CN110776308B - 一种高温瓷及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高温瓷及其制备方法。本发明提供的高温瓷由包括以下质量比物料的原料的制得：钾长石20％～40％；石英10％～20％；增塑剂5％～8％；活性氧化铝4％～6％；高岭土洗泥40％～60％；白云粉0.2％～0.8％。本发明在钾长石、石英、高岭土洗泥体系中引入活性氧化铝和白云粉，并将二者以特定比例搭配，再配合增塑剂，能够促使体系在反应过程中产生更多莫来石晶体，且活性氧化铝的微晶结构在瓷胎烧结反应中起到晶须增韧作用，能够提高成瓷的热稳定性和机械强度；白云粉能够促使加快高温烧结反应的进行，生成足量的液相填充，保证足够的玻璃相产生，且不影响活性氧化铝与其它成分间的反应，在保证热稳定性和机械强度的基础上提升成瓷的透光度。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷材料技术领域，特别涉及一种高温瓷及其制备方法。
背景技术
高温瓷是特种陶瓷的一种，是指熔融温度在氧化硅熔点(1728℃)以上，烧制温度在1200℃以上的陶瓷材料。相比于低温瓷，高温瓷经过高温烧制，结晶密度大、瓷面强度高、瓷质细腻白净，还可再次高温烧制加工；具有耐高温、高硬度、良好的电性能等特性，可作为高温结构材料，用于宇航、机械、化工、冶金等领域。
然而，相比于低温瓷，高温瓷的配方设计更为困难，高温瓷需经高温条件烧制，晶界、微观组织等会发生难以控制的变化，影响材料性能；而其微观结构变化导致的性能变化与陶瓷化学成分之间的作用相关性又没有成熟机理，其性能与物料或添加剂之间并非一对一的简单对应关系，例如添加增强剂来改善强度时往往会影响材料的热稳定性及材料的表观透光度，引入添加剂来改善透光度时又易影响材料的力学性能等，而组分间的相互作用又没有成熟的规律，不同性能之间难以平衡调和，导致配方的改进和设计十分困难。目前，市场上的高温瓷普遍存在抗高温变形差、机械强度欠佳、表观质量差等缺陷，影响了高温瓷的应用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高温瓷及其制备方法。本发明提供的高温瓷能够同时具有高热稳定性、机械强度和透光度。
本发明提供了一种高温瓷，由包括以下质量比物料的原料的制得：
优选的，所述活性氧化铝为超细活性氧化铝；
所述超细活性氧化铝的颗粒直径为4～6mm，比表面积为200～260m2/g，破碎强度为50～80N/粒。
优选的，所述增塑剂为精制泥料，以质量比计，化学组分包括：
优选的，所述高岭土洗泥的颗粒直径为0.03～0.08mm，含水率≤30％。
优选的，以质量比计，所述高温陶瓷的化学组成包括：
本发明还提供了一种上述技术方案中所述的高温瓷的制备方法，包括以下步骤：
a)将物料与水混合球磨，得到泥浆；
所述物料包括钾长石、石英、增塑剂、活性氧化铝、高岭土洗泥和白云粉；
b)将所述泥浆练泥、成型，得到素坯；
c)对所述素坯烧成，得到高温瓷。
优选的，所述步骤a)中，所述物料与水的质量比为1∶(0.7～0.9)；
所述球磨中所用球石的体积为球磨罐容积的1/3～1/2；
球磨至泥浆细度为：250目筛余为0.1％～0.3％。
优选的，所述步骤b)中，在所述练泥前，还包括将所述泥浆制成泥饼；
所述练泥包括两次粗炼和两次精炼；
所述成型为利用旋坯机制成湿坯；
在所述成型后还包括干燥。
优选的，所述步骤c)中，烧成的温度为1360～1380℃，时间为6～8h。
优选的，在对素坯烧成前，还包括对素坯施釉。
