CN109206130A - 一种新型釉彩复合陶瓷的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型釉彩复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：（1）底层基料制备；（2）中层基料制备；（3）表层基料制备；（4）贴合；（5）上色烧制；在制备时，不同层的材料使用不同的方式进行陈腐处理，由于原料的配比合理，分散效果较好，在保证材料性能的情况下，能显著降低材料的陈腐时间，为了能够使各层间更紧密的连接，对不同层材料的陈腐时间进行了调整，调整后能使得各层间在进行压制时，层间进行渗透，形成稳定的连接，不会出现烧结时出现的开裂、分层等现象，同时，与色料层的连接强度也可以明显提升。

Description

一种新型釉彩复合陶瓷的制备方法
技术领域
本发明属于陶瓷加工领域，具体涉及一种新型釉彩复合陶瓷的制备方法。
背景技术
但自古以来，这种鲜艳红色烧成者极稀，为世所珍。用适当的还原焰煅烧，可以得到美丽的红色，只要略有偏失，还原不完全，或部分氧化，都可能造成发灰、发绿、发黑、或烧失等现象。从考古资料看，我国唐代已开始利用铜烧出红色，山西省交城窑即出白釉红斑器；宋代河南禹县钧窑已大量烧制铜红斑钧釉瓷；元末明初景德镇始烧一色红釉器，其中以明初永乐、宣德的鲜红（又称“霁红”、“祭红”）最著名。明中期铜红釉曾一度失传，改烧矾红。
铜红釉对于火焰的温度及煅烧的温度极其敏感，温度稍有变化容易造成颜色差异，影响制品的品质。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型釉彩复合陶瓷，通过对基料和色料的调整，使得彩釉的效果好，颜色稳定。
本发明通过以下技术方案实现：
一种新型釉彩复合陶瓷，包括基料和色料，所述基料包括底层基料、中层基料和表层基料，
底层基料由以下重量份的原料制成：钙霞石55-62份、氧化铝10-15份、硅酸锆8-12份、氧化锌4-5份、黏土8-10份；在底层基料中，以钙霞石为基体，加入氧化铝、氧化锆等耐高温、高强度的填料，能显著提升陶瓷的强度和耐高温性能，而且使用氧化锌及氧化铝具有良好的分散和辅助分散的效果，有助于各成分的分散，而且利用和中层基料的结合，避免底层基料和中层基料在烧制过程中产生开裂。
中层基料由以下重量份的原料制成：高岭土45-50份、碳酸钡8-12份、正长石15-18份、云母粉5-7份、羧甲基纤维素钠7-9份、纳米二氧化钛5-7份；中层基料使用高岭土作为主要原料，通过复配，纳米二氧化钛表面微孔具有吸附作用，而且其他成分填充后，能够提升对其他成分的连接强度，使得中层基料具有与其他层原料更好的结合能力，中层基料在加工时可以将表层基料和底层基料紧密地连接，避免出现开裂，而且中层基料本申请具有较高的强度，可以保持陶瓷的基本性能。
表层基料由以下重量份的原料制成：钾长石13-14份、石英石90-95份、硅酸铝7-10份、蒙脱石6-7份、纳米二氧化钛3-5份。表层基料中使用钾长石、石英石为主要原料，可以为陶瓷提供足够的硬度，加入硅酸铝可以提升耐火性能，避免烧制时出现裂缝，蒙脱石和纳米二氧化钛对于原料的分散具有极好的促进作用，而且具有两者具有良好的吸附分散效果，在成型后，色浆中金属离子等能够与纳米二氧化钛紧密络合而均匀地分散在陶瓷表面，经过高温烧制后显现出均匀的光泽。
所述色料中的各成分的重量比如下：碳酸铜80-85%、钛白粉10-12%、碳酸镁5-15%。
所述底层基料中硅酸锆使用以下方法进行处理，（1）、将纳米硅酸锆使用无水乙醇浸泡处理20min，浸泡过程中不断搅拌，过滤，得到醇洗纳米硅酸锆；
