CN110950674A - 一种纤维增强卫生陶瓷坯体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纤维增强卫生陶瓷坯体的制备方法，包括以下步骤：1)坯体制备：a、按质量百分比，坯料包括如下组分：煅烧铝矾土50‑70％、石英8‑16％、球土2‑10％、高岭土2‑7％、水洗瓷土6‑14％、废泥5‑15％、水镁石纤维1‑5％、氟化铝1‑3％；将称量好的上述原料装入卧式球磨机中，再加入适量的碱面和水湿磨混料至＜10μm占比为52‑56％时，再加入0.5‑1％木质纤维素继续球磨至＜10μm占比为58‑61％时进行放浆出磨；再经除铁、过筛、精制和陈腐制成泥浆备用；b、将上述泥浆于石膏模型中进行注浆成型，经吃浆、巩固、脱模后自然风干或在55℃环境下烘干至含水率在5％以下，即得所述卫生陶瓷生坯；2)烧成。本发明提供的卫生陶瓷坯体吸水率为6‑8％，低于行业内大部分超薄卫生陶瓷的吸水率。

Description

一种纤维增强卫生陶瓷坯体的制备方法
技术领域
本发明涉及一种纤维增强卫生陶瓷坯体的制备方法。
背景技术
陶瓷材料具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点，是工程材料中刚度最好、硬度最高的材料。陶瓷的抗压强度较高，但抗拉强度较低，塑性和韧性很差。在特种陶瓷领域，关于陶瓷增强增韧的研究非常多。但是在卫生陶瓷领域，由于陶瓷增强增韧的成本较高，因而限制了高强度、高韧性卫生陶瓷的发展。
卫生陶瓷国标规定卫生陶瓷产品任何部位的坯体厚度应不小于6mm。近年来，各大卫浴展会上出现越来越多的超薄卫生陶瓷产品，其造型相比传统卫生陶瓷更显轻盈时尚。超薄陶瓷由于减少了坯体原料的用量，相比传统卫生陶瓷更为节能环保。卫生陶瓷薄壁轻量化已经成为一种行业内的趋势。但是卫生陶瓷薄壁轻量化就要求卫生陶瓷坯体必须具有更高的强度、更高的韧性、更小的烧成收缩量等一系列更为严格的坯体物理性能。由此可见，开发高强度卫生陶瓷，对卫浴行业不仅是外观造型上的革新，也是对低成本开发高强度超薄卫生陶瓷的一次挑战。
近年来，各大卫浴展会上出现越来越多的超薄卫生陶瓷产品，其造型相比传统卫生陶瓷更显轻盈时尚。超薄陶瓷由于减少了坯体原料的用量，相比传统卫生陶瓷更为节能环保。卫生陶瓷薄壁轻量化已经成为一种行业内的趋势。但是卫生陶瓷薄壁轻量化就要求卫生陶瓷坯体必须具有更高的强度、更高的韧性、更小的烧成收缩量等一系列更为严格的坯体物理性能。由此可见，开发高强度卫生陶瓷，对卫浴行业不仅是外观造型上的革新，也是对低成本开发高强度超薄卫生陶瓷的一次挑战。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种纤维增强卫生陶瓷坯体的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种纤维增强卫生陶瓷坯体的制备方法包括以下步骤：
1)坯体制备：
a、按质量百分比，坯料包括如下组分：煅烧铝矾土50-70％、石英8-16％、球土2-10％、高岭土2-7％、水洗瓷土6-14％、废泥5-15％、水镁石纤维1-5％、氟化铝1-3％；将称量好的上述原料装入卧式球磨机中，再加入适量的碱面和水湿磨混料至＜10μm占比为52-56％时，再加入0.5-1％木质纤维素继续球磨至＜10μm占比为58-61％时，进行放浆出磨；再经除铁、过筛、精制和陈腐制成泥浆备用；
b、将上述泥浆于石膏模型中进行注浆成型，经吃浆、巩固、脱模后自然风干或在50-60℃环境下烘干至含水率在5％以下，即得所述卫生陶瓷生坯；
