅拌均匀的泥浆通过放置强磁铁棒的导流槽后过筛，过滤后压榨至含水量为5-10％，使用炼泥机炼泥后静置24小时，制胚，在50-70℃的温度下干燥，入窑，烧制温度逐渐升至1270℃，烧制1小时后降温即得。
实验例实施例1至6中耐高温陶瓷的性能测试
一、实验对象
实验组：按照实施例1至6中所述原料和上述制备方法制造的相同形状的2.5L容量的陶瓷砂锅，分别设为实验组1至6，每组各3个，均为同批次烧制。
对照组：将实施例1至6中原料分别省去木炭、活性炭、碳纤维、炭黑、秸秆和锯末，其余原料及份数均相同，按照上述制备方法制造与实验组形状相同的2.5L容量的陶瓷砂锅，分别设为对照组1至6，每组各3个，均为同批次烧制。
二、实验方法
分别检测实验组和对照组中陶瓷砂锅的断裂韧性、耐压强度、耐火度指标，每组3个检测数据取平均值作为实验结果。
三、实验结果
制得的耐高温陶瓷砂锅的性能测试结果如表1所示。
表1耐高温陶瓷砂锅性能测试结果统计表
由表1中的统计结果可以看出，实验组与对照组相比，其断裂韧性、耐压强度和耐火度结果更好，因此在陶瓷原料中加入含碳组分烧制成的成品具有不易产生裂纹，耐热冲击性能好，耐压，使用寿命长的优点。此外，碳的加入可以增加陶瓷材料的导热性，降低产品密度，加入秸秆、锯末等农林废弃物或其他普通碳材料可以相应减少锂辉石用量，大大节约了耐高温陶瓷的生产成本。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耐高温陶瓷，其特征在于，包括以下重量份的原料：25～50份的锂辉石粉、30～50份的高岭土、5～20份的陶土、4～10份的石英砂和5～20份的含碳组分。
2.根据权利要求1所述的耐高温陶瓷，其特征在于，所述含碳组分包括碳材料或含碳元素的生物质。
3.根据权利要求1所述的耐高温陶瓷，其特征在于，包括以下重量份的原料：40份的锂辉石粉、30份的高岭土、10份的陶土、8份的石英砂和5份的木炭。
4.根据权利要求1所述的耐高温陶瓷，其特征在于，包括以下重量份的原料：30份的锂辉石粉、40份的高岭土、20份的陶土、10份的石英砂和20份的活性炭。
5.根据权利要求1所述的耐高温陶瓷，其特征在于，包括以下重量份的原料：25份的锂辉石粉、35份的高岭土、15份的陶土、4份的石英砂和18份的碳纤维。
6.根据权利要求1所述的耐高温陶瓷，其特征在于，包括以下重量份的原料：50份的锂辉石粉、45份的高岭土、8份的陶土、9份的石英砂和20份的炭黑。
7.根据权利要求1所述的耐高温陶瓷，其特征在于，包括以下重量份的原料：35份的锂辉石粉、50份的高岭土、12份的陶土、6份的石英砂和15份的秸秆。
8.根据权利要求1所述的耐高温陶瓷，其特征在于，包括以下重量份的原料：48份的锂辉石粉、32份的高岭土、5份的陶土、9份的石英砂和19份的锯末。
9.权利要求1至8任一项所述的耐高温陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按比例将原料加水球磨成泥浆，过滤，压榨至含水量为5-10％，使用炼泥机炼泥后静置24小时，制胚，在50-70℃的温度下干燥，入窑，烧制温度逐渐升至1270℃，烧制1小时后降温即得。
10.根据权利要求9所述的耐高温陶瓷的制备方法，其特征在于，所述过滤的步骤为：泥浆入搅拌池中搅拌，使搅拌均匀的泥浆通过放置强磁铁棒的导流槽后过筛。
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