CN111377705B - 一种陶瓷材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶瓷材料，由紫砂泥、硒矿粉、负离子粉组成，各组分的配比为：所述紫砂泥52～78%、硒矿粉20～43%、负离子粉2～5%。本发明的陶瓷材料配方中添加了负离子粉，负离子粉可以使陶瓷制品内的水无需加热煮沸即产生并维持小分子团水，小分子团水有极强的渗透力，能够保护肠道内的微生物，急速排除细胞内的杂物；添加硒矿粉后，微量元素在水中缓释溶解，可以使产生的小分子团水更加稳定。本发明的陶瓷制品在加入90℃水后，10~15分钟就可以产生对人体有益的弱碱性小分子团水，并且在10天以内可以基本维持在80赫兹以下，而且该紫砂制品无需煮开水进行使用，只要加入90℃以上水即可冲泡获得。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷加工技术领域，尤其是一种陶瓷材料及其制备方法和应用。
背景技术
通常的水是由10个以上的水分子组成一个水分子团,为大分子团水，小分子团水由5-6个水分子缔结而成。用核磁共振方法检验水分子团的大小，检测值大于100Hz为大分子团水，小于100Hz为小分子团水，一般的水半幅宽为108Hz。大分子团水活性差，不易被吸收，而小分子团水活性高，渗透性强，更容易通过水通道进出细胞，因而被称为“给细胞喝的水”，小分子团水十分有利于饮用者的健康，能保护肠内微生物，极速排除细胞内的脏污。现有的如中国专利ZL2014106358299公开了一种小分子陶瓷容器的制作工艺，使用该专利紫砂泥+粘土泥配方和制作工艺制得的陶瓷容器可以使水变成46赫兹左右的小分子水，但是这种陶瓷容器在实际使用时存在缺陷，一方面，必须用此陶瓷容器烧水，煮沸3~4min后才会产生小分子水团，如需外出旅行或出差无法携带陶瓷容器在炉灶上烧水使用，因此使用十分不便；另一方面，在倒入饮用杯后20~30min或温度降到30~40度以下时，小分子水团极速减少，在30mim后小分子水团基本消失，因此其所产生的小分子水团的稳定性差，无法满足低于30度以下或长时间饮用到小分子水团的需求。
负离子粉是对能产生空气负离子的粉体材料的统称，负离子粉通常由稀土盐或镧系盐、电气石粉等物质组成。电气石是结构和成分复杂的含硼硅酸盐矿物，电气石由于具有特殊晶体结构，电气石自发极化效应产生的电极使其周围的水分子发生电解作用，生成的氢氧根离子与水分子或其他分子结合形成负离子，电气石能够自动和永久地释放负氧离子，进而被称之为天然的负氧离子发生器。稀土盐与处理过的电气石进行机械化学复合，可以提高电气石对空气分子的电离能力，成为高效产生负离子的粉体。
目前市场上的硒矿粉系列规格有从20目到2500目不等，硒矿粉成分及配比为：硒/Se0.1-3%，硅/SiO250-62%，钙/CaO3-5%，铝/Al2O310-17%，铁/Fe2O3 0.15-1%，镁/MgO1.5-2.5%，钾/K2O3-4%，钠/Na2O3-4%，钛/TiO20.3-0.6%，磷/P2O50.1-0.18%，锰/MnO0.06-0.1%，其中重金属含量为：镉/Cd<5ppm，铜/Cu<3ppm，锌/Zn<5ppm，砷/As<1ppm，汞/Hg<3ppm，铅/Pb<5ppm，铬/Cr<5ppm。硒本身具有清除体内自由基、抗氧化、抗衰老、排毒、清除胆固醇、抗污染、防辐射、防癌、增强免疫力等作用。
发明内容
