CN110451925A - 一种耐高温高强度陶瓷制品及其制作方法 - Google Patents

一种耐高温高强度陶瓷制品及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐高温高强度陶瓷制品及其制作方法。通过对耐高温高强度陶瓷制品的配方进行优化，采用膨润土、高岭土、瓷石作为主要原料，在高温处理下体积可迅速膨胀，具有很强的耐磨性能，可显著提高陶瓷制品的强度。碳化硅、环氧树脂、竹碳纤维、石墨烯、氧化锌作为耐磨耐火主要组分，调控适宜的比例相互配合，依靠球磨混合和分散剂的作用，使其均匀混合，避免了团聚，得到稳定分散的混合料；对混合料进行喷雾干燥，将稳定分散的混合料直接喷雾到热空气中，在短时间内干燥，避免了混合料的团聚和沉降分离，保持了混合料的均匀性；该加工工艺简单，成本低，更能适应工业化生产。制得的陶瓷制品具有耐高温、耐腐蚀以及耐磨损等优点。

Description

一种耐高温高强度陶瓷制品及其制作方法
技术领域
本发明涉及陶瓷制品技术领域，具体涉及一种耐高温高强度陶瓷制品及其制作方法。
背景技术
陶瓷是以天然粘土以及各种天然矿物为主要原料经过粉碎混炼、成型和煅烧制得的各种制品。陶瓷主要分为日用陶瓷、建筑陶瓷、洁具陶瓷及特种陶瓷等，一般根据陶瓷种类的不同，而选择不同的原料组成来烧制成品。
目前，日用陶瓷的原料配方以及烧制工艺已经很成熟，制造出来的产品也存在很多优点；如耐腐蚀性能，但是由于现有的日用陶瓷制品在配料上的不足，虽然其具有硬度高的优点，但是其韧性较差、耐高温性仍有待提高。目前现有的性能优异的陶瓷制品的生产工艺能耗高、成本也高、烧制出的产品韧性不足，容易损坏，因此需要对现有的陶瓷工艺品的原料进行改进，以降低其成本，提高质量。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种耐高温高强度陶瓷制品及其制作方法。
实现本发明的技术方案是：
本发明提供一种耐高温高强度陶瓷制品，包括以下重量份的原料：膨润土15～20份，高岭土15～20份，瓷石10～20份，碳化硅5～10份，环氧树脂8～15份，竹碳纤维8-15份，石墨烯3～5份，氧化锌3～5份。
优选地，本发明一种耐高温高强度陶瓷制品，包括以下重量份的原料：膨润土20份，高岭土20份，瓷石15份，碳化硅10份，环氧树脂10份，竹碳纤维10份，石墨烯3份，氧化锌3份。
进一步地，本发明所述陶瓷制品在制作过程中还需加入分散剂、粘结剂、表面活性剂和消泡剂。
更进一步地，本发明所述分散剂为四甲基氢氧化氨，用于调节混合物料的pH值至8～9，加入量为混合物料质量的1-3％。
更进一步地，本发明所述粘结剂为聚乙烯醇，加入量为混合物料质量的1-3％。
更进一步地，本发明所述的表面活性剂为脂肪酸甘油酯，加入量为混合物料质量的0.5-1.5％。
更进一步地，本发明消泡剂为磷酸三丁酯，加入量为以混合物料中气泡消除为准。
本发明还提供一种耐高温高强度陶瓷制品的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，按照所述原料配比，将膨润土、高岭土、瓷石，将上述坯料倒入球磨机中球磨12～24小时，过200-300目筛，得到混合物料A；
步骤2，将物料A送入球磨机中，转速500-1000r/min，然后加入碳化硅，环氧树脂，竹碳纤维，石墨烯，氧化锌，继续球磨10-15h，得到混合物料B；
步骤3，将分散剂、粘结剂、表面活性剂加入混合物料B中，调节混合物料的pH值至8～9，搅拌均匀后，加入混合物料总质量10％-20％的水制成坯料，根据混合物料搅拌时气泡量加入适量的消泡剂；
步骤4，将步骤3得到的混合物料进行喷雾造粒，干压成型制成坯体，对成型坯体表面进行修整；再将经修整后的坯体存放于阴凉处作自然干燥8h；
步骤5，施釉，然后施釉后的坯体进行烧结得到陶瓷制品。
在本发明优选实施例中，步骤5中采用程序升温的方式进行烧结。
烧结处理过程为：按300～500℃/h的升温速率升温至800～900℃，保温20～40min，随后按200～250℃/h的升温速率升温至1000～1200℃，保温20～40min，再按400～600℃/h的升温速率升温至1200～1500℃，保温30～35min，最后以6～8kPa/h的升压速度升高压力至10～15kPa，恒温恒压保持45～50min。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：