2)烧成：将干燥好的陶瓷坯体放入马弗炉中进行烧结；烧成制度为：以4-6℃/min的升温速度从室温升至470～500℃并保温20-40min，再以3-5℃/min的升温速度升至900～950℃，最后以1.5-2.5℃/min的升温速度升至1200～1250℃并保温15-25min。
所述煅烧铝矾土为325目一级煅烧铝矾土，Al2O3含量大于80％。
所述水镁石纤维为300目白色纤维，MgO含量大于65％，CaO含量小于1.5％，Fe2O3含量小于0.2％。
所述木质纤维素为300目白色纤维，占坯体料0.5～1％。
所述废泥为卫生陶瓷生产过程中不可避免的废弃泥料，其粒度达到10微米占比小于60％。
步骤1)所得的泥浆浓度为365±2g/200mL，粘性V0为68±10s/100mL，粘性V30为95±10s/100mL，屈服值为14±2Pa。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1.采用煅烧高铝矾土为坯体主要原料，其成本远低于采用氧化铝、氧化锆等为原料的超薄陶瓷。高温下生成的莫来石和刚玉相构成陶瓷坯体的主晶相，保证了陶瓷坯体的高强度。添加氟化铝使得卫生陶瓷坯体在1100℃左右便能生成莫来石晶须，进一步增强了本发明中卫生陶瓷坯体的强度和韧性。同时，也起到了节能降耗的作用。
2.水镁石纤维是一种氢氧镁石，外观呈白色，可用作增强、补强材料。用于卫生陶瓷坯体中可显著提高卫生陶瓷的强度和韧性，满足卫生陶瓷薄壁轻量化的生产需求。减少了卫生陶瓷坯体原料的用量，也降低了烧成温度从而降低了能耗。
3.本发明采用了大量的煅烧原料，可塑性较差，添加木质纤维素后可提高泥浆的可塑性及生坯强度，防止生坯在干燥及搬运过程中的开裂损坏，不仅成本低，还能有效提高陶瓷成型干燥过程中的合格率。
4.本发明采用废泥作为原料之一，不仅能降低陶瓷生产过程中的原料浪费，还能改善陶瓷车间的生产环境。
5.本发明提供的卫生陶瓷坯体吸水率为6-8％，低于行业内大部分超薄卫生陶瓷的吸水率。生坯强度为4.2-4.5MPa，成瓷强度棒检测结果为95-110MPa，烧成收缩为6-7％，烧成弯曲为7-8mm，满足大件超薄陶瓷产品的生产需求。
具体实施方式
坯体制备：
a、按如下坯料组成及其质量百分比配料：煅烧铝矾土50-70％、石英8-16％、盛超球土(江门市盛超陶瓷材料有限公司)2-10％、星子高岭土(江西星子)2-8％、水洗瓷土(立安土，广州立安陶瓷工业有限公司)6-12％、废泥5-15％、水镁石纤维1-5％、氟化铝1-3％；将称量好的上述原料装入卧式球磨机中，再加入适量的碱面(主要成分为苏打)和水湿磨混料至＜10μm占比为52-56％时，再加入0.5～1％木质纤维素继续球磨至＜10μm占比为58-61％时，进行放浆出磨。再经除铁、过筛、精制和陈腐制成泥浆备用；此时泥浆浓度为365±2g/200mL，粘性V0为68±10s/100mL，粘性V30为95±10s/100mL，屈服值为14±2Pa；
b、将上述泥浆于石膏模型中进行注浆成型，经吃浆、巩固、脱模后自然风干或在55℃环境下烘干至含水率在5％以下，即得所述卫生陶瓷生坯。
2)烧成：将干燥好的陶瓷坯体放入马弗炉中进行烧结。烧成制度为：以5℃/min的升温速度从室温升至480℃并保温30min，再以4℃/min的升温速度升至950℃，最后以2℃/min的升温速度升至1200～1240℃并保温20～60min。
实施例1-7是按下表的组分以及参数通过上述方法制备得到的纤维增强卫生陶瓷。
