CN110861191A - 金属复合降低汝瓷脆性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属复合降低汝瓷脆性的方法，属于现代陶瓷制备技术领域。本发明的技术方案要点为：对现代汝瓷制备工艺的制坯阶段进行改进，在坯中加入金属丝网骨架，本发明利用金属丝网的强度、韧性和可塑性作为制作瓷器的骨架，金‑瓷结合方式可以减弱汝瓷瓷器的脆性，阻止汝瓷瓷器裂纹的裂纹扩展，增加汝瓷瓷器使用寿命；由于汝瓷坯料的原因，汝瓷器型较小，金属丝网骨架可以适当减弱坯料烧结坍塌，一定程度上增大汝瓷瓷器的器型。
Description
技术领域
本发明属于现代陶瓷制备技术领域，具体涉及一种金属复合降低汝瓷脆性的方法。
背景技术
我国陶瓷历史悠久，名扬海内外，在世界上有辉煌的历史和独特的成就。在陶瓷发展史上，先有陶后有瓷，瓷器由陶器脱胎而来，凡是用陶土和瓷土这两种不同性质的粘土为原料，经过配料、成型、干燥、焙烧等工艺流程制成的器物都可以叫陶瓷，是陶器和瓷器的总称。广义的陶瓷定义：以无机非金属天然矿物或化工产品为原料，经过原料处理、成型、干燥、烧结等工序制成的产品。
陶瓷材料的基本性能与特点为：(1)陶瓷的显微结构由结晶相、气孔和玻璃相组成，常常不透明或半透明。(2)陶瓷材料具有较高的弹性模量；强度高，抗压强度远远大于抗拉强度；耐磨性能良好；好的耐久性，如抗氧化、耐高温、耐腐蚀等；除特种电功能陶瓷外，普遍具有良好的电绝缘性能；硬度高。
但是陶瓷材料也普遍具有缺陷特性：如脆性大，耐冲击能力低，经不起外力撞击，易碎，也不能急冷急热；理论强度高，但实际强度远远低于理论强度。这是因为陶瓷材料存在很多孔洞和微裂纹，大大降低了其实际强度。如果材料中有微裂纹一旦形成，其就会迅速的扩展，对于金属，在外力的作用下可以产生塑性变形，塑性变形可以吸收扩展裂纹的能量，起到阻止裂纹延展的作用。但对于陶瓷，缺乏塑性变形，裂纹一旦形成，材料内部的应力就会集中在裂纹的尖端，推动裂纹的扩展直至断裂。另外，陶瓷产品的热稳定性一般较差，热稳定性是指产品在冷热交换中不出现裂纹或破损，标准一般规定将样品加热至180℃，然后投入20℃水中，取出观察是否有损坏。在热冲击的情况下，由于陶瓷材料导热性差，热应力因此增加，促进裂纹迅速扩展。
为了克服陶瓷这些缺点，对陶瓷强化技术有以下几种：(1)复合强化：瓷-瓷结合是利用不同强度的陶瓷材料复合，如氧化铝陶瓷与烤瓷复合烧结；金-瓷结合是利用金属的韧性和强度在其表面烧附陶瓷；瓷-瓷纤维结合是在陶瓷颗粒中加入瓷纤维，以加强抗破碎力；瓷-基体结合是应用特殊粘接剂将瓷粘固在基体上；(2)瓷结晶化是通过陶瓷再加热结晶细微化提高陶瓷强度，如铸造陶瓷冠；(3)瓷致密化是陶瓷块成形前或成形中，采用真空、加压等方式减少陶瓷的气相，进而提高其强度；(4)预应力强化是常在陶瓷表面形成预压应力，以达到强化的目的。这些工艺目前主要用于烤瓷系类产品，对于一些工艺瓷器，例如汝瓷烧制，这些强化措施是有限或是不能操作的，或在具体实施时需要进一步改进。
发明内容
为了烧制低脆性汝瓷，本发明提供了一种金属复合降低汝瓷脆性的方法，该方法利用金属的强度、韧性和可塑性，经过选择合适的金属丝网，在按照汝瓷瓷器的现代加工工艺流程前，先进行金属丝网骨架的造型、热处理和加工，然后在坯品注浆成型时，将金属丝网件固定在石膏模子内，再进行注浆制坯。
为解决上述技术问题本发明采用如下技术方案，金属复合降低汝瓷脆性的方法，其特征在于：在汝瓷坯中加入金属丝网骨架，在制坯阶段进行改进的具体步骤为：