本申请人针对上述现有生产中陶瓷制品获得小分子团水方式有局限、产生的小分子团水稳定性差等缺点，提供一种陶瓷材料及其制备方法和应用，所得陶瓷制品可以在不煮沸的环境下即产生小分子团水，携带更加方便，且产生的小分子团水形态稳定。
本发明所采用的技术方案如下：
本发明泥料的组成为：紫砂泥52~78%、硒矿粉20~43%、负离子粉2~5%，其中紫砂泥优选宜兴紫砂泥，更优选为宜兴黄龙山4 号井底槽清泥、宜兴南山紫泥、宜兴红拼紫泥、湖㳇紫泥、白麻子泥、红麻子泥；硒矿粉原料中硒含量大于0.1%，硒矿粉的目数选择800~2000目，其添加比例根据不同的紫砂泥品种和客户需求选择；负离子粉选择3万~7万单位。所述陶瓷材料可以为紫砂壶、紫砂杯、紫砂酒具、紫砂锅、紫砂煲、紫砂缸、紫砂罐、紫砂瓶等陶瓷容器或紫砂材质的其它制品。
陶瓷材料的制作方法包含以下步骤：
S1泥料处理
首先把选好的紫砂泥原料粉碎至40~80目，硒矿粉和负离子粉先放入混料机混合均匀，再与粉碎好的紫砂泥按一定的比例混合均匀，加水（料水比按100:20），搅拌成湿料，再进行炼泥。如采购的硒矿粉目数达不到800~2000目，可以先进行研磨再添加至紫砂泥中。
S2陈腐再炼
炼泥完成的湿料抽真空后用塑料袋密封包装进行陈腐，使其充分吸收水份，相互融合，陈腐2~4个月后再炼，密封包装待用。
S3坯料成型
用炼好的紫砂泥料制成所需的器型容器、器具等坯料。
S4坯料烘干
坯料制成后让其自然干燥，1、2、3、4、11、12 月份干燥24小时，5、6、7、8、9、10 月份干燥12小时，再放入80~100℃烘房烘干48小时，严格控制坯料的含水量，使其含水量低于2%。
S5烧制成型
将干燥后的坯料放入炉窑中，炉盖呈40~50度角打开，开始加热1.5~2.5h，温度升高至200℃，调整炉盖呈20~30度角打开，继续加热2~4小时，温度升高至700℃，盖上炉盖继续加热2h，温度升高至900℃，堵上炉盖上的透气孔，继续加热1~3h，烧成温度比不添加硒矿粉和负离子粉的原泥烧成温度低20~50度，随后自行降温6~12h至600℃，拔掉透气孔塞子，5~7h后自行降温至200℃，随后炉盖开启呈40~50度角，0.5~2.5h后炉内温度降至100℃，取出成品。
由于本发明在泥料中添加了硒矿粉，硒矿粉中富含大量矿物质元素，由表1可知，其中硒、锌、钾、钙、铝、镁、钾等矿物质的熔点较低，硒、锌、钾的沸点较低。所以，在烧制过程中必须严格控制烧制的温度和升温的速度，如果不控制温度、升温速度或炉盖角度在烧制过程中坯料会产生气体，坯料本身体积会膨胀使产品制作失败，且大量溢出的气体还会损坏烧料的炉窑，加了硒矿粉和负离子粉的本配方烧制温度比原用紫砂泥的烧制温度要低20~50℃左右，低温烧制可以减缓坯料产生气体的速度并顺利排气，使产品正常成型，成品体积收缩约8~12%，表面光滑无毛刺，光泽感好。
另外，在烧制过程中还需要严格控制炉盖的开启角度，如果在温度升高至600℃以前一直开启45度，从45度直接关闭炉盖继续烧制，虽然可以制得器具整体表面光滑无毛刺，光泽感好的产品，但器具的细节部，如杯盖上的图形装饰部、手柄连接部等依然容易出现局部膨胀的现象，这些地方的厚度比杯体的厚度厚，更加容易产生气体，因此，出现瑕疵品的概率高。如果严格控制炉盖的开启角度，在烧制过程中逐步慢慢地关闭炉盖，最后再塞上透气孔塞子，可以减缓烧制进程，使各种矿物质元素在杯体缓慢均匀分布，形成均匀细致的结构，使较厚的细节部也不容易出现膨胀现象，同时，细密均匀的结构使矿物质元素更利于缓释于水中，保护小分子团水的稳定性。
表1：
本发明的有益效果如下：