（2）、将醇洗纳米硅酸锆与其重量0.5%的硅烷偶联剂混合，使用高速搅拌机混合处理30min，搅拌速度为2000-2500r/min；
（3）、将碳纳米管使用3mol/L的磷酸溶液浸泡处理20min，然后在45-50℃烘干，然后与步骤（2）得到的产物混合，在1500-1800r/min的转速下混合搅拌15-20min，得到处理后的硅酸锆；处理过程中纳米硅酸锆与碳纳米管的重量比为30-35:1。硅酸锆进行处理后，可以显著提升其分散效果，而且添加了碳纳米管，能够提升材料吸附性和稳定性，对于底层基料和中层基料的粘附也具有良好的促进作用。
一种新型釉彩复合陶瓷，其制备方法如下：
（1）、底层基料制备，将钙霞石粉碎，过100目筛，然后将粉碎的霞长石、与氧化铝、硅酸锆、氧化锌、黏土混合，使用粉碎机对各成分进行研磨，过120目筛，然后将各成分在200-220℃翻炒10-15min，得到底层基料混合料；向混合料中加入混合料重量3倍的水，搅拌30-40min，密封，在25-30℃下陈腐40-50天，得预处理底层基料；
（2）、将正长石、云母粉、高岭土进行研磨，过100目筛，然后加入上述原料重量3倍的水，在500-600r/min的转速下搅拌处理45-60min，密封，进行变温陈腐处理2-3天，再加入碳酸钡、纳米二氧化钛、羧甲基纤维素钠搅拌均匀，密封，在22-25℃下恒温陈腐15-20天，得预处理中层基料；
（3）、将钾长石、石英石、蒙脱石使用粉碎机破碎，过100目筛，加入硅酸铝和纳米二氧化钛，使用高速搅拌机在1200-1500r/min的转速下搅拌40-45min，加入混合物重量3-5倍的水，静置2h使水渗透分散，然后搅拌混合均匀，密封在28-32℃下陈腐处理26-30h，得到预处理表层基料；
（4）、将步骤（1）得到的预处理底层基料、步骤（2）得到的预处理中层基料和步骤（3）得到的预处理表层基料分别使用真空挤出机挤出混合，将三种预处理基料分别制成片状，贴合，形成3层层叠结构，然后，将贴合后的原料在温度为28-30℃、相对湿度60%的环境中放置10-15h，然后在3-5MPa的压强下进行压制，使各层间连接紧密，制坯，成型；
（5）、将成型后的原料升温至300-350℃下烧制1-2h，然后将色料调成色浆，涂抹在成型后的表层基料上，然后在50-60℃下干燥，在585-590℃保温处理1-3min，然后升温至595-610℃保温10-12min，在805-820℃下处理25-30min，然后升温至1285-1310℃烧结成型。在制备时，不同层的材料使用不同的方式进行陈腐处理，由于原料的配比合理，分散效果较好，在保证材料性能的情况下，能显著降低材料的陈腐时间，为了能够使各层间更紧密的连接，对不同层材料的陈腐时间进行了调整，调整后能使得各层间在进行压制时，层间进行渗透，形成稳定的连接，不会出现烧结时出现的开裂、分层等现象，同时，与色料层的连接强度也可以明显提升。
在1285-1310℃烧结成型时间为8-15h。
所述步骤（2）中变温陈腐方法为先在15℃静置5h，然后在24℃静置2h，再降温至5℃处理6h，如此反复循环处理。
在色浆干燥后，先在587-588℃处理2min，然后升温至599-601℃保温10min，在815-818℃处理25min，然后升温至1302℃烧结成型。
所述底层基料、中层基料和表层基料的厚度比为3-5:1-2：1-2。
本发明的有益效果：本发明制备的新型釉彩复合陶瓷的基料采用三种不同配方的原料复合制成，底层原料具有良好的强度和耐腐蚀性，可以支撑成型瓷器的稳定性及使用的强度，中层基料具有良好的连接络合作用，起到底层和表层的连接稳定作用，表层材料对具有很好的强度、硬度，并且对色料中的物质具有很好的吸附作用，能够有效提升材料使用的稳定性和对色彩的稳定性。