(1)本发明通过对耐高温高强度陶瓷制品的配方进行优化，采用膨润土、高岭土、瓷石作为主要原料，在高温处理下体积可迅速膨胀，具有很强的耐磨性能，可显著提高陶瓷制品的强度。
(2)碳化硅、环氧树脂、竹碳纤维、石墨烯、氧化锌作为耐磨耐火主要组分，调控适宜的比例相互配合，依靠球磨混合和分散剂的作用，使碳化硅，环氧树脂，竹碳纤维，石墨烯，氧化锌均匀混合，避免了团聚，得到稳定分散的混合料；对混合料进行喷雾干燥，将稳定分散的混合料直接喷雾到热空气中，在短时间内干燥，避免了混合料的团聚和沉降分离，保持了混合料的均匀性；该加工工艺简单，成本低，更能适应工业化生产，制得的陶瓷制品具有耐高温、耐腐蚀以及耐磨损等优点。
(3)所述脂肪酸甘油酯作为表面活性剂，所述四甲基氢氧化氨作为分散剂、所述聚乙烯醇作为粘合剂添加到混合物料中，并根据混合物料的气泡多少适当添加消泡剂磷酸三丁酯，进一步促使物料混合均匀，利于增加陶瓷制品的均匀性和表面的光洁性。
(4)采取程序升温的方式，控制烧结温度、压力及升温速率，使得陶瓷制品的耐高温性更强，抗震性能更强，不易开裂。
具体实施方式
为了使本公开的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本公开的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但是本公开还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本公开内涵的情况下做类似推广，因此本公开不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例1
一种耐高温高强度陶瓷制品，其特征在于，包括以下重量份的原料：膨润土15份，高岭土15份、瓷石15份，碳化硅5份，环氧树脂8份，竹碳纤维10份，石墨烯5份，氧化锌5份。
本发明还提供一种耐高温高强度陶瓷制品的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，按照所述原料配比，将膨润土15份，高岭土15份、瓷石15份，将上述坯料倒入球磨机中球磨12～24小时，过200-300目筛，得到混合物料A；
步骤2，将物料A送入球磨机中，转速1000r/min，然后加入碳化硅5份，环氧树脂8份，竹碳纤维10份，石墨烯5份，氧化锌5份，继续球磨10h，得到混合物料B；
步骤3，将分散剂、粘结剂、表面活性剂，加入混合物料B中，所述分散剂、粘结剂、表面活性剂加入量分别为混合物料质量的1％，调节混合物料的pH值至8～9，搅拌均匀后，加入混合物料总质量15％的水制成坯料，根据混合物料搅拌时气泡量加入适量的消泡剂；
步骤4，将步骤3得到的混合物料进行喷雾造粒，干压成型制成坯体，对成型坯体表面进行修整；再将经修整后的坯体存放于阴凉处作自然干燥8h；
步骤5，施釉，然后施釉后的坯体进行烧结得到陶瓷制品。具体采用程序升温的方式进行烧结。烧结处理过程为：按300～500℃/h的升温速率升温至800～900℃，保温20～40min，随后按200～250℃/h的升温速率升温至1000～1200℃，保温20～40min，再按400～600℃/h的升温速率升温至1200～1500℃，保温30～35min，最后以6～8kPa/h的升压速度升高压力至10～15kPa，恒温恒压保持45～50min。
实施例2
一种耐高温高强度陶瓷制品，其特征在于，包括以下重量份的原料：膨润土15份，高岭土15份、瓷石10份，碳化硅10份，环氧树脂15份，竹碳纤维15份，石墨烯5份，氧化锌5份。
本发明还提供一种耐高温高强度陶瓷制品的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，按照所述原料配比，将膨润土15份，高岭土15份、瓷石10份，将上述坯料倒入球磨机中球磨12～24小时，过200-300目筛，得到混合物料A；
步骤2，将物料A送入球磨机中，转速1000r/min，然后加入碳化硅10份，环氧树脂15份，竹碳纤维15份，石墨烯5份，氧化锌5份，继续球磨10-15h，得到混合物料B；
步骤3，将分散剂、粘结剂、表面活性剂加入混合物料B中，所述分散剂、粘结剂、表面活性剂加入量分别为混合物料质量的2％，调节混合物料的pH值至8～9，搅拌均匀后，加入混合物料总质量10％-20％的水制成坯料，根据混合物料搅拌时气泡量加入适量的消泡剂；
