CN112047757A - 一种用于陶瓷坯体表面形成压应力的低收缩涂层材料及其制备方法和陶瓷制品 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于陶瓷坯体表面形成压应力的低收缩涂层材料，由基料和粘结剂按照重量比基料∶粘结剂＝1∶0.001～0.005组成；所述基料按照重量份数其组成为未烧结的所述陶瓷坯体材料70～95份、低收缩材料5～30份。此外，还公开了上述低收缩涂层材料的制备方法和预应力陶瓷制品。本发明通过低收缩材料来抵消涂层材料收缩，利用表面涂层材料与坯体间收缩特性的差异在陶瓷表面形成压应力，从而实现陶瓷制品抗折强度的显著提高，且适用于不同种类的陶瓷。

Description

一种用于陶瓷坯体表面形成压应力的低收缩涂层材料及其制 备方法和陶瓷制品

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种用于陶瓷坯体表面形成压应力的低收缩涂层材料及其制备方法和陶瓷制品。

背景技术

传统陶瓷产业本身属于高污染、高耗能、高资源消耗的“三高产业”，不仅消耗大量的自然资源和能源，阻碍了我国陶瓷行业的可持续发展，同时对人类生活居住环境产生严重的污染和破坏，从而影响了人们的正常工作和生活，与我国生态文明建设和生态环境保护的发展理念存在严重的矛盾。如果能有效提高传统陶瓷的强度，必然会降低单位产品的能耗及资源(日用陶瓷更薄、透、耐久；建筑陶瓷减薄化)，从而大幅度节约传统陶瓷原材料和能源消耗，提升资源利用率。因此，如何提高传统陶瓷强度来应对上述产业的共性需求及遵循国家战略-节能降耗的指导方针，是近些年陶瓷行业的重点研究方向。

众所周知，在陶瓷等脆性材料表层形成一层压应力可以大幅度提高构件的强度和裂纹扩展阻力。虽然这种预应力概念由来已久，但如何实现这种表面压应力一直是业界的研究关键和重点。通过模拟物理钢化玻璃急剧冷却来实现陶瓷预应力增强的方式难以实现，因为绝大多数陶瓷在高温下急剧冷却，产生的是热震效果，表面由于急剧收缩而产生拉应力并形成网状表面裂纹而使强度大幅下降，且耗能耗时。通过模拟化学钢化玻璃增强的方式(离子交换法)虽然能够提高强度，但熔盐处理过程中会给陶瓷表面造成热震损伤，从性价比考虑，亦难以在传统陶瓷领域大规模推广应用。对于多相复杂传统陶瓷而言，模拟钢化玻璃的增强方式虽然能够提高强度，但难以满足传统陶瓷产业发展的需求(节能降耗等)，且很难控制材料受力的平衡性，明显受到材料显微结构(如晶相、玻璃相含量等)的制约。

近年来，现有技术也研究开发了利用涂层法来形成表面压应力以制备预应力陶瓷，如形成一种高弹性模量的涂层，通过在建筑陶瓷和日用陶瓷表面形成压应力以提高强度。但是，这种方法是在烧结冷却过程中形成表层压应力，而在升温的过程中，表面是形成拉应力，会降低陶瓷制品的强度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于陶瓷坯体表面形成压应力的低收缩涂层材料，用以抵消陶瓷坯体的收缩，即在烧结升温的过程中，表层收缩会少于基体的收缩而被基体的收缩牵扯形成表层压应力，降温的过程中，同样是表层收缩小于基体的收缩形成表层压应力，从而起到提高陶瓷的抗折强度的目的。本发明的另一目的在于提供上述低收缩涂层材料的制备方法和预应力陶瓷制品。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种用于陶瓷坯体表面形成压应力的低收缩涂层材料，由基料和粘结剂按照重量比基料∶粘结剂＝1∶0.001～0.005组成；所述基料按照重量份数其组成为未烧结的所述陶瓷坯体材料70～95份、低收缩材料5～30份；所述低收缩材料为以下材料中的一种或其组合、或者与瓷粉的组合：以SiO₂为主的矿物或岩石、硅灰石、透辉石、堇青石、透闪石、叶蜡石、红柱石、夕线石；所述瓷粉为所述陶瓷坯体烧结成瓷后的粉料。