本发明提供了一种高温瓷，由包括以下质量比物料的原料的制得：钾长石20％～40％；石英10％～20％；增塑剂5％～8％；活性氧化铝4％～6％；高岭土洗泥40％～60％；白云粉0.2％～0.8％。本发明在钾长石、石英、高岭土洗泥体系中引入活性氧化铝和白云粉，并将二者以特定比例搭配，再配合增塑剂，能够促使体系在反应过程中产生更多莫来石晶体，且活性氧化铝的微晶结构在瓷胎烧结反应中起到晶须增韧作用，能够提高成瓷的热稳定性和机械强度；白云粉能够促使加快高温烧结反应的进行，生成足量的液相填充，保证足够的玻璃相产生，且不影响活性氧化铝与其它成分间的反应，在保证热稳定性和机械强度的基础上提升成瓷的透光度。
试验结果表明，本发明提供的高温瓷的热稳定性可达180℃-20℃热交换一次不裂，强度达到170N/mm以上，透光率在75％以上。
具体实施方式
本发明提供了一种高温瓷，由包括以下质量比物料的原料的制得：
本发明在钾长石、石英、高岭土洗泥体系中引入活性氧化铝和白云粉，并将二者以特定比例搭配，再配合增塑剂，能够促使体系在反应过程中产生更多莫来石晶体，且活性氧化铝的微晶结构在瓷胎烧结反应中起到晶须增韧作用，能够提高成瓷的热稳定性和机械强度；白云粉能够促使加快高温烧结反应的进行，生成足量的液相填充，保证足够的玻璃相产生，且不影响活性氧化铝与其它成分间的反应，在保证热稳定性和机械强度的基础上提升成瓷的透光度。
本发明中，所述钾长石化学组成为K2O·Al2O3·6SiO2，属单斜晶系。本发明中，钾长石可起到降温作用，提供液相，保证配方泥料的烧成温度达到正常烧制温度。本发明中，所述钾长石的用量为20％～40％，优选为20％～22％；在本发明的一些实施例中，钾长石的用量为20％、21％、22％、30％或40％。
本发明中，所述石英是由二氧化硅组成的矿物，其与氧化铝反应生成莫来石晶相。本发明中，所述石英的用量为10％～20％，优选为18％～20％；在本发明的一些实施例中，石英的用量为10％、15％、18％或20％。
本发明中，所述增塑剂为精制泥料，以质量比计，化学组成如下：
本发明中，所述增塑剂由泥料精制形成，具体由包含以下质量比组分的原料形成：
本发明中，所述黑泥是指动植物的残骸、水藻类、水草、甲壳类等，在缺氧情况下经过多年淤积，由于各种微生物的活动发生了复杂的物理化学变化，由胶质物、有机物及其他分解产生的物质混合而成。本发明对所述黑泥的来源没有特殊限制，为一般市售品即可。本发明中，所述白泥是一种非金属矿产，是一种以高岭石族粘土矿物为主的粘土和粘土岩，因呈白色而又细腻，又称白云土。本发明对所述白泥的来源没有特殊限制，为一般市售品即可。
所述增塑剂通过以下方式制备：将柴木节瓷土、贵州高岭土、大同煤矸石、膨润土、黑泥和白泥经球磨、过筛、除铁和干燥，得到增塑剂。其中，所述球磨的转速为20～21转/分钟，球磨时间为20～22小时。其中，所述过筛优选为过325目筛，筛余为0.3％～0.5％。其中，所述除铁优选为高梯度除铁，可借助高梯度除铁机进行。在所述除铁后，优选还包括：将泥浆榨成泥饼。之后进行干燥；本发明对所述干燥的方式没有特殊限制，晒干即可。本发明中，所述干燥优选为干燥至泥饼的水含量为15％～20％。本发明中，在所述干燥后，优选还进行挤出处理，在一些实施例中，可通过压机挤出直径为0.3mm、长度为50mm的圆柱体泥段，即形成包含上述化学组成的泥料，作为增塑剂。本发明中，所述增塑剂的含水量为15％～20％，干燥抗折强度大于7N/mm2。
本发明引入上述增塑剂能够改善泥料的工艺操作性，使瓷器性能得到充分发挥。本发明中，所述增塑剂的用量为5％～8％；在本发明的一些实施例中，增塑剂用量为5％、6％或7％。