步骤4，将步骤3得到的混合物料进行喷雾造粒，干压成型制成坯体，对成型坯体表面进行修整；再将经修整后的坯体存放于阴凉处作自然干燥8h；
步骤5，施釉，然后施釉后的坯体进行烧结得到陶瓷制品。具体采用程序升温的方式进行烧结。烧结处理过程为：按300～500℃/h的升温速率升温至800～900℃，保温20～40min，随后按200～250℃/h的升温速率升温至1000～1200℃，保温20～40min，再按400～600℃/h的升温速率升温至1200～1500℃，保温30～35min，最后以6～8kPa/h的升压速度升高压力至10～15kPa，恒温恒压保持45～50min。
实施例3
一种耐高温高强度陶瓷制品，其特征在于，包括以下重量份的原料：膨润土20份，高岭土20份、瓷石15份，碳化硅10份，环氧树脂10份，竹碳纤维10份，石墨烯3份，氧化锌3份。
本发明还提供一种耐高温高强度陶瓷制品的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，按照所述原料配比，将膨润土20份，高岭土20份、瓷石15份，将上述坯料倒入球磨机中球磨12～24小时，过200-300目筛，得到混合物料A；
步骤2，将物料A送入球磨机中，转速1000r/min，然后加入碳化硅10份，环氧树脂10份，竹碳纤维10份，石墨烯3份，氧化锌3份，继续球磨15h，得到混合物料B；
步骤3，将分散剂、粘结剂、表面活性剂加入混合物料B中，所述分散剂、粘结剂、表面活性剂加入量分别为混合物料质量的3％，调节混合物料的pH值至8～9，搅拌均匀后，加入混合物料总质量15％的水制成坯料，根据混合物料搅拌时气泡量加入适量的消泡剂；
步骤4，将步骤3得到的混合物料进行喷雾造粒，干压成型制成坯体，对成型坯体表面进行修整；再将经修整后的坯体存放于阴凉处作自然干燥8h；
步骤5，施釉，然后施釉后的坯体进行烧结得到陶瓷制品。具体采用程序升温的方式进行烧结。烧结处理过程为：按300～500℃/h的升温速率升温至800～900℃，保温20～40min，随后按200～250℃/h的升温速率升温至1000～1200℃，保温20～40min，再按400～600℃/h的升温速率升温至1200～1500℃，保温30～35min，最后以6～8kPa/h的升压速度升高压力至10～15kPa，恒温恒压保持45～50min。
实施例4
一种耐高温高强度陶瓷制品，其特征在于，包括以下重量份的原料：膨润土18份，高岭土18份、瓷石18份，碳化硅8份，环氧树脂10份，竹碳纤维10份，石墨烯3份，氧化锌3份。
本发明还提供一种耐高温高强度陶瓷制品的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，按照所述原料配比，将膨润土18份，高岭土18份、瓷石18份，将上述坯料倒入球磨机中球磨12～24小时，过200-300目筛，得到混合物料A；
步骤2，将物料A送入球磨机中，转速800r/min，然后加入碳化硅8份，环氧树脂10份，竹碳纤维10份，石墨烯3份，氧化锌3份，继续球磨10h，得到混合物料B；
步骤3，将分散剂、粘结剂、表面活性剂加入混合物料B中，所述分散剂、粘结剂、表面活性剂加入量分别为混合物料质量的2.5％，调节混合物料的pH值至8～9，搅拌均匀后，加入混合物料总质量10％的水制成坯料，根据混合物料搅拌时的气泡量加入适量的消泡剂；
步骤4，将步骤3得到的混合物料进行喷雾造粒，干压成型制成坯体，对成型坯体表面进行修整；再将经修整后的坯体存放于阴凉处作自然干燥8h；
步骤5，施釉，然后施釉后的坯体进行烧结得到陶瓷制品。具体采用程序升温的方式进行烧结。烧结处理过程为：按300～500℃/h的升温速率升温至800～900℃，保温20～40min，随后按200～250℃/h的升温速率升温至1000～1200℃，保温20～40min，再按400～600℃/h的升温速率升温至1200～1500℃，保温30～35min，最后以6～8kPa/h的升压速度升高压力至10～15kPa，恒温恒压保持45～50min。
实施例5
一种耐高温高强度陶瓷制品，其特征在于，包括以下重量份的原料：膨润土15份，高岭土20份、瓷石20份，碳化硅10份，环氧树脂8份，竹碳纤维10份，石墨烯5份，氧化锌5份。
本发明还提供一种耐高温高强度陶瓷制品的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，按照所述原料配比，将膨润土15份，高岭土20份、瓷石20份，将上述坯料倒入球磨机中球磨12～24小时，过200-300目筛，得到混合物料A；
