CN109250900A - 一种负离子粉、釉料及其制备方法 - Google Patents

一种负离子粉、釉料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种负离子粉，其以质量百分比计的原料配方为：电气石粉68‑72％，二氧化钍和稀土氧化物共计28‑32％。一种包含上述的负离子粉的釉料，其原料包含1‑1.8％质量百分比的负离子粉。本发明还公开了一种上述釉料的制备方法，包括以下步骤：(1)将配方中除纳米级刚玉粉和负离子粉外的原料按配方量加水球磨获得浆料；(2)将纳米级刚玉粉和负离子粉加水化浆后加入步骤(1)的浆料中获得釉料浆料；釉料浆料比重控制在1.90‑1.94，流速控制在35‑40秒。本发明的负离子粉加入釉料后，能提高釉面的发色效果和釉层的透明度。本发明的釉料具有烧成温度低周期短、硬度高、耐磨性强、耐酸碱性强、透感好的优点。

Description

一种负离子粉、釉料及其制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷技术领域，尤其涉及一种负离子粉、釉料及其制备方法。
背景技术
目前行业内金刚釉为解决耐磨和耐酸碱的问题，把配方的烧成温度设定在1190-1200℃之间，烧成周期在70分钟左右。烧成温度高、周期长导致能耗高。不利于降低生产成本和可持续发展。因此有必要将金刚釉的烧成温度降低和将其烧成周期缩短。
目前的负离子粉通常以电气石粉构成，为提高其负离子释放量将其制成纳米电气石粉。为了使陶瓷表面释放足够的负离子，通常在釉料中添加10％质量的电气石粉，添加量较大，造成资源的大量消耗。有必要提供一种添加少量即可达到负离子释放量需求的负离子粉。
发明内容
本发明的目的在于提出一种负离子粉、釉料及其制备方法，负离子粉具有较高的负离子释放量，该釉料的较短的烧成周期和较低的烧成温度。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种负离子粉，其以质量百分比计的原料配方为：电气石粉68-72％，二氧化钍和稀土氧化物共计28-32％。
进一步的，二氧化钍和稀土氧化物两者的质量比为(4-6)：1。
进一步的，二氧化钍的晶体结构为萤石结构。
进一步的，稀土氧化物包括三氧化二钇、二氧化铈、氧化镧、三氧化二钕、氧化钆中的一种或多种；
二氧化铈的晶体结构为萤石结构。
一种包含上述的负离子粉的釉料，其原料包含1-1.8％质量百分比的负离子粉。
进一步的，其以质量百分比计的原料包括：钾长石25-30％、高岭土6-8％、石英粉5-8％、硅灰石6-10％、石灰石5-8％、氧化锌5-7％、锂辉石15-20％、纳米级刚玉粉2-4％、中温型熔块10-15％、低温型熔块6-8％和1-1.8％负离子粉。
进一步的，负离子粉的颗粒度为1000目；纳米级刚玉粉的颗粒度为0.5-1.5微米。
进一步的，釉料的烧成温度为1140-1170℃，烧成周期为60分钟；釉料烧成后的性能：耐磨性≥4级、莫氏硬度≥6级、耐酸碱性≥4级、负离子释放浓度1000-2000个/cm3。
一种上述釉料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将配方中除纳米级刚玉粉和负离子粉外的原料按配方量加水球磨获得浆料；
(2)将纳米级刚玉粉和负离子粉加水化浆后加入步骤(1)的浆料中获得釉料浆料；釉料浆料比重控制在1.90-1.94，流速控制在35-40秒。
进一步的，在步骤(1)中，原料加水球磨时还加入了按浆料量0.4-0.5％三聚磷酸钠和0.07-0.12％中粘羧甲基纤维素钠。
本发明的有益效果为：
当负离子粉应用于陶瓷釉料时，二氧化钍及稀土氧化物的强氧化性能将釉料成分中含有的铁钛杂质氧化，防止产生黑色杂质，提高釉面的发色效果和釉层的透明度。高熔点的二氧化钍及稀土氧化物能防止釉料在高温时过烧时形成气泡，提高釉面烧成后的平整度，还可拓宽釉料配方的烧成范围，降低工艺难度。釉料烧成后负离子释放浓度可达到1000-2000个/cm3。试验证明，加入负离子粉的釉料相对未加负离子的釉料烧成后的透感有很大差别。