本发明中，所述活性氧化铝又称活性矾土，是一种多孔性、高分散度的固体材料，通常用作干燥剂、吸附剂或催化剂。本发明引入适量的活性氧化铝能够促使反应生成更多的莫来石晶相，提高成瓷强度和减少瓷器的高温变形，且活性氧化铝的微晶结构在瓷胎烧结反应中起到晶须增韧作用，进一步帮助提升成瓷特稳定性和机械强度，使整体瓷器具有高稳定性。本发明中，所述活性氧化铝优选为超细活性氧化铝；更优选的，所述超细活性氧化铝的颗粒直径为4～6mm，比表面积为200～260m2/g，破碎强度为50～80N/粒；通过超细活性氧化铝的适量引入，使整体瓷胎的物理性能得到极大改善。本发明对所述超细活性氧化铝的来源没有特殊限制，为一般市售品即可。
本发明中，所述活性氧化铝的用量为4％～6％，只有在该用量范围下才能提升瓷胎性能，用量过低或过高均会对物理机械性能造成不良影响。在本发明的一些实施例中，活性氧化铝的用量为4％、5％或6％。
本发明中，所述高岭土洗泥为高岭土原矿经过水洗及压滤后，得到的精制泥料。本发明的物料体系中引入高岭土洗泥，与上述增塑剂协同作用，改善泥料的工艺操作性，使成瓷性能得到充分发挥。本发明中，所述高岭土洗泥优选如下：颗粒直径为0.03～0.08mm，含水率≤30％。
本发明中，所述高岭土洗泥的用量为40％～60％，优选为46％～52％；在本发明的一些实施例中，所述高岭土洗泥的用量为40.4％、42.4％、46.5％、48.5％或50.8％。
本发明中，所述白云粉是白云岩经破碎及粉碎得到的粉料。本发明的物料体系中引入适量白云粉可促使高温烧结反应更加完全，保证足够的剥离相产生，提高成瓷透光度，且不会影响活性氧化铝及其它成分间的反应和作用，保证高热稳定性和机械强度；同时，白云粉中含有镁元素，在本发明物料体系的烧结反应中会引起瓷器的调性偏青绿调，使整体瓷器较为圆润、透亮。
本发明中，所述白云粉的用量为0.2％～0.8％；在本发明的一些实施例中，其用量为0.2％、0.3％、0.5％、0.7％或0.8％。
本发明中，上述各物料的优选配比如下：
本发明中，上述各物料的最佳配比如下，在下述配比下，成瓷的各项性能达到最佳：
本发明中，以上述物料为原料，经混料及烧成反应，所形成的高温瓷的化学组成包括：
传统高温高铝瓷的铝含量普遍在21％～23％，而本发明的高温高铝瓷的原料配方可使成瓷的铝含量达到26％～28％。
本发明还提供了一种上述技术方案中所述的高温瓷的制备方法，包括以下步骤：
a)将物料与水混合球磨，得到泥浆；
所述物料包括钾长石、石英、增塑剂、活性氧化铝、高岭土洗泥和白云粉；
b)将所述泥浆练泥、成型，得到素坯；
c)对所述素坯烧成，得到高温瓷。
按照本发明，先将物料与水混合球磨，得到泥浆。
其中，所述物料包括钾长石、石英、增塑剂、活性氧化铝、高岭土洗泥和白云粉；各物料的种类及用量等均与上述技术方案中所述一致，在此不再一一赘述。
本发明中，所述物料与水的质量比优选为1∶(0.7～0.9)。本发明中，所述球磨采用的球磨介质优选为高铝球石。所述球石的体积为球磨罐容积之比优选为1/3～1/2。
本发明中，球磨过程中严格控制球磨转速、球磨时间和装载量，从而获得一定细度的泥浆。本发明中，10Kg的球磨罐的转速优选为60～62r/min，球磨时间为16～18h，球磨装载量为6Kg原料；500Kg的球磨罐的转速优选为21r/min，球磨时间为16～18h，球磨装载量为300Kg原料。
经球磨后，卸放泥浆，测定泥浆细度。本发明中，优选球磨至泥浆的细度为：250目筛余为0.1％～0.3％。具体的，在球磨后，将卸放的泥浆进行过筛(220目国标标准钢筛)、除铁，备用。
