CN111484321A - 一种超高强度日用陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超高强度日用陶瓷，包括坯体和施于坯体表面的釉层其中坯体包括以质量份数计的如下坯料原料：粒径30μm以下的刚玉25~35份、粒径30μm以下的莫来石30~45份、钾长石10~20份、氢氧化钙0.5~1份、氢氧化钡。本发明通过准备钾长石浆料、准备坯体、修坯、水洗除尘、自然晾干、准备釉料、施釉及烧制等工序制得超高强度日用陶瓷。本发明采用特定粒径范围的刚玉和莫来石，有利于获得致密的坯体，有利于莫来石将刚玉包覆，从而有利于提高莫网状结构形成，同时，氧化镁的引入，可以强化刚玉和莫来石之间的作用力，增加强度。本申请采用了特定的升温曲线，有利于提高强度。

Description

一种超高强度日用陶瓷及其制备方法
技术领域
本申请属于日用陶瓷技术领域，具体是一种超高强度日用陶瓷及 其制备方法。
背景技术
在日用陶瓷中，强度最低的是气孔和玻璃相，因玻璃相在高温下 可以流动，因此必须添加玻璃相来填充其他颗粒之间的间隙，通常采 用长石来作为玻璃相原料，长石中含有少量三氧化二铁和少量氮的化 合物，氮主要以铵根离子的形式存在于长石中，高温会导致三氧化二 铁中的氧以氧气的形式释放，而氮会以氮气的形式释放，造成气孔， 因此会大大降低日用陶瓷的强度。
现有技术中，在制备日用陶瓷的过程中通常都会使用除铁设备除 去陶瓷原料中的的铁，却无法除氮，导致陶瓷的气孔率无法降低，致 使陶瓷制品的强度不佳。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种超高强度日用 陶瓷及其制备方法，本申请制得的日用陶瓷具有超高的强度。
本申请解决其技术问题的解决方案是：
一种超高强度日用陶瓷，包括坯体和施于坯体表面的釉层，所述 坯体包括以质量份数计的如下坯料原料：粒径30μm以下的刚玉25～35份、粒径30μm以下的莫来石30～45份、钾长石10～20份、氢 氧化钙0.5～1份、氢氧化钡0.5～1份、氧化镁0.5～1份；所述釉层包括以质量份数计的如下原料：刚玉10份～15份、石英20～30份、钾 长石20～30份、高岭土8～10份、氧化锌2～5份、氧化镁1～3份，氢 氧化钙0.1～0.3份、氢氧化钡0.1～0.3份。
提高日用陶瓷的方法一是减少气孔，二是减少玻璃相，因此减少 长石的用量，提高刚玉、莫来石和玻璃相之间的结合力。可以通过干 法或湿法球磨，过筛选取粒径30μm以下的刚玉和粒径30μm以下 的莫来石，这样选取的刚玉和莫来石的粒径在30μm以下分布，较小的颗粒可以填充较大的颗粒之间的间隙，例如5μm以下的颗粒能 够填充在25μm的颗粒之间，达到紧密填充的效果，有利于获得致 密的坯体，为减少长石的用量提供了条件。再者，刚玉和莫来石的粒 径接近，在烧制过程中，刚玉被莫来石晶体包覆在莫来石的网状结构中，莫来石的网状晶体结构更加容易形成，莫来石的网状结构能够大 大提高陶瓷制品强度。在坯料中适当引入氢氧化钙、氢氧化钡作为碱 性添加剂，其中的氢氧根与长石中的铵根离子结合，可以在坯料陈腐 过程中将氨释放，避免后续烧制过程中释放氮气形成气孔。同时，氢 氧化钙、氢氧化钡还作为矿化剂，帮助二次莫来石的形成，增加莫来 石与刚玉、玻璃相之间的作用力。最后，氧化镁的引入，可以将刚玉 和莫来石中的铝离子相互结合，强化刚玉和莫来石之间的作用力，增 加强度。