本发明的釉料为金刚釉，具有低温快烧的特性。在釉料的配方中引入负离子粉，同时用纳米级刚玉粉取代普通氧化铝，引入锂辉石，两者即可降低烧成温度又可提高硬度；用中温型熔块和低温型熔块，利用负离子粉的强氧化性和高熔点，即可使釉料更好的氧化，又可防止高温时釉层沸腾(过烧)引起的气泡，从而达到低温快烧下釉层的透感。
具体实施方式
下面结合附具体实施方式进一步说明本发明的技术方案。
本发明的一种负离子粉，其以质量百分比计的原料配方为：电气石粉68-72％，二氧化钍和稀土氧化物共计28-32％。
二氧化钍(ThO2)的熔点为3220±50℃，具有很高的熔点，还具有强氧化性。
稀土氧化物包括三氧化二钇(Y2O3)、二氧化铈(CeO2)、氧化镧(La2O3)、三氧化二钕(Nd2O3)、氧化钆(Gd2O3)中的一种或多种。其中，三氧化二钇的熔点为2439℃，二氧化铈的熔点为2400℃，氧化镧的熔点为2315℃，三氧化二钕的熔点为2233℃，氧化钆的熔点为2330±20℃。上述稀土氧化物的熔点均为2000℃以上，上述的稀土氧化物具有很高的熔点且具有强氧化性。
当负离子粉应用于陶瓷釉料时，稀土元素与二氧化钍产生协同作用，二氧化钍及稀土氧化物的强氧化性能将釉料成分中含有的铁钛杂质氧化，防止产生黑色杂质，提高釉面的发色效果和釉层的透明度。高熔点的二氧化钍及稀土氧化物能防止釉料在高温时过烧时形成气泡，提高釉面烧成后的平整度，还可拓宽釉料配方的烧成范围，降低工艺难度。釉料烧成后负离子释放浓度可达到1000-2000个/cm3。试验证明，加入负离子粉的釉料相对未加负离子的釉料烧成后的透感有很大差别。
二氧化钍和二氧化铈的晶体结构均为萤石结构。此处的萤石结构是指二氧化钍和二氧化铈的晶体结构，萤石结构是很稳定的晶型，烧成后仍具有这种晶体结构。萤石结构晶体属立方晶系，面心立方格子，是一种典型的晶体结构。CaF2晶体结构中，由于以Ca2+形成的"紧密堆积"中，全部八面体空隙都没有被填充，也就是说8个F-之间形成了一个"空洞"，结构比较开放，有利于形成负离子填隙，也为负离子扩散提供了条件。在萤石型结构中，往往存在负离子扩散机制，并且是主要机制。
二氧化钍(ThO2)、二氧化铈(CeO2)的晶体结构都属于萤石结构，主要利用二氧化钍(ThO2)、二氧化铈(CeO2)存在负离子扩散机制产生负离子，能在添加少量负离子粉的同时产生较大量的负离子，且负离子的释放平稳长效。
进一步的，二氧化钍和稀土氧化物两者的质量比为(4-6)：1。负离子粉的配方中二氧化钍占比较大，以其放射性的特性，能更佳的激发电气石粉产生负离子，提高负离子的释放浓度。钍元素具有较长的半衰期，保证负离子粉的使用寿命。钍元素能释放出α粒子，α射线能穿透物质的本领比β射线弱得多，容易被薄层物质所阻挡，对人体的伤害性几乎没有，但是它有很强的电离作用，能激发电气石粉释放负离子。
优选的，负离子粉中的稀土氧化物为二氧化铈；进一步优选的，负离子粉中的稀土氧化物为二氧化铈和三氧化二钕；进一步优选的，负离子粉中的稀土氧化物为三氧化二钇、二氧化铈、氧化镧、三氧化二钕、氧化钆。
电气石粉的成分包括三氧化二铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、三氧化二铁(Fe2O3)、二氧化钛(TiO2)、氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化钾(K2O)、氧化钠(Na2O)。
一种包含上述的负离子粉的釉料，其原料包含1-1.8％质量百分比的负离子粉。该负离子粉的负离子释放能力强且长效，在添加少量的情况下能满足负离子释放量的要求，可节省材料且降低成本。