步骤S1：石膏模型制作
按照计划烧制的瓷器形态制作石膏模型；
步骤S2：金属网骨架制作
制图：制作设计瓷器或石膏模型的立体展开图，按照设计瓷器或石膏模具的实际展开图尺寸裁剪金属丝网；
造型：用裁剪的金属丝网包套在制作的石膏模型上，再将金属丝网经弯折、剪切、扎丝工序制作瓷器金属丝网骨架；
退火：将包套金属丝网骨架的石膏模型于380-420℃退火1-3h，用于减少金属丝网的内应力；
加工：取出退火后的金属丝网骨架，对金属丝网骨架进行整修和交接处焊接、扎丝，取出石膏模型；
步骤S3：注浆成坯
将金属丝网骨架固定在制坯石膏模具内，再将经过处理后的坯料进行注浆，然后按照制坯成型工序完成汝瓷瓷器的制作，利用金属丝网的强度、韧性和可塑性制作汝瓷瓷器的骨架，能够减弱汝瓷瓷器的脆性，阻止汝瓷瓷器裂纹扩展，增加汝瓷瓷器使用寿命，同时能够减弱坯料烧结坍塌，增大汝瓷瓷器的器型。
进一步优选，步骤S1中所述石膏模型制作过程采用制坯石膏模具内加入2mm厚度的柔性橡胶材料，具体步骤如下：注入石膏浆-旋模子-制模型-修整-晾干，所制作石膏模型小于烧制瓷器的外部尺寸，大于烧制瓷器的内部尺寸，用于保证金属丝网骨架被坯料浆完全包覆；复杂器型的石膏模型可使用分块组装方式，以利于石膏模型取出。
进一步优选，步骤S2中所述金属丝网骨架的材料选用钽丝网或铌丝网，钽丝网或铌丝网的丝径为Φ0.3mm，钽丝网或铌丝网的孔径为2mm；金属丝网衔接处采用点焊，金属丝网骨架整修以保证不会出现露金属丝网骨架为准。
本发明与现有技术相比具有以下优点和有益效果：本发明利用金属丝网的强度、韧性和可塑性作为制作汝瓷瓷器的骨架，金-瓷结合方式能够有效减弱瓷器的脆性，阻止汝瓷瓷器裂纹扩展，增加汝瓷瓷器使用寿命；汝瓷坯料的主要原料为黏土(高岭土)和瓷石(含高铝硅成份原料)，汝瓷坯料烧结容易变形，汝瓷器型较小(俗称瓷不过尺)，通过使用金属丝网骨架可以适当减弱坯料烧结坍塌，一定程度上增大汝瓷瓷器的器型。
附图说明
图1本发明实施例中生坯料的抗折强度测量结果；
图2本发明实施例中生坯料的抗压强度测量结果。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例
采用汝瓷瓷器的现代烧制工艺流程
坯用原料处理：可塑性泥料-配料加水-球磨加工-除铁-抽真空-滤泥-练泥-陈腐；
石膏模具制作：旋模子-制母模-翻模子-修整-晾干；
在制坯阶段进行改进，具体步骤如下：
1、石膏模型制作
按照计划烧制的瓷器形态制作石膏模型，采用制坯石膏模具均匀铺入一层2mm厚度的柔性橡胶材料，之后步骤如下：注入石膏浆-旋模子-制模型-修整-晾干。
2、金属丝网骨架制作
制图：按照石膏模型的立体展开图实际尺寸裁剪金属丝网，金属丝网选用钽丝网，金属丝网的丝径为Φ0.3mm，金属丝网的孔径约为2mm。
造型：金属丝网材料包套在石膏模型上，再经过弯折、剪切、扎丝制作紧包在石膏模型的瓷器金属丝网骨架，在金属丝网骨架的关节区域进行扎丝或点焊。
退火：石膏模型和金属丝网骨架一起放入马弗炉内进行退火处理，以2℃/min的升温速率升温到400℃保温约2h，再随炉冷却。退火目的用于减少金属丝网的内应力，利于对其再加工和修整，同时减少坯料烧结时金属丝网变形等。
加工：取出退火后的金属丝网骨架，对金属丝网骨架进行整修，剔除尖刺和造型修整，以保证成坯时不会出现露金属丝网骨架为准，并在金属丝网衔接处进行点焊，取出石膏模型。
3、注浆成坯
把金属丝网骨架固定在制坯石膏模子内，把经过处理后可用的坯料进行注浆(按坯品要求确定厚度)，之后按制坯成型工序：放浆-凉坯-下模-修坯、旋口、旋底-擦坯-凉干。