按照本发明，在得到泥浆后，将所述泥浆练泥、成型，得到素坯。
本发明中，在练泥前，优选还包括将泥浆制成泥饼。具体的，可通过榨泥机将泥浆榨成泥饼，再通过连泥机练成泥条。本发明中，所述练泥包括两次粗练和两次精炼。经练泥后，得到泥条。
本发明中，对泥条进行成型。所述成型的方式没有特殊限制，按照本领域技术人员熟知的陶瓷成型方式进行即可，如利用旋坯机将泥条制成湿坯。本发明中，在成型得到湿坯后，优选还包括干燥。所述干燥的温度优选为60～90℃，干燥的时间优选为6～8h。在干燥后，还可进行修洗等后处理。经上述成型后，得到素坯。
本发明中，在得到素坯后，优选还进行施釉。本发明对施釉的方式没有特殊限制，按照本领域技术人员熟知的施釉方式进行即可，本发明中采用手工浸釉的方式施釉。本发明对施釉中采用的釉料没有特殊限制，为本领域瓷器上釉采用的常规釉料即可。
按照本发明，得到坯材后，进行烧成，得到高温瓷。
本发明中，所述烧成的温度为1360～1380℃，时间为6～8h。通过上述物料配方，结合该烧成条件，使瓷中的铝含量提高至26％～28％，并通过添加剂的协同作用，提高整体瓷器抵抗高温变形和成瓷强度的同时，获得高透光度。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
以下实施例中，所用活性氧化铝的技术指标如下：颗粒直径为4～6mm，比表面积为200～260m2/g，破碎强度为50～80N/粒，由中铝山东有限公司提供。所用高岭土洗泥的颗粒直径为0.03～0.08mm，含水率≤30％。施釉程序所用釉料为高温白釉，由醴陵信传无机材料有限公司提供。所用增塑剂为精制泥料，化学组成如下：二氧化硅47％，氧化铝35％，氧化铁0.2％，氧化钛0.2％，氧化钙1％，氧化镁1％，氧化钾0.5％，氧化钠0.5％，烧失量15％；该增塑剂按照上文中所述的原料泥配方及制备方法制得。
实施例1
(1)原料配方：
钾长石20％，石英20％，增塑剂5％，活性氧化铝4％，高岭土洗泥50.8％，白云粉0.2％。
(2)制备：
S1、混料、球磨：
将原料按照上述配比倒入球磨罐中，以料∶水比＝1∶0.8的比例加入水；球磨介质采用高铝球石，按照大∶中∶小＝1∶2∶1的级配加入，所加入球石的体积为球磨罐容积的1/3。
以10Kg球磨罐进行球磨，原料装载量为6Kg，球磨转速为61r/min，时间为18h。
球磨结束后，卸放泥浆，过筛(220目国标标准钢筛)、除铁。
S2、练泥、成型：
将泥浆通过榨泥机榨成泥饼，再通过练泥机练成泥条；
炼泥过程包括：
一次粗练：真空度≥-0.087MPa；泥条含水率22％-25％；
二次粗练：真空度≥-0.087MPa；泥条含水率22％-23.5％；
一次精练：真空度≥-0.096MPa；泥条含水率22％-23.5％；
二次精练：真空度≥-0.096MPa；泥条含水率22％-23.5％。
将练泥得到的泥条通过旋坯机制备出湿坯，再进行烘干和修洗，得到素坯。对素坯上釉，得到釉坯。
S3、烧成：
将釉坯送至窑炉进行烧成，温度为1370℃，时间为7h。经烧成后，得到高温高铝瓷。
实施例2
(1)原料配方：
钾长石21％，石英20％，增塑剂7％，活性氧化铝5％，高岭土洗泥46.5％，白云粉0.5％。
(2)制备：
S1、混料、球磨：
将原料按照上述配比倒入球磨罐中，以料∶水比＝1∶0.8的比例加入水；球磨介质采用高铝球石，按照大∶中∶小＝1∶2∶1的级配加入，所加入球石的体积为球磨罐容积的1/3。
以10Kg球磨罐进行球磨，原料装载量为6Kg，球磨转速为61r/min，时间为18h。
球磨结束后，卸放泥浆，过筛(220目国标标准钢筛)、除铁。