进一步的，釉料其以质量百分比计的原料包括：钾长石25-30％、高岭土6-8％、石英粉5-8％、硅灰石6-10％、石灰石5-8％、氧化锌5-7％、锂辉石15-20％、纳米级刚玉粉2-4％、中温型熔块10-15％、低温型熔块6-8％和1-1.8％负离子粉。
该配方的釉料为金刚釉，具有低温快烧的特性。该配方提高釉面致密度的原理是：增加釉层中莫来石晶相(组成可在3A12O3·2SiO2至2A12O3·SiO2间变化)的数量和缩小各个莫来石晶相之间的间隙来提高釉面的致密度。
配方中的纳米刚玉粉较普通刚玉粉有更小的粒度，普通氧化铝的颗粒粒径45微米左右(325目)，纳米级刚玉粉的颗粒粒径0.5-1.5微米(8000目)，颗粒粒径越小，其比表面积越大,活性越大，烧结时纳米刚玉粉与SiO2所生成的莫来石晶也越多，莫来石晶相之间的间隙也就越小。相对于使用普通刚玉粉使用纳米刚玉粉，釉料可降低0.5％烧成温度(1125-1170℃)和提高釉面致密度25％。同时，纳米级刚玉具有高耐磨性、高硬度的性能，其莫氏硬度达到9.0以上，故使用纳米级刚玉粉取代普通氧化铝，既可降低烧成温度又可提高耐磨性。
锂辉石的莫氏硬度在6-8之间，配方中引入锂辉石可进一步提高釉面的莫氏硬度。锂辉石中含有8％左右的碱金属锂可快速降低配方的烧成温度。锂辉石中含有60％的氧化硅，体系中引入氧化硅可解决耐酸碱问题。而且，钾长石、高岭土、石英粉、硅灰石、锂辉石、中低温熔块中都含有大量的氧化硅，在此配方中氧化硅可完成融入体系中形成莫来石相和玻璃相，可解决耐酸碱的问题，提高釉面的耐酸碱能力。
现有的技术中为解决金刚釉的耐酸问题，配方中石英粉的用量不能低于20％，当石英粉用量越大，就需要更高的温度更长的时间来使石英粉完全融熔，故不能使用低温熔块，防止釉料过烧引起的气泡。本发明通过优化金刚釉配方，可将烧成温度降低至1140-1170℃，烧成周期缩短至60分钟。
在釉料的配方中引入负离子粉，同时用纳米级刚玉粉取代普通氧化铝，引入锂辉石，两者即可降低烧成温度又可提高硬度；用中温型熔块取代现有技术金刚釉配方中的高温型熔块，并添加使用低温型熔块，利用负离子粉的强氧化性和高熔点，即可使釉料更好的氧化，又可防止高温时釉层沸腾(过烧)引起的气泡，从而达到低温快烧下釉层的透感。
进一步的，负离子粉的颗粒度为1000目；纳米级刚玉粉的颗粒度为0.5-1.5微米。负离子粉和纳米刚玉粉均具有很好的颗粒度，它们的颗粒有较大的比表面积，活性大，能达到更好的负离子的释放效果和烧结效果。
进一步的，釉料的烧成温度为1140-1170℃，烧成周期为60分钟；釉料烧成后的性能：耐磨性≥4级、莫氏硬度≥6级、耐酸碱性≥4级、负离子释放浓度1000-1200个/cm3。
通过优化金刚釉的配方，可将烧成温度降低至1140-1170℃，烧成周期缩短至60分钟。烧成后的釉面有更佳的耐磨性、莫氏硬度、耐酸碱性。
一种上述釉料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将配方中除纳米级刚玉粉和负离子粉外的原料按配方量加水球磨获得浆料；
(2)将纳米级刚玉粉和负离子粉加水化浆后加入步骤(1)的浆料中获得釉料浆料；釉料浆料比重控制在1.90-1.94，流速控制在35-40秒。当淋釉时，釉料浆料的淋釉量为600-650g/m2。
釉料配方中纳米级刚玉粉和负离子粉的颗粒度太小,颗粒度越小，其活性面越多，在球磨的过程越容易失去电子，使釉浆中产生大量负电荷而引起釉浆触变，故需将其他配方原料先球磨细度合格后，再将纳米级刚玉粉和负离子粉加水用快速球磨机化浆后放在一起混合均匀，以保证浆料的匀度。纳米级刚玉粉和负离子粉球磨时的加水量为化浆总量的35％。
进一步的，在步骤(1)中，原料加水球磨时还加入了按浆料量0.4-0.5％三聚磷酸钠和0.07-0.12％中粘羧甲基纤维素钠。三聚磷酸钠用于对原料进行解胶，中粘羧甲基纤维素钠用于提高釉浆悬浮性。
以下通过具体实施例来进一步阐述本发明。
实施例组A
本实施例组A为负离子粉，实施例A1-A6的负离子粉以质量百分比计的配方如下表所示。
实施例组B