一种陶瓷材料，由紫砂泥、硒矿粉、负离子粉组成，各组分的配比为：所述紫砂泥52～78%、硒矿粉20～43%、负离子粉2～5%。本发明的陶瓷材料配方中添加了负离子粉，负离子粉可以使陶瓷制品内的水无需加热煮沸即产生并维持小分子团水，小分子团水有极强的渗透力，能够保护肠道内的微生物，急速排除细胞内的杂物；添加硒矿粉后，微量元素在水中缓释溶解，可以使产生的小分子团水更加稳定，且硒矿粉富含对人体有益的微量元素，人类饮用后，可以在体内形成金属-硒-蛋白质复合物,把能诱发癌变的金属离子排出体外；水中硒含量达到22 ug/L以上，硒具有清除体内自由基、抗氧化、抗衰老、增加免疫力等作用，有益于身体健康。本发明的陶瓷制品在加入90℃水后，10~15分钟就可以产生对人体有益的弱碱性小分子团水，并且在10天以内可以基本维持在80赫兹以下，而且该紫砂制品无需煮开水进行使用，只要加入90℃以上水即可以冲泡出一杯具有弱碱性的小分子团水且富含钙、铁、锌、硒、锶、硅、钾等多种人体必须的微量元素的好水、好茶，可以随时随地加水即用，使用简单，携带方便。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述紫砂泥为宜兴紫砂泥；优选为宜兴黄龙山4 号井底槽清泥、宜兴南山紫泥、宜兴红拼紫泥、湖㳇紫泥、白麻子泥或红麻子泥。
所述硒矿粉中硒含量大于0.1%，目数为800～2000目。
所述负离子粉为3万～7万单位。
一种制备上述陶瓷材料的方法，包含如下步骤：
S1泥料处理：
紫砂泥原料粉碎，硒矿粉和负离子粉混合均匀后，再与紫砂泥按比例混合，按100：20的料水比加水，搅拌成湿料，炼泥；
S2坯料成型：
用炼好的紫砂泥料制成坯料；
S3烧制成型：
坯料入炉，加热1.5～2.5h，温度升高至200℃，加热2～4小时，温度升高至700℃，盖上开启装置继续加热2h，温度升高至900℃，关闭透气孔，继续加热1～3h，烧成温度比不添加硒矿粉和负离子粉的原泥烧成温度低20～50度。
由于本发明在泥料中添加了硒矿粉，硒矿粉中富含大量矿物质元素，其中硒、锌、钾、钙、铝、镁、钾等矿物质的熔点较低，硒、钾、锌的沸点较低。所以，本发明在烧制过程中必须严格控制烧制的温度，如果不控制温度或炉盖角度在烧制过程中坯料会产生气体，坯料本身体积会增加使产品制作失败，且大量溢出的气体还会损坏烧料的炉窑，加了硒矿粉和负离子粉的本配方烧制温度都比原用紫砂泥的烧制温度要低20~50℃左右，低温烧制可以减缓坯料产生气体的速度并顺利排气，使产品正常成型，成品体积收缩约8~12%，表面光滑无毛刺，光泽感好。
作为上述技术方案的进一步改进：
温度升高至200℃之前开启装置呈40～50度角打开，温度在200℃至700℃之间，开启装置呈20～30度角打开。本发明在烧制过程中还需要严格控制炉盖的开启角度，如果在温度升高至600℃以前一直开启45度，从45度直接关闭炉盖继续烧制，虽然可以制得器具整体表面光滑无毛刺，光泽感好的产品，但器具的细节部，如杯盖上的图形装饰部、手柄连接部等依然容易出现局部膨胀的现象，这些地方的厚度比杯体的厚度厚，更加容易产生气体，因此，出现瑕疵品的概率高。本发明严格控制炉盖的开启角度，在烧制过程中逐步慢慢地关闭炉盖，最后再塞上透气孔塞子，可以减缓烧制进程，使各种矿物质元素在杯体缓慢均匀分布，形成均匀细致的结构，使较厚的细节部也不容易出现膨胀现象，同时，细密均匀的结构使矿物质元素更利于缓释于水中，维持小分子团水的稳定性。
