CN109095907A - 一种以石英为基体材料的高硅陶瓷和制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于一种日用陶瓷技术领域，具体是涉及到一种以石英为基体材料的高硅陶瓷和制备方法，其产品中二氧化硅的重量含量为84‑88％，氧化铝的重量含量为7‑11％，氧化钾的重量含量为3‑3.5％，氧化钠的重量含量为0.5‑1.0％，氧化钙的重量含量为0.3‑0.4％，氧化铁的重量含量小于0.07‑0.11％，氧化镁的重量含量为0.2‑0.3％；所述以石英为基体材料的高硅陶瓷的密度为2.5～2.55g/cm3，抗折强度为120～140Mpa，瓷胎的白度不小于80；本发明解决制品的炸瓷缺陷，提高制品的热稳定性。

Description

一种以石英为基体材料的高硅陶瓷和制备方法
技术领域
本发明属于一种日用陶瓷技术领域，具体是涉及到一种以石英为基体材料的高硅陶瓷和 制备方法。
背景技术
现我国所生产日用瓷，以长石瓷、骨灰瓷、镁质瓷等为主，再后各瓷种配方相互溶合互 补，再延生出长石骨质瓷与长石镁质瓷等瓷种。而这些瓷种中的共同点都是以20～30％的长 石，40～60％的塑性粘土或高岭土，15％以下的石英组配而成。而其中作为主要原料的塑性粘 土或高岭土的用量比较大。因此，开发非铝硅酸盐的日用陶瓷材料体系，改变现在日用陶瓷 生产对粘土的依赖，寻找廉价、储量丰富的替代资源成为解脱日用陶瓷行业资源困境的需要。
为了得到最佳的制备条件，文献：高硅质瓷的制备，刘阳，李健，中国陶瓷，第52卷第 1期，2016年1月。公开了不同条件对高石英质瓷的性能的影响，结果表明，其长石的最佳用量为8％，石英原料的最佳粒度大小在12.82μm，高石英质瓷的最佳烧成温度为1320℃(继续提高烧成温度(烧成温度为1400℃)，试样的吸水率增大，抗折强度减小)，坯体试样的最大弯曲强度为118.2MPa、白度为79.2，高石英质瓷的主晶相以石英、方石英、莫来石为主。
中国专利申请号为201310743366.3专利公开了利用沙漠风积沙制备石英质陶瓷的方法， 其以沙漠风积沙为主要原料、配合以高岭土、膨润土、蒙脱石、钾长石、钠长石、石灰石、 氧化铝和氧化镁辅助原料，通过湿法球磨制粉，混合粉体的最终化学组成的质量比控制为 57-85％SiO2、3-15％Al2O3、2-7％MgO、3-12％K2O、3-8％Na2O、2-8％CaO。将球磨后的混合粉料进 行造粒，造粒后的粉料在高压下成型，成型后的毛坯在高温下烧结2-4小时，随炉冷却到室 温，获得具有不同石英含量和不同致密度的石英质陶瓷。
上述专利中所述我国西北沙漠资源中的风积沙，铁含量高，其最终产品物中的铁含量亦 远高于0.11％，故其在白度上远不如本发明，且在高温烧成时，因三氧化二铁含量多，易出 现起泡现象。
上述专利中用纯氧化铝和氧化镁作为辅助原料，其配方中所用分量较高，使得成本较高， 无形中增加生产的成本与难度。
上述专利中所述的致密度是最终产物的烧结程度，表征在最终产物的开口气孔率和闭口 气孔率之和，在表述上以吸水率来表述。按其所述，其最终产物的吸水率按其吸水率描述为 3％、6％、4％，吸水率较高。
一般日用瓷都是以控制最终产物中的SiO2的含量(65％～75％)来提高热稳定性，防止炸 瓷；高硅陶瓷中，二氧化硅的含量远远高于75％，因此，炸瓷现象频繁发生，如何提高高硅 陶瓷的热稳定性，是非常重要的课题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种以石英为基体材料的高硅陶瓷和制备方法，解决制 品的炸瓷缺陷，提高制品的热稳定性。
本发明的内容为一种以石英为基体材料的高硅陶瓷，其原料包括如下重量份的各组分：