Figure BDA0002339412310000041
Figure BDA0002339412310000051
对比实施例2、3、4可知，单独添加水镁石(实施例3)对坯体强度有一定的增强作用(3.3％)，而过量添加氟化铝和水镁石(实施例4)反而不利于坯体强度(下降14.3％)，这是因为一方面氟化铝过多导致坯体生成过多气相，另一方面在水镁石和氟化铝的作用下坯体内生成了更多、更长彼此交叉生长的棒状莫来石，导致坯体孔隙率提高。而晶粒粗化也会导致坯体力学性能下降。对比实施例1、5、7和实施例2、6、8的可得出，合理地添加氟化铝和水镁石相比于不添加的卫生陶瓷坯体其吸水率相当，低于市场上大部分超薄陶瓷坯体吸水率，生坯强度至少提高12％，成瓷强度至少提高13％，收缩率至少降低了4％，烧成弯曲至少降低了6％，适应生产大件超薄陶瓷台盆的性能需求。煅烧铝矾土、石英等原料在高温下生成的莫来石和刚玉相构成陶瓷坯体的主晶相，保证了陶瓷坯体的高强度。氟化铝在烧成中能够为坯体提供少量气相而起到催化作用，使得卫生陶瓷坯体在1100℃左右便能生成莫来石晶须，进一步增强了陶瓷坯体的强度和韧性。本发明中通过合理的配方设计及生产工艺制备出厚度在6mm左右的高强度超薄卫生陶瓷坯体，能够适应设计更为复杂、外观更为时尚轻盈的大件卫生陶瓷产品。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (6)

1.一种纤维增强卫生陶瓷坯体的制备方法,包括以下步骤：
1)坯体制备：
a、按质量百分比，坯料包括如下组分：煅烧铝矾土50-70％、石英8-16％、球土2-10％、高岭土2-7％、水洗瓷土6-14％、废泥5-15％、水镁石纤维1-5％、氟化铝1-3％；将称量好的上述原料装入卧式球磨机中，再加入适量的碱面和水湿磨混料至＜10μm占比52-56％时，再加入0.5-1％木质纤维素继续球磨至＜10μm占比为58-61％时，进行放浆出磨；再经除铁、过筛、精制和陈腐制成泥浆备用；
b、将上述泥浆于石膏模型中进行注浆成型，经吃浆、巩固、脱模后自然风干或在50-60℃环境下烘干至含水率在5％以下，即得所述卫生陶瓷生坯；
2)烧成：将干燥好的陶瓷坯体放入马弗炉中进行烧结；烧成制度为：以4-6℃/min的升温速度从室温升至470～500℃并保温20-40min，再以3-5℃/min的升温速度升至900～950℃，最后以1.5-2.5℃/min的升温速度升至1200～1250℃并保温15-25min。
2.根据权利要求1所述的一种纤维增强卫生陶瓷坯体的制备方法，其特征在于：所述煅烧铝矾土为325目一级煅烧铝矾土，Al2O3含量大于80％。
3.根据权利要求2所述的一种纤维增强卫生陶瓷坯体的制备方法，其特征在于：所述水镁石纤维为300目白色纤维，MgO含量大于65％，CaO含量小于1.5％，Fe2O3含量小于0.2％。
4.根据权利要求3所述的一种纤维增强卫生陶瓷坯体的制备方法，其特征在于：所述木质纤维素为300目白色纤维，占坯体料0.5～1％。
5.根据权利要求3所述的一种纤维增强卫生陶瓷坯体的制备方法，其特征在于：所述废泥为卫生陶瓷生产过程中不可避免的废弃泥料，其粒度达到10微米占比小于60％。
6.根据权利要求3所述的一种纤维增强卫生陶瓷坯体的制备方法，其特征在于：步骤1)所得的泥浆浓度为365±2g/200mL，粘性V0为68±10s/100mL，粘性V30为95±10s/100mL，屈服值为14±2Pa。
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