釉料中添加氢氧化钙0.1～0.3份、氢氧化钡0.1～0.3和氧化镁1～3 份，可减少烧制过程中的气孔，通过镁离子与铝离子的结合，增加刚 玉颗粒之间的结合强度，镁离子还可以增加釉料与坯料之间的结合 力，避免秞层和坯体之间在碰撞中产生裂纹，裂纹的扩大是陶瓷碎裂 的原因，而秞层和坯体之间的结合处是容易产生裂纹的地方，因此， 采用本技术方案可以提高日用陶瓷的强度。
本发明还提供一种超高强度日用陶瓷的制备方法，用于制备所述 的超高强度日用陶瓷，包括以下步骤：
准备钾长石浆料：取钾长石10～20份、氢氧化钙0.5～1份、氢氧 化钡0.5～1份，湿法球磨至过350目筛并制成浆料，浆料在真空度 0.095兆帕以上条件下脱气10～50分钟，备用；
准备坯体：取所述钾长石浆料、粒径30μm以下的刚玉25～35 份、粒径30μm以下的莫来石30～45份、氧化镁0.5～1份，加水进行 湿法球磨，过350目筛后制得浆料，浆料通过除铁机除铁，之后通过 压滤机压滤成泥块，将泥块陈腐1～3天后练泥，练泥后的泥料经热滚 压成型为坯体，然后晾坯，晾坯后的坯体含水率为17～20％；
准备釉料：取刚玉10份～15份、石英20～30份、钾长石20～30 份、高岭土8～10份、氧化锌2～5份、氧化镁1～3份，氢氧化钙0.1～0.3 份、氢氧化钡0.1～0.3份混合均匀制成釉料原料，再向釉料原料中加 入100～120份球石、50～60份水，球磨18～20小时，然后经除铁机除 铁后，过筛，备用；
施釉：将所述釉料施釉于所述坯体上，自然干燥8～10小时，得 到施釉坯体；
烧制：将所述施釉坯体放置于窑炉中，升温至1100±10℃后， 在30min内将温度升高至1190±10℃，再在30min内升温至1300± 10℃，保温1～2小时，再冷却至1210±10℃，保温15±3小时，再 冷却至室温。
其中，湿法球磨时原料、球石和水的重量比为1∶2∶1，优选地， 湿法球磨时长为18～20小时。准备钾长石浆料的过程中已经将大部分 氮除去，大大减小了气孔率，准备坯体的过程中，将泥块陈腐1～3 天以及练泥的过程中，可以进一步减小泥料中的气孔率；将所述施釉 坯体放置于窑炉中，升温至1100±10℃后，在30min内将温度升高 至1190±10℃，再在30min内升温至1300±10℃，保温1～2小时， 再冷却至1210±10℃，保温15±3小时，再冷却至室温。1100±10 ℃后到1190±10℃这段期间内，快速升温，石英在长石溶体中溶解的相对较少，熔体粘度低，易于填充到骨架网络的空隙中，从而降低 了气孔率，再在30min内升温至1300±10℃，保温1～2小时后降温， 使得二次莫来石生成，且二次莫来石的晶体不会太粗，且能够形成网 状，使制得的陶瓷强度高，且1300±10℃，高温有利于方石英的形成。
作为上述技术方案的进一步改进，施釉步骤前还包括修坯的步 骤。修坯是为了使陶瓷产品获得更好的外观造型。
作为上述技术方案的进一步改进，修坯步骤与施釉步骤之间还包 括对坯体表面进行水洗除尘、自然晾干的步骤。修坯以后的陶瓷表面 有很多细小的纹路和粉尘，通过水洗除尘可以减少后续施釉的过程中 釉料与坯料之间的孔隙。
良好的坯釉结合是提高强度的基础，通过合理的釉料配方设计促 进坯釉中间层的生成，并使釉层产生一定的压应力，因为受压应力作 用的釉面抵抗刻划、侵蚀等能力较强，能够有效防止表面裂纹的产生。 此外，较高的釉面硬度、釉面平整光滑及釉层无气泡也能起到一定的 强化作用。
严格控制莫来石的形成过程，使之析出成为细小针状二次莫来 石，以团簇状交织成网，防止其粗大化。同时注意烧成温度不要过高， 高温下保温时间不宜过长，以防莫来石二次熔解。