本申请采用碳酸铜、钛白粉和碳酸镁作为色料的配比，利用铜离子的显色，结合钛白粉的稳定性，利用表层基料对色料的吸附和分散作用，提升色彩的稳定性，通过本申请中表层基料和色料的结合，在烧制时，可以使色釉显现鲜艳的铜红色，在相对较宽的温度范围内烧结，都可以使得釉料具有良好的色彩稳定性。本申请中制备的成品率在95%以上，显著提升了成品率。
本申请中颜料不使用含铅的颜料，通过对基料的复配，能够使色釉更好地在表层基料上混合分散，提升色彩的稳定性，避免对环境的污染。
本申请中采用复合结构制备陶瓷，减少了锆和铝氧化物的使用量，但是，也能保持陶瓷具有很好的强度。
具体实施方式
实施例1
一种新型釉彩复合陶瓷，包括基料和色釉，所述基料包括底层基料、中层基料和表层基料，
底层基料由以下重量份的原料制成：钙霞石58份、氧化铝13份、硅酸锆10份、氧化锌4.2份、黏土9份；
中层基料由以下重量份的原料制成：高岭土48份、碳酸钡11份、正长石18份、云母粉6份、羧甲基纤维素钠7.5份、纳米二氧化钛6.2份；
表层基料由以下重量份的原料制成：钾长石14份、石英石92份、硅酸铝8份、蒙脱石6.5份、纳米二氧化钛4份。
所述色料中的各成分的重量比如下：碳酸铜82%、钛白粉11%、碳酸镁7%。
所述底层基料中硅酸锆使用以下方法进行处理，（1）、将纳米硅酸锆使用无水乙醇浸泡处理20min，浸泡过程中不断搅拌，过滤，得到醇洗纳米硅酸锆；
（2）、将醇洗纳米硅酸锆与其重量0.5%的硅烷偶联剂混合，使用高速搅拌机混合处理30min，搅拌速度为2000-2500r/min；
（3）、将碳纳米管使用3mol/L的磷酸溶液浸泡处理20min，然后在45-50℃烘干，然后与步骤（2）得到的产物混合，在1500-1800r/min的转速下混合搅拌15-20min，得到处理后的硅酸锆；处理过程中纳米硅酸锆与碳纳米管的重量比为32:1。
进一步地，所述底层基料、中层基料和表层基料的厚度比为3:1:1。
一种新型釉彩复合陶瓷，其制备方法如下：
（1）、底层基料制备，将钙霞石粉碎，过100目筛，然后将粉碎的霞长石、与氧化铝、硅酸锆、氧化锌、黏土混合，使用粉碎机对各成分进行研磨，过120目筛，然后将各成分在210℃翻炒13min，得到底层基料混合料；向混合料中加入混合料重量3倍的水，搅拌30-40min，密封，在26℃下陈腐45天，得预处理底层基料；
（2）、将正长石、云母粉、高岭土进行研磨，过100目筛，然后加入上述原料重量3倍的水，在500-600r/min的转速下搅拌处理45-60min，密封，进行变温陈腐处理2天，再加入碳酸钡、纳米二氧化钛、羧甲基纤维素钠搅拌均匀，密封，在24-25℃下恒温陈腐17天，得预处理中层基料；
（3）、将钾长石、石英石、蒙脱石使用粉碎机破碎，过100目筛，加入硅酸铝和纳米二氧化钛，使用高速搅拌机在1200-1500r/min的转速下搅拌40-45min，加入混合物重量3-5倍的水，静置2h使水渗透分散，然后搅拌混合均匀，密封在30℃下陈腐处理28h，得到预处理表层基料；
（4）、将步骤（1）得到的预处理底层基料、步骤（2）得到的预处理中层基料和步骤（3）得到的预处理表层基料分别使用真空挤出机挤出混合，将三种预处理基料分别制成片状，贴合，形成3层层叠结构，然后，将贴合后的原料在温度为28-30℃、相对湿度60%的环境中放置12h，然后在4.2MPa的压强下进行压制，使各层间连接紧密，制坯，成型；
（5）、将成型后的原料升温至325℃下烧制1.6h，然后将色料调成色浆，涂抹在成型后的表层基料上，在55℃下干燥，在588℃保温处理2min，然后升温至600℃保温10min，在815℃下处理25min，然后升温至1302℃烧结成型。