所述矿化剂中含有碱土金属氧化物；
所述以石英为基体材料的高硅陶瓷产品中，二氧化硅的重量含量为84-88％，氧化铝的重 量含量为7-11％，氧化钾的重量含量为3-3.5％，氧化钠的重量含量为0.5-1.0％，氧化钙的重 量含量为0.3-0.4％，氧化铁的重量含量小于0.07-0.11％，氧化镁的重量含量为0.2-0.3％；
所述以石英为基体材料的高硅陶瓷的密度为2.5～2.55g/cm3，抗折强度为120～140Mpa， 瓷胎的白度不小于80。
具体的，本发明的产物中各成份的具体重量含量配比为：
SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> TiO<sub>2</sub> CaO MgO K<sub>2</sub>O Na<sub>2</sub>O
84～88 7～11 0.07～0.11 0.01～0.05 0.3～0.4 0.2～0.3 3.0～3.5 0.5～1.0
优选的，其原料包括如下重量份的各组分：
优选的，所述碱土金属氧化物为氧化钙与氧化镁。
优选的，所述氧化钙与氧化镁的重量配比为1～2:1～2。
优选的，所述胶水包括聚乙烯醇、阿拉伯胶和纤维素,优选为聚乙烯醇、阿拉伯胶和纤维 素的水溶液，溶质为聚乙烯醇、阿拉伯胶和纤维素，溶质的质量分数为1-99％，以能溶解溶 质为宜。
优选的，所述聚乙烯醇、阿拉伯胶和纤维素的重量比为0.05～1:0.05～1:0.05～1。
本发明所述瓷泥为制作瓷器的原料，是将瓷土和瓷石搅碎和水的产物。
所述矿化剂是指经加工，含碱土金属氧化物等辉石类原料，并不是指单纯的碱土金属氧 化物的原料。
本发明所述胶水是在成型工艺过程中，起坯体的粘作用，并能增加坯体的生坯强度，在 高温烧成时能完全挥发。
本发明还提供一种以石英为基体材料的高硅陶瓷的制备方法，将原料中的各组分混合球 磨，250目湿筛的细度达到0.01～0.05％后，过筛，优选按滚压成型与注塑及等静压成型方式 榨泥或喷粉，成型生坯，施釉，于1360～1380℃烧制得到。
优选的，所述球磨步骤中，原料、球石、水的重量比为1:1.4～1.7:1.2～1.3。
具体流程步骤为：
1、按配方要求准确干料配比，分品种过磅。
2、按料、球石、水的重量比优选为1:1.4～1.7:1.2～1.3装填球磨。
3、球磨一定时间，细度达至0.01～0.05％后方可按规定出球过筛，除铁，榨泥，练泥沉 腐备用。
4、选取特定器型进行滚压成型，干坯，精修坯，洗水及上釉等操作。
5、置于梭式窑中经1360～1380℃温度，烧成周期为15～16小时，实测最高烧成温度为 1360～1380℃。
本发明中，石英优选为江西萍乡水洗石英，其以硅质砂岩经变质作用而成，其风化程度 较高，高温转化性好。长石优选为江西水磨长石，高岭土优选为茂名高岭土，瓷泥优选为河 南南阳瓷泥。
本发明中的各种原料，其主要成分如表1所述：
表1原料各组分的成分表
SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO K<sub>2</sub>O Na<sub>2</sub>O 烧失量
江西萍乡水洗石英 99.15 0.27 0.09 0 0 0.08 0.06 0.26
茂名高岭土 52.21 33.02 0.23 0 0.22 2.31 0.19 11.62
精品贵州土 45.13 38.51 0.29 0 0 0.3 0 15.58
河南南阳瓷泥 70.55 16.97 0.38 1.93 1.02 1.76 0.2 6.93
江西水磨长石 72.48 15.21 0.10 0.35 0.03 10.74 0.41 0.45