本申请的有益效果是：选取的刚玉和莫来石的粒径在30μm以 下分布，较小的颗粒可以填充较大的颗粒之间的间隙，有利于获得致 密的坯体，为减少长石的用量和减少玻璃相提供了条件。再者，刚玉 和莫来石的粒径接近，有利于莫来石将刚玉包覆，有利于提高莫网状 结构形成，氢氧化钙、氢氧化钡还作为矿化剂在帮助二次莫来石形成 的同时还可以除去铵根离子，避免后续烧制过程中释放氮气形成气 孔，同时，氧化镁的引入，可以强化刚玉和莫来石之间的作用力，增 加强度。
具体实施方式
以下将结合实施例对本申请的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本申请的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本申请的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本申请的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本申请保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
实施例一：
准备钾长石浆料：取钾长石12份、氢氧化钙0.6份、氢氧化钡0.6 份，加水15份湿法球磨18小时至过350目筛并制成浆料，浆料在真 空度0.095兆帕条件下脱气45分钟，备用；
准备坯体：取所述钾长石浆料、粒径30um以下的刚玉30份、 粒径30um以下的莫来石40份、氧化镁0.7份，加水65份湿法球磨 18小时，过350目筛后制得浆料，浆料通过除铁机除铁，之后通过 压滤机压滤成泥块，将泥块陈腐3天后练泥，练泥后的泥料经热滚压 成型为坯体，然后晾坯，晾坯后的坯体含水率为18％；
准备釉料：取刚玉12份、石英22份、钾长石25份、高岭土8 份、氧化锌3份、氧化镁2份，氢氧化钙0.2份、氢氧化钡0.2份混 合均匀制成釉料原料，再向釉料原料中加入110份球石、55份水， 球磨18小时，至过350目筛，然后经除铁机除铁后，过筛，备用； 修坯，水洗除尘、自然晾干；施釉：将所述釉料施釉于所述坯体上， 自然干燥10小时，得到施釉坯体；烧制：将所述施釉坯体放置于窑 炉中，升温至1102℃后，经过30min将温度升高至1191℃，再经过 30min内升温至1301℃，保温1.5小时后冷却至1210℃，保温17小 时，再冷却至室温。
制得产品外观规整，釉面平整；吸水率≤0.1％，抗折强度达到 157MPa，抗热震性试验达到260℃投入20℃水中热交换三次不裂， 莫氏硬度达到8.5，釉面维氏显微硬度高于8.0GPa；抗冲击强度高于 1.8J/cm2。
实施例二：
实施例二与实施例一的区别在于，准备钾长石浆料的步骤中，钾 长石和水的用量不同。具体为，准备钾长石浆料：取钾长石20份、 氢氧化钙0.6份、氢氧化钡0.6份，加水22份湿法球磨18小时至过 350目筛并制成浆料，浆料在真空度0.095兆帕条件下脱气45分钟。
制得产品外观规整，釉面平整；吸水率≤0.1％，抗折强度达到 148MPa，抗热震性试验达到250℃投入20℃水中热交换三次不裂， 莫氏硬度达到8，釉面维氏显微硬度高于8.0GPa；抗冲击强度高于 1.65J/cm2。
实施例三：
实施例三与实施例一的区别在于，准备坯体的步骤中，采用的刚 玉的粒径为20～30um，采用的莫来石的粒径为20～30um。