所述步骤（2）中变温陈腐方法为先在15℃静置5h，然后在24℃静置2h，再降温至5℃处理6h，如此反复循环处理。
实施例2
一种新型釉彩复合陶瓷，包括基料和色料，所述基料包括底层基料、中层基料和表层基料，
底层基料由以下重量份的原料制成：钙霞石60份、氧化铝13份、硅酸锆9份、氧化锌4份、黏土9份；
中层基料由以下重量份的原料制成：高岭土48份、碳酸钡9份、正长石17份、云母粉6份、羧甲基纤维素钠8份、纳米二氧化钛6份；
表层基料由以下重量份的原料制成：钾长石13份、石英石95份、硅酸铝8份、蒙脱石6份、纳米二氧化钛4份。
各原料的处理方式及具体制备方法同实施例1。
实施例3
与实施例1相比，硅酸锆直接添加，不经过处理。
实验1
为了验证原料对铜红彩陶瓷性能的影响，本申请人进行了相关的验证试验，并设置了以下对照试验：
对比例1
与实施例1相比，不使用底层基料。
对比例2
与实施例1相比，不使用中层基料。
对比例3
与实施例1相比，不使用表层基料。
对比例4
与实施例1相比，底层基料不使用硅酸锆。
对比例5
与实施例1相比，表层基料不使用纳米二氧化钛。
检验结果如表1。
表1
外观 抗釉裂性 耐酸性 耐污性 抗弯强度/MPa 良品率（%）
实施例1 均匀鲜艳的铜红色、表面无开裂 未出现裂痕 +++++ 5级 185.3 96.5
实施例2 均匀鲜艳的铜红色、表面无开裂 未出现裂痕 +++++ 5级 182.2 96.3
实施例3 均匀鲜艳的铜红色、基本无开裂 无明显裂痕 +++++ 4级 173.6 95.1
对比例1 均匀鲜艳的铜红色、基本无开裂 有细微裂痕、不均匀 +++ 3级 123.5 87.4
对比例2 均匀鲜艳的铜红色、轻微开裂 有不规则裂痕 +++ 3级 132.6 75.2
对比例3 多杂色、均匀性及光泽性差，表面开裂较多 裂痕多，局部出现破损 ++ 2级 141.2 72.3
对比例4 相对均匀的铜红色 出现细微裂痕 ++++ 3级 133.2 86.2
对比例5 暗红带有杂色，光泽性差，表面有裂纹 出现不均匀裂痕 ++ 1级 152.1 80.5
注：表1中耐污性和抗釉裂性使用国标方法测试；
耐酸性指将成品瓷器放入质量分数5%的盐酸溶液，浸泡处理5h，观察表面的腐蚀及颜色变化情况，根据颜色及腐蚀情况采用“+”表征相对数值，“+”越多，证明耐腐蚀性越好。
由于多组对比例中无法得到标准的铜红色，因此，本实验中的良品率仅考虑制成陶瓷的外观完整度，出现开裂、鼓包等情况均属于不良品。
由表1可知，本申请实施例的制备方法得到的铜红彩陶瓷的色泽均匀，稳定性好，具有更好的抗弯强度，但是，在改变陶瓷层状结构或者原料的情况下，材料的性能显著下降，良品率也显著下降，由此可以证明，本申请经过对原料的调整及制备方式的调整，改善了传统制备方法铜红彩釉成品率低的缺陷，大大提升了铜红陶瓷制备的成品率。而且，本申请人统计了烧结过程中陶瓷基层、中层和表层的开裂情况，结果显示，实施例1、实施例2中方法制备的陶瓷在烧结过程中及测试过程中未出现层间开裂现象，实施例3中极少数出现了轻微的层间开裂现象。
实验2
为了验证不同的制备方法对陶瓷力学性能及成品率的影响，本申请设计了以下对比实验，测试结果如表2；
对比例6
与实施例1相比，在陶瓷制备时，步骤（1）中不对底层基料进行陈腐处理；
对比例7
与实施例1相比，在陶瓷制备时，步骤（2）中直接将所有原料进行恒温陈腐，不进行变温陈腐；
对比例8
与实施例1相比，不将原料进行分层加工，而是用等量的材料直接混合制成坯料后，在坯料表面使用色料，其他烧制方式与实施例1一致。
对比例9
与实施例1相比，在三层原料贴合后不在温度为28-30℃、相对湿度60%的环境中放置12h，而是直接进行压制。
表2
外观 抗釉裂性 抗弯强度/MPa 良品率（%）