S2、练泥、成型：
将泥浆通过榨泥机榨成泥饼，再通过练泥机练成泥条；
炼泥过程同实施例1。
将练泥得到的泥条通过旋坯机制备出湿坯，再进行烘干和修洗，得到素坯。对素坯上釉，得到釉坯。
S3、烧成：
将釉坯送至窑炉进行烧成，温度为1370℃，时间为7h。经烧成后，得到高温高铝瓷。
实施例3
(1)原料配方：
钾长石22％，石英18％，增塑剂6％，活性氧化铝5％，高岭土洗泥48.5％，白云粉0.5％。
(2)制备：
S1、混料、球磨：
将原料按照上述配比倒入球磨罐中，以料∶水比＝1∶0.8的比例加入水；球磨介质采用高铝球石，按照大∶中∶小＝1∶2∶1的级配加入，所加入球石的体积为球磨罐容积的1/3。
以10Kg球磨罐进行球磨，原料装载量为6Kg，球磨转速为61r/min，时间为18h。
球磨结束后，卸放泥浆，过筛(220目国标标准钢筛)、除铁。
S2、练泥、成型：
将泥浆通过榨泥机榨成泥饼，再通过练泥机练成泥条；
炼泥过程同实施例1。
将练泥得到的泥条通过旋坯机制备出湿坯，再进行烘干和修洗，得到素坯。对素坯上釉，得到釉坯。
S3、烧成：
将釉坯送至窑炉进行烧成，温度为1370℃，时间为7h。经烧成后，得到高温高铝瓷。
实施例4
(1)原料配方：
钾长石30％，石英15％，增塑剂6％，活性氧化铝6％，高岭土洗泥42.4％，白云粉0.6％。
(2)制备：
S1、混料、球磨：
将原料按照上述配比倒入球磨罐中，以料∶水比＝1∶0.8的比例加入水；球磨介质采用高铝球石，按照大∶中∶小＝1∶2∶1的级配加入，所加入球石的体积为球磨罐容积的1/3。
以10Kg球磨罐进行球磨，原料装载量为6Kg，球磨转速为61r/min，时间为18h。
球磨结束后，卸放泥浆，过筛(220目国标标准钢筛)、除铁。
S2、练泥、成型：
将泥浆通过榨泥机榨成泥饼，再通过练泥机练成泥条；
炼泥过程同实施例1。
将练泥得到的泥条通过旋坯机制备出湿坯，再进行烘干和修洗，得到素坯。对素坯上釉，得到釉坯。
S3、烧成：
将釉坯送至窑炉进行烧成，温度为1370℃，时间为7h。经烧成后，得到高温高铝瓷。
实施例5
(1)原料配方：
钾长石40％，石英10％，增塑剂5％，活性氧化铝4％，高岭土洗泥40.4％，白云粉0.6％。
(2)制备：
S1、混料、球磨：
将原料按照上述配比倒入球磨罐中，以料∶水比＝1∶0.8的比例加入水；球磨介质采用高铝球石，按照大∶中∶小＝1∶2∶1的级配加入，所加入球石的体积为球磨罐容积的1/3。
以10Kg球磨罐进行球磨，原料装载量为6Kg，球磨转速为61r/min，时间为18h。
球磨结束后，卸放泥浆，过筛(220目国标标准钢筛)、除铁。
S2、练泥、成型：
将泥浆通过榨泥机榨成泥饼，再通过练泥机练成泥条；
炼泥过程同实施例1。
将练泥得到的泥条通过旋坯机制备出湿坯，再进行烘干和修洗，得到素坯。对素坯上釉，得到釉坯。
S3、烧成：
将釉坯送至窑炉进行烧成，温度为1370℃，时间为7h。经烧成后，得到高温高铝瓷。
实施例6
对实施例1～5所得高温瓷进行性能检测，其中，热稳定性的测试参照GB/T3298-1991；成瓷强度的测试参照GB/T4740-1999；透光率的测试参照GB3296-1982。测试结果参见表1。
表1实施例1～5的性能测试结果
注：表1中，实施例1中热稳定性200～20℃是指200℃-20℃一次热交换不裂；其它实施例依此类推。
由表1测试结果可以看出，本发明提供的高温瓷同时具有优异的热稳定性、机械强度和透光度。其中，钾长石、石英和洗泥同时处于优选范围内实施例1～5所得高温瓷的各项性能进一步提升。其中，实施例2所得高温瓷的各项性能达到最佳。