制得产品外观规整，釉面平整；吸水率≤0.2％，抗折强度达到 142MPa，抗热震性试验达到230℃投入20℃水中热交换三次不裂， 莫氏硬度达到8，釉面维氏显微硬度高于8.0GPa；抗冲击强度高于 1.65J/cm2。
对比例一：
对比例一与实施例一的区别在于，准备钾长石浆料的步骤中，省 去氢氧化钙和氢氧化钡原料。
制得产品外观规整，釉面平整；吸水率≤0.4％，抗折强度达到 120MPa，抗热震性试验达到250℃投入20℃水中热交换一次不裂， 莫氏硬度达到7，釉面维氏显微硬度高于7.0GPa；抗冲击强度高于 1.5J/cm2。
对比例二：
对比例二与实施例一的区别在于，准备坯体的步骤中，省去了氧 化镁原料。
制得产品外观规整，釉面平整；吸水率≤0.1％，抗折强度达到 145MPa，抗热震性试验达到250℃投入20℃水中热交换三次不裂， 莫氏硬度达到8，釉面维氏显微硬度高于7GPa；抗冲击强度高于 1.55J/cm2。
对比例三：
对比例三与实施例一的区别在于，准备釉料的步骤中，省去了氧 化镁原料。
制得产品外观规整，釉面平整；吸水率≤0.1％，抗折强度达到 150MPa，抗热震性试验达到250℃投入20℃水中热交换三次不裂， 莫氏硬度达到8，釉面维氏显微硬度高于6.0GPa；抗冲击强度高于 1.6J/cm2。
对比例四：
对比例四与实施例一的区别在于，烧制的步骤为：将所述施釉坯 体放置于窑炉中，升温至1102℃后，经过2小时将温度升高至1192 ℃，再经过30min升温至1297℃，保温1.5小时后冷却至1212℃， 保温17小时，再冷却至室温。
制得产品外观规整，釉面平整；吸水率≤0.5％，抗折强度达到 120MPa，抗热震性试验达到220℃投入20℃水中热交换一次不裂， 莫氏硬度达到7，釉面维氏显微硬度高于6.0GPa；抗冲击强度高于 1.5J/cm2。
对比例五：
对比例五与实施例一的区别在于，烧制的步骤为：将所述施釉坯 体放置于窑炉中，升温至1101℃后，经过30min将温度升高至1191 ℃，再经过2小时内升温至1302℃，保温1.5小时后冷却至1210℃， 保温17小时，再冷却至室温。
制得产品外观规整，釉面平整；吸水率≤0.4％，抗折强度达到 125MPa，抗热震性试验达到230℃投入20℃水中热交换一次不裂， 莫氏硬度达到7，釉面维氏显微硬度高于6.0GPa；抗冲击强度高于 1.5J/cm2。
从以上实验结果可以看出，实施例一的产品强度最高，实施例二 和三制得的产品具有较好的综合性能，对比例制得的产品强度低于实 施例中的产品的强度。对比例一与实施例一对比可知，去除原料中的 氮，对产品的强度的影响是显著的，原因可能是气孔率的减少使得陶 瓷裂纹不易蔓延发展。对比例二、三与实施例一对比可知，氧化镁对 吸水率的影响不大，但是对强度的影响是显著的，特别是坯料中的氧 化镁，釉料中的氧化镁对强度也有一定的影响。对比例四、五与实施 例一对比可知，升温速率对强度的影响非常显著。
吸水率的测定方法参照GB/T 3299-2011、抗折强度的测定方法参 照GB/T 4741-1999、抗热震性的测定方法参照GB/T 3298-2008、釉 面维氏显微硬度的测定方法参照QB/T3731-1999、抗冲击强度的测定 方法参照GBT 4742-1984；
莫氏硬度的测定方法：是在以上实施例和对比例制得的陶瓷产品 表面用不同标准矿物进行刻划，当陶瓷产品表面不出现划痕时，代表 陶瓷产品的莫氏硬度大于该标准矿物，当陶瓷产品表面出现划痕时， 代表陶瓷产品的莫氏硬度小于该标准矿物，将恰当的标准矿物的莫氏 硬度看做陶瓷产品的莫氏硬度。本发明采用的标准矿物包括：刚玉 (9)、铬(8.5)、黄玉(8)、钨(7.5)、石英(7)。