步骤2，将物料A送入球磨机中，转速500r/min，然后加入碳化硅10份，环氧树脂8份，竹碳纤维10份，石墨烯5份，氧化锌5份，继续球15h，得到混合物料B；
步骤3，将分散剂、粘结剂、表面活性剂加入混合物料B中，所述分散剂、粘结剂、表面活性剂加入量分别为混合物料质量的2％，调节混合物料的pH值至8～9，搅拌均匀后，加入混合物料总质量15％的水制成坯料，根据混合物料搅拌时气泡量加入适量的消泡剂；
步骤4，将步骤3得到的混合物料进行喷雾造粒，干压成型制成坯体，对成型坯体表面进行修整；再将经修整后的坯体存放于阴凉处作自然干燥8h；
步骤5，施釉，然后施釉后的坯体进行烧结得到陶瓷制品。具体采用程序升温的方式进行烧结。烧结处理过程为：按300～500℃/h的升温速率升温至800～900℃，保温20～40min，随后按200～250℃/h的升温速率升温至1000～1200℃，保温20～40min，再按400～600℃/h的升温速率升温至1200～1500℃，保温30～35min，最后以6～8kPa/h的升压速度升高压力至10～15kPa，恒温恒压保持45～50min。
性能测试：
对实施例1～5制得的陶瓷制品进行以下性能测试，其中采用GB/T 34252-2017日用陶瓷器抗釉裂测试方法进行抗裂纹检测，检测结果如表1所示：
表1测试结果
从表1中可知，本发明的耐热陶瓷管或耐热陶瓷制品在180℃～20℃交换一次不开裂，抗热震性能强，此外吸水率低，因此使用寿命较长。

Claims (10)

1.一种耐高温高强度陶瓷制品，其特征在于，包括以下重量份的原料：膨润土15～20份，高岭土15～20份，瓷石10~20份，碳化硅5~10份，环氧树脂8~15份，竹碳纤维8-15份，石墨烯3~5份，氧化锌3~5份。
2.根据权利要求1所述的耐高温高强度陶瓷制品，其特征在于，包括以下重量份的原料：膨润土20份，高岭土20份，瓷石15份，碳化硅10份，环氧树脂10份，竹碳纤维10份，石墨烯3份，氧化锌3份。
3.根据权利要求1或2所述的耐高温高强度陶瓷制品，其特征在于，所述陶瓷制品在制作过程中还需加入分散剂、粘结剂、表面活性剂和消泡剂。
4.根据权利要求3所述的耐高温高强度陶瓷制品，其特征在于，所述分散剂为四甲基氢氧化氨，用于调节混合物料的pH值至8~9，加入量为混合物料质量的1-3％。
5.根据权利要求3所述的耐高温高强度陶瓷制品，其特征在于，所述粘结剂为聚乙烯醇，加入量为混合物料质量的1-3％。
6.根据权利要求3所述的耐高温高强度陶瓷制品，其特征在于，所述的表面活性剂为脂肪酸甘油酯，加入量为混合物料质量的0.5-1.5％。
7.根据权利要求3所述的耐高温高强度陶瓷制品，其特征在于，消泡剂为磷酸三丁酯，加入量为以混合物料中气泡消除为准。
8.一种权利要求3所述的耐高温高强度陶瓷制品的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，按照所述原料配比，将膨润土、高岭土、瓷石，将上述坯料倒入球磨机中球磨12~24小时，过200-300目筛，得到混合物料A；
步骤2，将物料A送入球磨机中，转速500-1000r/min，然后加入碳化硅，环氧树脂，竹碳纤维，石墨烯，氧化锌，继续球磨10-15h，得到混合物料B；
步骤3，将分散剂、粘结剂、表面活性剂加入混合物料B中，调节混合物料的pH值至8~9，搅拌均匀后，加入混合物料总质量10%-20%的水制成坯料，根据混合物料搅拌时气泡量加入适量的消泡剂；
步骤4，将步骤3得到的混合物料进行喷雾造粒，干压成型制成坯体，对成型坯体表面进行修整；再将经修整后的坯体存放于阴凉处作自然干燥8h；
步骤5，施釉，然后施釉后的坯体进行烧结得到陶瓷制品。
9.根据权利要求8所述的耐高温高强度陶瓷制品的制备方法，其特征在于，步骤5中采用程序升温的方式进行烧结。
10.根据权利要求9所述的耐高温高强度陶瓷制品的制备方法，其特征在于，烧结处理过程为：按300～500℃/h的升温速率升温至800~900℃，保温20～40min，随后按200～250℃/h的升温速率升温至1000~1200℃，保温20～40min，再按400～600℃/h的升温速率升温至1200~1500℃，保温30～35min，最后以6～8kPa/h的升压速度升高压力至10～15kPa，恒温恒压保持45～50min。
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