对比例6 均匀鲜艳的铜红色 有轻微裂痕 129.5 72.6
对比例7 均匀鲜艳的铜红色 出现裂痕 137.2 75.3
对比例8 暗红、杂色多 裂痕多、明显 97.6 77.3
对比例9 暗红、不均匀 裂痕较明显 102.3 65.4
由表2可知，在陶瓷的制备方法出现改变后，陶瓷的性能出现明显的下降，陶瓷的良品率出现显著下降主要是因为在对工艺改变后，在制备过程中不同层间的结合强度出现显著的下降，造成烧制时材料出现开裂、变形等，而且，由于层间的稳定性差，造成陶瓷的强度和抗釉裂效果出现显著的下降。
实验3
为了验证烧结温度对釉的性能的影响，本申请进行了如下实验，并设置的对照实验，结果如表3；
对比例10
与实施例1相比，在陶瓷制备时，步骤（5）中不先将成型后的原料升温烧制处理，直接涂抹色浆。
对比例11
与实施例1相比，在陶瓷制备时，步骤（5）中上色浆后，不在585-590℃保温处理1-3min，直接进行后续温度下处理。
对比例12
与实施例1相比，在陶瓷制备时，步骤（5）中上色浆后，不在595-610℃保温10-12min，其他处理同实施例1。
对比例13
与实施例1相比，在陶瓷制备时，步骤（5）中上色浆后，不在805-820℃下处理25-30min，其他处理同实施例1。
对比例14
与实施例1相比，在陶瓷制备时，步骤（5）中上色浆后，直接升温至1302℃烧结成型，不在其他温度下进行保温处理。
对比例15
与实施例1相比，在陶瓷制备时，步骤（5）中上色浆后，直接升温至815℃烧结成型，不在其他温度下进行保温处理。
表3
外观 抗釉裂性 抗弯强度/MPa 基料间是否出现分层
对比例10 表面很粗糙、杂色 有轻微裂痕 169.5 未出现
对比例11 表面粗糙、杂色多 出现裂痕 157.2 基本未出现
对比例12 表面基本光滑、颜色不均的杂色 裂痕多、明显 137.6 轻微分层
对比例13 表面无光泽、杂色多 裂痕较明显 128.3 轻微分层
对比例14 表面开裂、颜色偏紫黑色 裂痕多、明显 86.2 大量分层、开裂
对比例15 出现轻微开裂，暗红， 裂痕多、明显 75.5 大量分层、开裂
由表3可知，烧结方式及温度对铜红釉的烧结效果具有显著的影响，在烧结过程中进行保温处理可以使得层间分子间进行滑移、渗透，然后进行烧结，可以使陶瓷的稳定性显著加强，而且，保温的温度设置对于釉的色彩和稳定性产生较明显的影响。
实验4
为了验证不同配方的色料对本申请中彩釉性能的影响，本申请进行以下对比实验进行验证，实验结果如表4；
对比例16
与实施例1相比，色料中不使用钛白粉。
对比例17
与实施例1相比，色料中不使用碳酸镁。
对比例18
与实施例1相比，所述色料中的各成分的重量比如下：碳酸铜70%、钛白粉15%、碳酸镁15%。
表4
外观 表层莫氏硬度
实施例1 均匀鲜艳的铜红色、表面无开裂 5度
对比例16 光泽性差、有少许绿色杂色 3度
对比例17 有光泽性，颜色均匀性较差 3度
对比例18 光泽性一般，暗红 4度
由表4可知，本申请实施例方法的色料加入后，对于陶瓷表层的硬度也有提升作用，主要原因在于在此配比下，钛白粉等细小微粒在烧结过程中可以提升分散效果，在烧结过程中，为了晶核，并且通过对烧结方式的控制，可以减少晶粒的体积，晶界多，提升产品硬度，同时，在此配比下，能够烧结出的陶瓷色泽更好。

Claims (5)

1.一种新型釉彩复合陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、底层基料制备，将钙霞石粉碎，过100目筛，然后将粉碎的霞长石、与氧化铝、硅酸锆、氧化锌、黏土混合，使用粉碎机对各成分进行研磨，过120目筛，然后将各成分在200-220℃翻炒10-15min，得到底层基料混合料；向混合料中加入混合料重量3倍的水，搅拌30-40min，密封，在25-30℃下陈腐40-50天，得预处理底层基料；