所述步骤S1与步骤S2之间还包括有S10陈腐再炼步骤：将湿料陈腐2～4个月后再炼。因宜兴紫砂泥本身为半熟矿物质，自身容易溶化，一般无需陈腐再炼即可烧制成品相和质量较佳的紫砂制品，但本发明加入陈腐再炼的步骤，一方面可以使有效地使硒矿粉和负离子粉充分吸收水分，与紫砂泥相互融合，更加均匀地分布在紫砂泥中，所得陶瓷制品的内壁均匀分布有矿物质粉和负离子粉，能使加入的水更好地变成小分子团水并维持稳定形态，另一方面，均匀的坯料可以避免局部硒矿粉过量导致的局部膨胀现象，所得产品良率高。
所述步骤S1完成后还需要进行S11坯料烘干步骤，坯料干燥至含水量低于2%；所述坯料烘干步骤为：自然干燥12～24h，再放入80～100℃烘房烘干48小时。一般而言，坯料烘干步骤中坯料的含水量只需控制在10~15%以下即可进行下一步烧制步骤，但是添加硒矿粉和负离子粉的本发明所得坯料必须在室温下干燥后再至烘房中烘干至含水量低于2%，控制坯料烧制成型过程中的一切膨胀因素，使坯料不会因为坯内水分较多或硒矿粉和负离子粉的添加中任一因素导致膨胀或炸裂，保证产品正常成型，成品体积收缩约8~12%。
所述步骤S3烧制完成后，自行降温6～12h至600℃，打开透气孔，5～7h后自行降温至200℃，随后开启装置开启呈40～50度角，0.5～2.5h后炉内温度降至100℃；成品体积收缩约8～12%。
一种使用如权利要求5的制备方法制得的陶瓷材料的应用，所述陶瓷材料可以用于制作紫砂壶、紫砂杯、紫砂酒具、紫砂锅、紫砂煲、紫砂缸、紫砂罐或紫砂瓶。
具体实施方式
下面说明本发明的具体实施方式。
由于宜兴的紫砂泥种类较多，各种泥的烧成温度都不一样，下面以优选的三种泥料为例说明本专利的具体实施方式，具体成分配比、烧成温度、炉盖开启角度、所得产品外观见表2：
表2：
实施例1：
S1泥料处理
将宜兴黄龙山4号井底槽清泥粉碎至50目，硒矿粉和负离子粉先放入混料机混合均匀，再与粉碎好的紫砂泥按表2中的比例混合均匀，加水（料水比按100:20），搅拌成湿料，再进行炼泥。
S2陈腐再炼
炼泥完成的湿料抽真空后用塑料袋密封包装进行陈腐，使其充分吸收水份，相互融合，陈腐4个月后再炼，密封包装待用。
S3坯料成型
用炼好的紫砂泥料制成陶瓷坯料。
S4坯料烘干
先自然干燥24小时（1月份），再放入100℃烘房烘干48小时。
S5烧制成型
将干燥后的坯料放入炉窑中，炉盖呈45度角打开，开始加热1.5h后温度升高至200℃，炉盖呈25度角打开，继续加热4小时，温度升高至700℃，盖上炉盖继续加热2h，温度升高至900℃，堵上炉盖上的透气孔，继续加热1.5h，烧成温度为1160℃，随后自行降温10h至600℃，拔掉透气孔塞子7h后自行降温至200℃，随后呈45度角打开炉盖，2.5h后炉内温度降至100℃，取出成品。
宜兴黄龙山4号井底槽清泥原泥的烧制温度为1200℃左右，使用本配方后烧成温度在必须控制在1160℃-1175℃。所得成品色泽好，无膨胀现象，无瑕疵花纹或开裂。
实施例2：
实施例2与实施例1步骤基本相同，按照表格2中的泥料配比进行混合，宜兴南山紫泥粉碎的目数为40目，烧制成型步骤具体为：将干燥后的坯料放入炉窑中，炉盖完全开启或呈40度角打开，开始加热2h后温度升高至200℃，炉盖完全开启或呈20度角打开，继续加热3小时，温度升高至700℃，盖上炉盖继续加热2h，温度升高至900℃，堵上炉盖上的透气孔，继续加热2h，烧成温度为1160℃，随后自行降温9.5h至600℃，拔掉透气孔塞子6.5h后自行降温至200℃，随后完全开启炉盖，1h后炉内温度降至100℃，取出成品。
宜兴南山紫泥原泥的烧制温度为1180℃左右，使用本配方后烧成温度在必须控制在1130℃-1160℃。
实施例3：