进一步地，本发明按照重量份数所述低收缩材料的组成为硅灰石70～90和瓷粉15～25，或者透辉石70～80和夕线石20～30，或者透闪石80～90和夕线石10～20。所述粘结剂为CMC、PVA、PVB、水玻璃中的一种或其组合。

上述方案中，本发明所述陶瓷坯体为建筑陶瓷坯体、日用陶瓷坯体、工艺美术陶瓷坯体、氧化铝陶瓷坯体、氧化锆陶瓷坯体。

本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的上述用于陶瓷表面形成压应力的低收缩涂层材料的制备方法如下：按照所述低收缩涂层材料的基料组成进行配料，以水或无水乙醇为球磨介质，所述基料∶球磨介质＝1g∶0.5～1.1mL，并加入所述粘结剂球磨混合20～50min，过200～325目筛后，即制得低收缩涂层材料。

本发明提供的一种预应力增强陶瓷制品，由上述陶瓷坯体、以及全包覆于其表面的涂层构成；所述涂层由上述低收缩涂层材料形成。

本发明提供的上述预应力增强陶瓷制品的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用全涂刷方式，将所述低收缩涂层材料均匀涂刷于陶瓷坯体的各个表面，得到表面涂覆有涂层的坯体；所述陶瓷坯体厚度/涂层厚度＞50；

(2)所述涂覆有涂层的坯体其表面料浆完全干燥后，经烧成、自然冷却至室温后，即制得预应力增强陶瓷制品。

本发明具有以下有益效果：

(1)与现有技术预应力增韧增强方法不同，本发明是通过低收缩材料来抵消涂层材料收缩，利用表面涂层材料与坯体间收缩特性的差异在陶瓷表面形成压应力，也即在升温的过程中，陶瓷致密化要发生收缩，表层收缩会少于基体的收缩而被基体的收缩牵扯形成表层压应力；然后在降温的过程中，陶瓷因温度降低要发生收缩，此时表层仍是不收缩或低收缩，而坯体内部收缩，形成压应力，类似物理钢化玻璃，从而实现陶瓷制品抗折强度的显著提高(提高率为40％以上)。

(2)本发明的涂层材料中含有未烧结的坯体材料，能够更好地解决坯体与涂层之间的适应性与相容性，从而增加了涂层的普适性，可适用于不同种类的陶瓷。

(3)本发明的制备及应用生产简单易控、成本低，沿用现有的工艺成熟的陶瓷生产设备和工艺技术即可，有助于推广应用，具有很高的实用价值和应用前景。

下面将结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

具体实施方式

本发明各实施例一种用于陶瓷坯体表面形成压应力的低收缩涂层材料，由基料和粘结剂按照重量比基料∶粘结剂＝1∶0.001～0.005组成；其中，基料按照重量份数其组成为未烧结的上述陶瓷坯体材料70～95份、低收缩材料5～30份。

上述低收缩材料为以下材料中的一种或其组合、或者与瓷粉的组合：以SiO₂为主的矿物或岩石、硅灰石、透辉石、堇青石、透闪石、叶蜡石、红柱石、夕线石。瓷粉为上述陶瓷坯体烧结成瓷后的粉料。粘结剂为CMC、PVA、PVB、水玻璃中的一种或其组合。其中，CMC、PVA、PVB的浓度为4％或5％。

上述陶瓷坯体为建筑陶瓷坯体、日用陶瓷坯体、工艺美术陶瓷坯体、氧化铝陶瓷坯体、氧化锆陶瓷坯体等。

所用的建筑陶瓷坯体，采用建筑陶瓷瓷质坯体配方，按重量份数其原料组成为：高岭土35份、石英20份、长石40份、中温砂5份。日用陶瓷坯体与工艺美术陶瓷坯体，采用传统陶瓷三元配方，按重量份数其原料组成为：高岭土50份、石英25份、长石25份，日用陶瓷采用可塑成型，工艺美术陶瓷坯体采用注浆成型。氧化铝陶瓷坯体及氧化锆陶瓷坯体分别采用工业氧化铝粉体、氧化锆粉体制备。

各实施例的低收缩涂层材料其组成如表1所示。

表1本发明各实施例低收缩涂层材料的原料组成

本发明各实施例用于陶瓷表面形成压应力的低收缩涂层材料的制备方法如下：按照表1低收缩涂层材料的基料组成进行配料，以水或无水乙醇(当基料中有溶解于水的矿物时)为球磨介质，基料∶球磨介质＝1g∶0.5～1.1mL，并加入上述粘结剂球磨混合20～50min，过200～325目筛后，即制得混合均匀、悬浮性好、稳定性好的低收缩涂层材料。