矿化添加剂 23.16 40.52 / 18.65 13.21 / / 0.3
本发明的有益效果是，本发明以石英为主要原料，配以小量高岭土、长石以及含碱土金 属氧化物的矿化剂，在富含大量硅的氧化物，及在矿化剂的高温湿转化的作用下，易于形成 部分性能较稳定的鳞石英及大部分性能较稳定的方石英。以解决制品的炸瓷缺陷，及提高制 品的热稳定性。本发明陶瓷制品的SiO2的含量在84％或以上，可促使在高温饱和状态的析出 性能稳定的鳞石英与方石英。AL2O3含量在12％以下，大大减少莫来石与长石类物质的生成， 为保证石英的高温饱和状态提供必要保障，以及防止产品变形。Fe2O3含量在0.11％以下，确 保制品瓷胎的白度达至80以上，本发明所制得的制品吸水率为0.1％以下。
本发明所述矿化剂泛指内生成矿作用中对成矿物质的运移和集中起重要媒介作用的物 质。加入少量的矿化剂能促进烧结和改善制品某些性能。本发明所用的矿化剂属复合矿化剂。
本发明中主要是通过在富含大量硅的氧化物(含量在80％或以上)坯体中控制Al2O3的含 量(在12％以下)，抑制莫来石晶相的生成，从而提高SiO2的高温饱和度，并添加含碱土金属 (钙与镁)氧化物的矿化剂，在高温情况下，含钙与镁矿化剂对SiO2产生湿转化的作用，易 于形成部分性能较稳定的鳞石英及大部分性能较稳定的方石英。从而提高热稳定性，防止炸 瓷；本发明亦是通过控制最终产物中的Fe2O3含量来提高白度，但本发明中因使用大量含铁量 低的水磨石英，而只使用小量含铁量高的粘土及高岭土类原料。本发明通过控制最终产物中 的通过控制最终产物中的K2O、CaO、MgO的含量和烧成温度来控制最终产物的致密度，而本 发明中因Fe2O3含量低于0.11％，Na2O含量在0.5～1.0间，令在高温时产生坯泡及变形的情况 很少发生，使其最终产物的致密度达到99.9以上提供保障；对抗折强度的提高亦得到有力的 保障。亦为大批稳定生产提供有力支撑依据。
具体实施方式
实施例1
本发明的配方中的组分和含量为：
所述精品贵州土属于高岭土的一种。
所述矿化剂中含有10-20％重量份的氧化钙，10-20％重量份的氧化镁。
所述胶水包括聚乙烯醇、阿拉伯胶和纤维素，所述聚乙烯醇、阿拉伯胶和纤维素的重量 比为0.6:0.5:0.4。
准确配出上述配方中各原料重量，按上制泥方法制作泥条、成型生坯、施釉、置于窑中 1380℃温度15小时烧成，所得高硅陶瓷产品吸水率测试及热稳定性测试如下：
吸水率测试：
热稳定性测试：
样品编号 热稳定性(180℃--20℃)
A 通过
B 通过
C 通过
D 通过
E 通过
实施例2
本发明的配方中的组分和含量为：
所述精品贵州土属于高岭土的一种。
所述矿化剂中含有10-20％重量份的氧化钙，10-20％重量份的氧化镁。
所述胶水包括聚乙烯醇、阿拉伯胶和纤维素，所述聚乙烯醇、阿拉伯胶和纤维素的重量 比为0.7:0.2:0.1。
准确配出上述配方中各原料重量，按上制泥方法制作泥条、成型生坯、施釉、置于窑中 1370℃温度15.5小时烧成，所得高硅陶瓷产品吸水率测试及热稳定性测试如下：
吸水率测试：
热稳定性测试：
样品编号 热稳定性(180℃--20℃)
A 通过
B 通过
C 通过
D 通过
E 通过
实施例3
本发明的配方中的组分和含量为：
所述矿化剂中含有10-20％重量份的氧化钙，10-20％重量份的氧化镁。
所述胶水包括聚乙烯醇、阿拉伯胶和纤维素，所述聚乙烯醇、阿拉伯胶和纤维素的重量 比为0.2:0.6:0.2。
准确配出上述配方中各原料重量，按上制泥方法制作泥条、成型生坯、施釉、置于窑中 1360℃温度16小时烧成，所得高硅陶瓷产品吸水率测试及热稳定性测试如下：
吸水率测试：
热稳定性测试：