实施例3与实施例1步骤基本相同，按照表格2中的泥料配比进行混合，宜兴红拼紫泥粉碎的目数为50目，烧制成型步骤具体为：将干燥后的坯料放入炉窑中，炉盖完全开启或呈50度角打开，开始加热2.5h后温度升高至200℃，炉盖完全开启或呈30度角打开，继续加热4小时，温度升高至700℃，盖上炉盖继续加热2h，温度升高至900℃，堵上炉盖上的透气孔，继续加热2h，烧成温度为1130℃，随后自行降温9h至600℃，拔掉透气孔塞子6h后自行降温至200℃，随后呈45度角打开，2h后炉内温度降至100℃，取出成品。
宜兴红拼紫泥原泥的烧制温度为1165℃左右，使用本配方后烧成温度在必须控制在1125℃-1145℃。
比较例1与实施例1基本相同，区别是烧成温度调整为1200℃，比较例2与实施例2基本相同，区别是升温至600℃以前炉盖开启角度始终为45º，比较例3与实施例3基本相同，区别是不添加硒矿粉和负离子粉，升温至600℃以前炉盖开启角度始终为45º，烧成温度为1165℃。
实施例1~3以及比较例3所得陶瓷制品中倒入90度水，分别在10min、30min、1h、10天时测量上述水的半幅宽，实施例1~3以及比较例3陶瓷制品内剩下的水送至实验室测量微量元素的含量记录在表3，比较例3所得陶瓷制品再次加入水，煮开3min，在10min、30min、1h、10天时测量上述水的半幅宽，水半幅宽检测数值记录在表4中。
表3：
| 含量（ug/L） | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 比较例3 |
| 硒/Se | 25 | 22 | 35 | 0.4 |
| 硅/Si | 228 | 204 | 259 | 148 |
| 钙/Ca | 159 | 145 | 168 | 152 |
| 铁/Fe | 4 | 3.8 | 4.3 | 3.5 |
| 磷/P | 34 | 33 | 37 | 15 |
| 钾/K | 263 | 240 | 282 | 207 |
| 锌/Zn | 16 | 3 | 2.9 | 1.37 |
| 锶/Sr | 0.7 | 0.71 | 0.76 | 0.67 |
| 铜/Cu | 0.5 | 0.52 | 0.57 | 0.54 |
| 镍/Ni | 0.7 | 0.65 | 0.68 | 0.45 |
| 砷/As | 5 | 8 | 7 | 7 |
| 硼/B | 28 | 25 | 29 | 28 |
| 锰/Mn | 2 | 1.5 | 1.8 | 1.9 |
| 铬/Cr | <1 | <1 | <1 | <1 |
| 锡/Sn | <8 | <6 | <6 | <8 |
| 钴/Co | <0.6 | <0.5 | <0.6 | <0.7 |
| 碘/I | <1 | <1 | <1 | <1 |
| 钼/Mo | <0.5 | <0.5 | <0.5 | <0.5 |
表4：
从表3可以看出，实施例1~3中硒的含量为22~35 ug/ L，砷含量低于10 ug/L，铬含量低于5ug/L，所得饮用水符合国家标准，安全有保障。从表4可以看出，实施例1~3所得陶瓷容器在加入90℃水后，10min就可以产生对人体有益的弱碱性小分子团水，并且在10天以内可以基本维持在80赫兹以下，不添加硒矿粉、负离子粉的比较例3在加入90℃水后如果不煮开并不会变成小分子团水，煮开3min后10min的水半幅宽可以达到55Hz,但30min小分子团水基本消失，1h的水中已经不含小分子团水，实施例1~3与比较例3比较，所产生的小分子团水状态更加稳定。