对比例1
按照实施例5进行，不同的是，原料配方中不添加活性氧化铝。
按照实施例6的测试方法测试对比例1所得产品的性能，并与实施例5进行对比，结果参见表2。
表2对比例1的性能测试结果
| 热稳定性，℃ | 抗折强度，N/mm | 透光率，％ | |
| 实施例5 | 190～20 | 180 | 80 |
| 对比例1 | 170～20 | 165 | 65 |
可以看出，若不添加活性氧化铝，则会导致成瓷的各项性能明显降低。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种高温瓷，其特征在于，由包括以下质量比物料的原料的制得：
所述活性氧化铝为超细活性氧化铝；
所述超细活性氧化铝的颗粒直径为4～6mm，比表面积为200～260m2/g，破碎强度为50～80N/粒；
所述增塑剂为精制泥料，以质量比计，化学组分包括：
2.根据权利要求1所述的高温瓷，其特征在于，所述高岭土洗泥的颗粒直径为0.03～0.08mm，含水率≤30％。
3.根据权利要求1所述的高温瓷，其特征在于，以质量比计，所述高温陶瓷的化学组成包括：
其余为杂质。
4.一种权利要求1～3中任一项所述的高温瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)将物料与水混合球磨，得到泥浆；
所述物料包括钾长石、石英、增塑剂、活性氧化铝、高岭土洗泥和白云粉；
b)将所述泥浆练泥、成型，得到素坯；
c)对所述素坯烧成，得到高温瓷。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a)中，所述物料与水的质量比为1∶(0.7～0.9)；
所述球磨中所用球石的体积为球磨罐容积的1/3～1/2；
球磨至泥浆细度为：250目筛余为0.1％～0.3％。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b)中，在所述练泥前，还包括将所述泥浆制成泥饼；
所述练泥包括两次粗炼和两次精炼；
所述成型为利用旋坯机制成湿坯；
在所述成型后还包括干燥。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤c)中，烧成的温度为1360～1380℃，时间为6～8h。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在对素坯烧成前，还包括对素坯施釉。
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Denomination of invention: A high-temperature porcelain and its preparation method Effective date of registration: 20230727 Granted publication date: 20220628 Pledgee: Shanghai Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Huangpu sub branch Pledgor: SHANGHAI XINCHUAN INFORMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023310000410 |
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