然后按照现代常用工序，手拉坯成型：杀泥-揉泥-拉坯-凉坯、拍花-旋坯-旋底修整。坯品烘干-入窑素烧(760-800℃)，制得陶化坯。
采用IOT-300抗折抗压强度测定仪，对改进制坯工艺和传统工艺制备得到的生坯料经过不同干燥时间后进行抗折和抗压测试，如图1是生坯料的抗折强度测量和图2是生坯料的抗压强度测量结果。
由图1可看出，改进制坯工艺得到的生坯料在相同干燥时间点的抗折强度明显大于传统工艺制备坯料。随着生坯干燥时间的延长，两者的抗折强度都是先增加后减小，是由于随着坯料干燥固化变强，抗折能力增加，但是当坯料完全干燥后抗折能力又下降。
由图2坯料抗压强度测量结果可以看出，改进工艺制得的坯料在相同干燥时间点抗压强度小于传统坯，这是由于改进坯中加入的金属骨架不能很好地和坯料结合，造成抗压能力下降。随着生坯干燥时间的延长，两者的抗折强度都是增加，是由于随着坯料干燥固化变强，抗压能力增加。
表1素烧陶化坯的抗折强度和抗压强度
对经过素烧后的陶化坯的抗折强度和抗压强度测量，如表1所示，对比两者结果可知，素烧后两者的抗压强度之间差别不大，但是传统坯的抗压能力略高于改进工艺坯，并且传统坯单块抗压强度差别较小，这是因为改进坯的金属骨架与陶瓷基体之间只是物理接触，不改变陶瓷基体抗压能力。但是抗折强度测试结果对比可以明显看出，改进坯的抗折能力提高了近两倍，说明既是金属骨架的存在不改变陶瓷基体的性能，但是金属的韧性却在两者的复合中发挥了明显的作用。
以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。
Claims (3)
1.金属复合降低汝瓷脆性的方法，其特征在于：在汝瓷坯中加入金属丝网骨架，在制坯阶段进行改进的具体步骤为：
步骤S1：石膏模型制作
按照计划烧制的瓷器形态制作石膏模型；
步骤S2：金属网骨架制作
制图：制作设计瓷器或石膏模型的立体展开图，按照设计瓷器或石膏模具的实际展开图尺寸裁剪金属丝网；
造型：用裁剪的金属丝网包套在制作的石膏模型上，再将金属丝网经弯折、剪切、扎丝工序制作瓷器金属丝网骨架；
退火：将包套金属丝网骨架的石膏模型于380-420℃退火1-3h，用于减少金属丝网的内应力；
加工：取出退火后的金属丝网骨架，对金属丝网骨架进行整修和交接处焊接、扎丝，取出石膏模型；
步骤S3：注浆成坯
将金属丝网骨架固定在制坯石膏模具内，再将经过处理后的坯料进行注浆，然后按照制坯成型工序完成汝瓷瓷器的制作，利用金属丝网的强度、韧性和可塑性制作汝瓷瓷器的骨架，能够减弱汝瓷瓷器的脆性，阻止汝瓷瓷器裂纹扩展，增加汝瓷瓷器使用寿命，同时能够减弱坯料烧结坍塌，增大汝瓷瓷器的器型。
2.根据权利要求1所述的金属复合降低汝瓷脆性的方法，其特征在于：步骤S1中所述石膏模型制作过程采用制坯石膏模具内加入2mm厚度的柔性橡胶材料，具体步骤如下：注入石膏浆-旋模子-制模型-修整-晾干，所制作石膏模型小于烧制瓷器的外部尺寸，大于烧制瓷器的内部尺寸，用于保证金属丝网骨架被坯料浆完全包覆；复杂器型的石膏模型可使用分块组装方式，以利于石膏模型取出。
3.根据权利要求1所述的金属复合降低汝瓷脆性的方法，其特征在于：步骤S2中所述金属丝网骨架的材料选用钽丝网或铌丝网，钽丝网或铌丝网的丝径Φ为0.3mm，钽丝网或铌丝网的孔径为2mm；金属丝网衔接处采用点焊，金属丝网骨架整修以保证不会出现露金属丝网骨架为准。
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