负离子粉中的电气石可以是水分子发生电解作用，进而生产小分子团水，负离子粉中的稀土盐可以提高电气石的电解能力，在陶瓷制品中加入90℃后，负离子粉使水分解为小分子团水，但这种小分子团水不稳定，由于本发明还添加有富含矿物质的硒矿粉，其中硒含量大于0.1%，矿物质进入水中后可以使小分子团水结构更加稳定，且硒矿粉富含多种人体必须的微量元素，水中硒含量达到22 ug/L以上，硒具有清除体内自由基、抗氧化、抗衰老、提高免疫力等作用，有益于身体健康。因此，使用本发明制作出来的紫砂容器，随时随地可以使用，使用简单，携带方便，无需煮开，只要加入90以上水即可以冲泡出一杯具有小分子团水的好水、好茶。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。湖㳇紫泥原泥烧成温度为1200℃，使用本配方后烧成温度在必须控制在1150℃-1180℃，白麻子泥原泥烧成温度为1300℃，使用本配方后烧成温度在必须控制在1250℃-1270℃，红麻子泥原泥烧成温度为1300℃，使用本配方后烧成温度在必须控制在1250℃-1280℃。另外本发明炉盖的描述并不是对所使用的烧制炉窑形式的限制，本发明可以采用任何烧制工具进行烧制，当使用卧式炉窑时开启装置为炉盖，当使用立式炉窑时开启装置为炉门。
Claims (8)
1.一种陶瓷材料，其特征在于：由紫砂泥、硒矿粉、负离子粉组成，各组分的配比为：所述紫砂泥52~78%、硒矿粉20~43%、负离子粉2~5%；
所述陶瓷材料按照如下方法制备：
S1泥料处理：
紫砂泥原料粉碎，硒矿粉和负离子粉混合均匀后，再与紫砂泥按比例混合，按100:20的料水比加水，搅拌成湿料，炼泥；
S2坯料成型：
用炼好的紫砂泥料制成坯料；
S3烧制成型：
坯料入炉，加热1.5~2.5h，温度升高至200℃，加热2~4小时，温度升高至700℃，盖上开启装置继续加热2h，温度升高至900℃，关闭透气孔，继续加热1~3h，烧成温度比不添加硒矿粉和负离子粉的原泥烧成温度低20~50度；温度升高至200℃之前开启装置呈40~50度角打开，温度在200℃至700℃之间，开启装置呈20~30度角打开。
2.按照权利要求1所述的陶瓷材料，其特征在于：所述紫砂泥为宜兴紫砂泥；宜兴黄龙山4号井底槽清泥、宜兴南山紫泥、宜兴红拼紫泥、湖㳇紫泥、白麻子泥或红麻子泥。
3.按照权利要求1所述的陶瓷材料，其特征在于：所述硒矿粉中硒含量大于0.1%，目数为800~2000目。
4.按照权利要求1所述的陶瓷材料，其特征在于：所述负离子粉为3万~7万单位。
5.按照权利要求1所述的陶瓷材料，其特征在于：所述步骤S1与步骤S2之间还包括有S10陈腐再炼步骤：将湿料陈腐2~4个月后再炼。
6.按照权利要求1所述的陶瓷材料，其特征在于：所述步骤S1完成后还需要进行S11坯料烘干步骤，坯料干燥至含水量低于2%；所述坯料烘干步骤为：自然干燥12~24h，再放入80~100℃烘房烘干48小时。
7.按照权利要求1所述的陶瓷材料，其特征在于：所述步骤S3烧制完成后，自行降温6~12h至600℃，打开透气孔，5~7h后自行降温至200℃，随后开启装置开启呈40~50度角，0.5~2.5h后炉内温度降至100℃；成品体积收缩8~12%。
8.一种权利要求1所述陶瓷材料的应用，其特征在于：所述陶瓷材料用于制作紫砂壶、紫砂杯、紫砂酒具、紫砂锅、紫砂煲、紫砂缸、紫砂罐或紫砂瓶。
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