各实施例低收缩涂层材料的制备方法其工艺参数如表2所示。

表2本发明各实施例低收缩涂层材料的制备方法工艺参数

本发明各实施例一种预应力增强陶瓷制品，由上述陶瓷坯体、以及全包覆于其表面的涂层构成；其中，涂层由上述低收缩涂层材料形成。

本发明上述预应力增强陶瓷制品的制备方法，其步骤如下：

(1)采用全涂刷方式，将上述低收缩涂层材料均匀涂刷于陶瓷坯体的各个表面，得到表面涂覆有涂层的坯体；其中，建筑陶瓷坯体厚度/涂层厚度＝50.2；日用陶瓷坯体厚度/涂层厚度＝50.7；工艺美术陶瓷坯体厚度/涂层厚度＝51.1；氧化铝陶瓷坯体厚度/涂层厚度＝51.2；氧化锆坯体厚度/涂层厚度＝50.9；

(2)上述涂覆有涂层的坯体其表面料浆完全干燥后，经烧成、自然冷却至室温后，即制得预应力增强陶瓷制品。其中，建筑陶瓷的烧成温度为1200℃，日用陶瓷及工艺美术陶瓷的烧成温度为1350℃，氧化铝陶瓷的烧成温度为1500℃，氧化锆陶瓷的烧成温度为1550℃。

以本发明各实施例未涂覆低收缩涂层材料的陶瓷坯体作为对应的对比例。本发明各实施例所制得的预应力增强陶瓷制品、以及相应各对比例所得制品的抗折强度如表3所示。

表3本发明各实施例以及对比例所制得陶瓷制品的抗折强度

Claims (7)

1.一种用于陶瓷坯体表面形成压应力的低收缩涂层材料，其特征在于：由基料和粘结剂按照重量比基料∶粘结剂＝1∶0.001～0.005组成；所述基料按照重量份数其组成为未烧结的所述陶瓷坯体材料70～95份、低收缩材料5～30份；所述低收缩材料为以下材料中的一种或其组合、或者与瓷粉的组合：以SiO₂为主的矿物或岩石、硅灰石、透辉石、堇青石、透闪石、叶蜡石、红柱石、夕线石；所述瓷粉为所述陶瓷坯体烧结成瓷后的粉料。

2.根据权利要求1所述的用于陶瓷表面形成压应力的低收缩涂层材料，其特征在于：按照重量份数所述低收缩材料的组成为硅灰石70～90和瓷粉15～25，或者透辉石70～80和夕线石20～30，或者透闪石80～90和夕线石10～20。

3.根据权利要求1所述的用于陶瓷表面形成压应力的低收缩涂层材料，其特征在于：所述粘结剂为CMC、PVA、PVB、水玻璃中的一种或其组合。

4.根据权利要求1-3之一所述的用于陶瓷表面形成压应力的低收缩涂层材料，其特征在于：所述陶瓷坯体为建筑陶瓷坯体、日用陶瓷坯体、工艺美术陶瓷坯体、氧化铝陶瓷坯体、氧化锆陶瓷坯体。

5.权利要求1-4之一所述用于陶瓷表面形成压应力的低收缩涂层材料的制备方法，其特征在于：按照所述低收缩涂层材料的基料组成进行配料，以水或无水乙醇为球磨介质，所述基料∶球磨介质＝1g∶0.5～1.1mL，并加入所述粘结剂球磨混合20～50min，过200～325目筛后，即制得低收缩涂层材料。

6.一种预应力增强陶瓷制品，其特征在于：由权利要求1所述陶瓷坯体、以及全包覆于其表面的涂层构成；所述涂层由权利要求1所述低收缩涂层材料形成。

7.权利要求6所述预应力增强陶瓷制品的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)采用全涂刷方式，将所述低收缩涂层材料均匀涂刷于陶瓷坯体的各个表面，得到表面涂覆有涂层的坯体；所述陶瓷坯体厚度/涂层厚度＞50；

(2)所述涂覆有涂层的坯体其表面料浆完全干燥后，经烧成、自然冷却至室温后，即制得预应力增强陶瓷制品。