（2）、中层基料制备，将正长石、云母粉、高岭土进行研磨，过100目筛，然后加入上述原料重量3倍的水，在500-600r/min的转速下搅拌处理45-60min，密封，进行变温陈腐处理2-3天，再加入碳酸钡、纳米二氧化钛、羧甲基纤维素钠搅拌均匀，密封，在22-25℃下恒温陈腐15-20天，得预处理中层基料；
（3）、表层基料制备，将钾长石、石英石、蒙脱石使用粉碎机破碎，过100目筛，加入硅酸铝和纳米二氧化钛，使用高速搅拌机在1200-1500r/min的转速下搅拌40-45min，加入混合物重量3-5倍的水，静置2h使水渗透分散，然后搅拌混合均匀，密封在28-32℃下陈腐处理26-30h，得到预处理表层基料；
（4）、将步骤（1）得到的预处理底层基料、步骤（2）得到的预处理中层基料和步骤（3）得到的预处理表层基料分别使用真空挤出机挤出混合，将三种预处理基料分别制成片状，贴合，形成3层层叠结构，然后，将贴合后的原料在温度为28-30℃、相对湿度60%的环境中放置10-15h，然后在3-5MPa的压强下进行压制，使各层间连接紧密，制坯，成型；
（5）、将成型后的原料升温至300-350℃下烧制1-2h，然后将色料调成色浆，涂抹在成型后的表层基料上，然后在50-60℃下干燥，在585-590℃保温处理1-3min，然后升温至595-610℃保温10-12min，在805-820℃下处理25-30min，然后升温至1285-1310℃烧结成型；
所述底层基料由以下重量份的原料制成：钙霞石55-62份、氧化铝10-15份、硅酸锆8-12份、氧化锌4-5份、黏土8-10份；
中层基料由以下重量份的原料制成：高岭土45-50份、碳酸钡8-12份、正长石15-18份、云母粉5-7份、羧甲基纤维素钠7-9份、纳米二氧化钛5-7份；
表层基料由以下重量份的原料制成：钾长石13-14份、石英石90-95份、硅酸铝7-10份、蒙脱石6-7份、纳米二氧化钛3-5份。
2.根据权利要求1所述的一种新型釉彩复合陶瓷的制备方法，其特征在于：所述色料中的各成分的重量比如下：碳酸铜80-85%、钛白粉10-12%、碳酸镁5-15%。
3.根据权利要求1所述的一种新型釉彩复合陶瓷的制备方法，其特征在于：所述底层基料中硅酸锆使用以下方法进行处理，（1）、将纳米硅酸锆使用无水乙醇浸泡处理20min，浸泡过程中不断搅拌，过滤，得到醇洗纳米硅酸锆；
（2）、将醇洗纳米硅酸锆与其重量0.5%的硅烷偶联剂混合，使用高速搅拌机混合处理30min，搅拌速度为2000-2500r/min；
（3）、将碳纳米管使用3mol/L的磷酸溶液浸泡处理20min，然后在45-50℃烘干，然后与步骤（2）得到的产物混合，在1500-1800r/min的转速下混合搅拌15-20min，得到处理后的硅酸锆；处理过程中纳米硅酸锆与碳纳米管的重量比为30-35:1。
4.根据权利要求1-3之一所述的一种新型釉彩复合陶瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中变温陈腐方法为先在15℃静置5h，然后在24℃静置2h，再降温至5℃处理6h，如此反复循环处理。
5.根据权利要求1-3之一所述的一种新型釉彩复合陶瓷的制备方法，其特征在于：在色浆干燥后，先在587-588℃处理2min，然后升温至599-601℃保温10min，在815-818℃下处理25min，然后升温至1302℃烧结成型。
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