以上对本申请的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并 不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本申请精神的前 提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含 在本申请权利要求所限定的范围内。
本发明公开了一种超高强度日用陶瓷，包括坯体和施于坯体表面 的釉层其中坯体包括以质量份数计的如下坯料原料：粒径30μm以 下的刚玉25～35份、粒径30μm以下的莫来石30～45份、钾长石10～20 份、氢氧化钙0.5～1份、氢氧化钡。本发明通过准备钾长石浆料、准 备坯体、修坯、水洗除尘、自然晾干、准备釉料、施釉及烧制等工序 制得超高强度日用陶瓷。本发明采用特定粒径范围的刚玉和莫来石， 有利于获得致密的坯体，有利于莫来石将刚玉包覆，从而有利于提高 莫网状结构形成，同时，氧化镁的引入，可以强化刚玉和莫来石之间 的作用力，增加强度。本申请采用了特定的升温曲线，有利于提高强 度。

Claims (4)

1.一种超高强度日用陶瓷，包括坯体和施于坯体表面的釉层，其特征在于，所述坯体包括以质量份数计的如下坯料原料：粒径30μm以下的刚玉25~35份、粒径30μm以下的莫来石30~45份、钾长石10~20份、氢氧化钙0.5~1份、氢氧化钡 0.5~1份、氧化镁0.5~1份；所述釉层包括以质量份数计的如下原料：刚玉10份~15份、石英20~30份、钾长石20~30份、高岭土8~10份、氧化锌2~5份、氧化镁1~3份，氢氧化钙0.1~0.3份、氢氧化钡 0.1~0.3份。
2.一种超高强度日用陶瓷的制备方法，用于制备权利要求1所述的超高强度日用陶瓷，其特征在于，包括以下步骤：
准备钾长石浆料：取钾长石10~20份、氢氧化钙0.5~1份、氢氧化钡 0.5~1份，加水进行湿法球磨，过350目筛后制得浆料，浆料在真空度0.095兆帕以上条件下脱气10~50分钟，备用；
准备坯体：取所述钾长石浆料、粒径30μm以下的刚玉25~35份、粒径30μm以下的莫来石30~45份、氧化镁0.5~1份，加水进行湿法球磨，过350目筛，球磨料通过除铁机除铁，之后通过压滤机压滤成泥块，将泥块陈腐1~3天后练泥，练泥后的泥料经热滚压成型为坯体，然后晾坯，晾坯后的坯体含水率为17~20％；
准备釉料：取刚玉10份~15份、石英20~30份、钾长石20~30份、高岭土8~10份、氧化锌2~5份、氧化镁1~3份，氢氧化钙0.1~0.3份、氢氧化钡 0.1~0.3份混合均匀制成釉料原料，再向釉料原料中加入100~120份球石、50~60份水，球磨18~20小时，然后经除铁机除铁后，过筛，备用；
施釉：将所述釉料施釉于所述坯体上，自然干燥8~10小时，得到施釉坯体；
烧制：将所述施釉坯体放置于窑炉中，升温至1100±10℃后，在30min内将温度升高至1190±10℃，再在30min内升温至1300±10℃，保温1~2小时，再冷却至1210±10℃，保温15±3小时，再冷却至室温。
3.根据权利要求2所述的超高强度日用陶瓷的制备方法，其特征在于：施釉步骤前还包括修坯的步骤。
4.根据权利要求3所述的一种超高强度日用陶瓷的制备方法，其特征在于：修坯步骤与施釉步骤之间还包括对坯体表面进行水洗除尘、自然晾干的步骤。
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