实施例组B为釉料，实施例B1-B6的釉料以质量百分比计的配方如下表所示。其中实施例B1的釉料配方包含了高温型熔块和普通氧化铝粉，实施例B4的釉料配方未包含负离子粉。
上表中，负离子粉的颗粒度为1000目；纳米级刚玉粉的颗粒度为0.5-1.5微米。实施例B2-B3、B5-B6的油料配方中的负离子粉可采用实施例A1-A6的任一种，釉料烧成后负离子释放浓度均可达到1000-1200个/cm3。
实施例B1的釉料的制备方法为：将各原料按照配方量加入球磨机进行球磨制浆，当细度达到要求时，停止球磨，获得釉料浆料。该釉料浆料淋釉烧制成釉面。釉料的烧成温度为1200-1220℃，烧成周期为75分钟；釉料烧成后的性能：耐磨性＜4级、莫氏硬度＜6级、耐酸碱性＜4级。
实施例B2-B6的釉料的制备方法包括以下步骤：
(1)将配方中除纳米级刚玉粉和负离子粉(实施例B4则不加负离子粉)外的原料按配方量加水球磨获得浆料；原料加水球磨时还加入了按浆料量0.4-0.5％三聚磷酸钠和0.07-0.12％中粘羧甲基纤维素钠。
(2)将纳米级刚玉粉和负离子粉加水化浆后加入步骤(1)的浆料中获得釉料浆料；所述釉料浆料比重控制在1.90-1.94，流速控制在35-40秒。
实施例B2-B6的釉料的烧成温度为1140-1170℃，烧成周期为60分钟；釉料烧成后的性能：耐磨性≥4级、莫氏硬度≥6级、耐酸碱性≥4级。
将实施例B1-B6的釉料烧成后的釉面效果进行对比，对比结果如下表所示。
由于实施例B4釉料配方与实施例B1相比，采用了纳米级刚玉粉和锂辉石，烧结时形成更大量的莫来石晶，莫来石晶相之间的间隙更小，相对实施例B1有较高的釉面光泽度。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种负离子粉，其特征在于，其以质量百分比计的原料配方包括：电气石粉68-72％，二氧化钍和稀土氧化物共计28-32％。
2.根据权利要求1所述的负离子粉，其特征在于，所述二氧化钍和稀土氧化物两者的质量比为(4-6)：1。
3.根据权利要求1所述的负离子粉，其特征在于，所述二氧化钍的晶体结构为萤石结构。
4.根据权利要求1所述的负离子粉，其特征在于，所述稀土氧化物包括三氧化二钇、二氧化铈、氧化镧、三氧化二钕、氧化钆中的一种或多种；
所述二氧化铈的晶体结构为萤石结构。
5.一种包含权利要求1-4任一项所述的负离子粉的釉料，其特征在于，其原料包含1-1.8％质量百分比的所述负离子粉。
6.根据权利要求5所述的釉料，其特征在于，其以质量百分比计的原料包括：钾长石25-30％、高岭土6-8％、石英粉5-8％、硅灰石6-10％、石灰石5-8％、氧化锌5-7％、锂辉石15-20％、纳米级刚玉粉2-4％、中温型熔块10-15％、低温型熔块6-8％和1-1.8％负离子粉。
7.根据权利要求6所述的釉料，其特征在于，所述负离子粉的颗粒度为1000目；所述纳米级刚玉粉的颗粒度为0.5-1.5微米。
8.根据权利要求6所述的釉料，其特征在于，所述釉料的烧成温度为1140-1170℃，烧成周期为60分钟；所述釉料烧成后的性能：耐磨性≥4级、莫氏硬度≥6级、耐酸碱性≥4级、负离子释放浓度1000-1200个/cm3。
9.一种权利要求6所述的釉料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将配方中除纳米级刚玉粉和负离子粉外的原料按配方量加水球磨获得浆料；
(2)将纳米级刚玉粉和负离子粉加水化浆后加入步骤(1)的浆料中获得釉料浆料；所述釉料浆料比重控制在1.90-1.94，流速控制在35-40秒。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，原料加水球磨时还加入了按浆料量0.4-0.5％三聚磷酸钠和0.07-0.12％中粘羧甲基纤维素钠。
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