样品编号 热稳定性(180℃--20℃)
A 通过
B 通过
C 通过
D 通过
E 通过
本发明是根据我国日用陶瓷抗热震性测试国家标准(GB/T3532—2009)中，在要求测试 温度下，一次性测试5件产品，任一件产品都必须通过该要求温度的抗热震性测试，方为通 过测试，任一件不通过，则判断为不通过。
对比例1
采用中国专利申请号为201310743366.3的专利中的技术方案。
对比例2
本申请和实施例1相比，缺少胶水，其他组分和方法步骤同实施例1。
对比例3
本申请和实施例1相比，江西水磨长石的重量份数为8份，其他组分和方法步骤同实施 例1。
测试实施例1和对比例1-3的热稳定性，白度和吸水率，其结果如下。
实施例1制品的性能测试结果
样品编号 白度(％) 比重(/cm<sup>3</sup>) 抗折强度(MPa)
实施例1 83.3 2.54 132
实施例2 82.1 2.51 127
实施例3 82.5 2.53 129
对比例1-4制品的性能测试结果
样品编号 白度(％) 比重(/cm<sup>3</sup>) 抗折强度(MPa)
对比例1 56.3 2.01 50
对比例2 67.8 2.29 88
对比例3 65.6 2.23 81
通过实施例1和对比例1-3的分析可知，对比例1-3的白度、比重和抗折强度都远低于 本发明。本申请的胶水、长石以及矿化剂都在本发明中其到比较重要的作用，使得本发明的 产物和现有技术相比，其白度、比重和抗折强度方面都远高于现有技术中的产品。

Claims (8)

1.一种以石英为基体材料的高硅陶瓷，其特征是，其原料包括如下重量份的各组分：
所述矿化剂中含有碱土金属氧化物；
所述以石英为基体材料的高硅陶瓷产品中，二氧化硅的重量含量为84-88％，氧化铝的重量含量为7-11％，氧化钾的重量含量为3-3.5％，氧化钠的重量含量为0.5-1.0％，氧化钙的重量含量为0.3-0.4％，氧化铁的重量含量小于0.07-0.11％，氧化镁的重量含量为0.2-0.3％；
所述以石英为基体材料的高硅陶瓷的密度为2.5～2.55g/cm3，抗折强度为120～140Mpa，瓷胎的白度不小于80。
2.如权利要求1所述以石英为基体材料的高硅陶瓷，其特征是，其原料包括如下重量份的各组分：
3.如权利要求1所述以石英为基体材料的高硅陶瓷，其特征是，所述碱土金属氧化物为氧化钙与氧化镁。
4.如权利要求3所述以石英为基体材料的高硅陶瓷，其特征是，所述氧化钙与氧化镁的重量配比为1～2:1～2。
5.如权利要求1-4任一项所述以石英为基体材料的高硅陶瓷，其特征是，所述胶水包括聚乙烯醇、阿拉伯胶和纤维素。
6.如权利要求5所述以石英为基体材料的高硅陶瓷，其特征是，所述聚乙烯醇、阿拉伯胶和纤维素的重量比为0.05～1:0.05～1:0.05～1。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的以石英为基体材料的高硅陶瓷的制备方法，其特征是，将原料中的各组分混合球磨15左右小时，250目湿筛的细度为0.01～0.05％后，过筛，榨泥或喷粉，成型生坯，施釉，于1360～1380℃烧制得到。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征是，所述球磨步骤中，原料、球石、水的重量比为1:1.4～1.7:1.2～1.3。
CN201811140307.6A 2018-09-28 2018-09-28 一种以石英为基体材料的高硅陶瓷和制备方法 Pending CN109095907A (zh)

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