CN112159217B - 乌兰茶晶石健康耐热瓷 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及陶瓷生产，具体涉及一种乌兰茶晶石健康耐热瓷；由坯料和釉料制成，坯料的质量百分比的组分为：乌兰茶晶石25%，应县瓷石12%，平定三花矸23%，平定干面20%，碳酸锂10%，滑石10%；釉料的质量百分比的组分为乌兰茶晶石40%，应县瓷石18%，滑石7%，氧化锌8%，碳酸锂15%，平定干面12%；本发明配方中同等锂含量的情况下引入乌兰茶晶石，产品的机械强提高了，因为机械强度提高，产品的抗拉伸能力也就增强了，因此机械强度的提高对产品的耐热性是有好处的；产品的导热快了，比同类产品开锅速度减少了两分钟，节省能源；产品的抗变形能力增强，而且烧成范围变宽，也适合快速烧成；使用乌兰茶晶石以后，产品的釉面质量有所改善。

Description

乌兰茶晶石健康耐热瓷
技术领域
本发明涉及陶瓷生产，具体涉及一种乌兰茶晶石健康耐热瓷。
背景技术
随着人们生活水平的提高，人们的健康意识越来越强。乌兰茶晶石中富含多种对人体有益的微量元素，而耐热瓷—砂锅又是人们居家的烹调用具。两者结合，用砂锅炖煮食物，既能保持食物原汁原味，又有利于微量元素析出、释放，同时又减少了使用金属锅具所造成的重金属溶出，对人体起到保健作用，因此会备受人们的青睐。
发明内容
本发明的目的是提供一种乌兰茶晶石健康耐热瓷。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种乌兰茶晶石健康耐热瓷，由坯料和釉料制成，坯料的质量百分比的组分为：乌兰茶晶石25％，应县瓷石12％，平定三花矸23％，平定干面20％，碳酸锂10％，滑石10％；釉料的质量百分比的组分为乌兰茶晶石40％，应县瓷石18％，滑石7％，氧化锌8％，碳酸锂15％，平定干面12％。
上述坯料和釉料的组分常规成分均具有公知的化学组成(％)，如下表所示：
Figure BDA0002724164710000011
Figure BDA0002724164710000021
乌兰茶晶石微量稀土元素分析结果(单位：mg/kg)
元素 La<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CeO<sub>2</sub> Pr<sub>8</sub>O<sub>11</sub> Nd<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Sm<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Eu<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Gd<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Tb<sub>4</sub>O<sub>7</sub>
结果 61.46 129.47 12.97 40.87 6.71 0.66 7 0.89
元素 Dy<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Ho<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Er<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Tm<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Yb<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Lu<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
结果 4.68 0.83 2.47 0.33 2.12 0.62 24.60
乌兰茶晶石矿物植物营养元素分析(单位：mg/kg)
元素 N P K Ca Mg S Cu Fe Mn Zn B Mo Se
结果 1005 178 44392 5922 845 74.8 2.0 13689 197 42.4 6.8 3.5 3.1
本发明还提供上述的乌兰茶晶石健康耐热瓷的制备方法：
骤一，质量百分比的坯料配料，坯料球磨，球磨后过筛除铁，再进行滤泥，然后进行真空炼泥及泥的陈腐，成型后修坯得备用成型坯；
步骤二，质量百分比的釉料配料，釉料球磨，制备釉浆，釉浆除铁过筛后备用；
步骤三，将步骤二所制的备用釉浆对步骤一所得的备用成型坯进行施釉，施釉后烧成、彩烤、检选得到乌兰茶晶石健康耐热瓷。
乌兰茶晶石原料评估及性能研究：
(1)强度试验(包括机械强度与抗热冲击强度)
1)机械强度
根据乌兰茶晶石矿物组成与化学成分，设计一个基础配方，见表1。
表1基础陶瓷配方(wt％)
Figure BDA0002724164710000022
按正常陶瓷工艺将此配方制成泥料备用，称此配方的泥料为G料。针对G料，测定它的烧结点和膨胀系数，烧结点为1250-1270℃之间完成烧结的陶瓷材料，测定其吸水率为0.15％，然后制成了3mm厚度的试片10片，测定其抗冲击强度，使用YCJ7822型号抗冲击仪，进行抗冲击试验，最高为0.56J，平均值为0.51J。
以G料为基础，将乌兰茶晶石磨细至250目的粉体标记为W，与G料进行配比、混磨，标记为Bx料见表2。
表2 B料的配比表(wt/wt)
Figure BDA0002724164710000031
随着乌兰茶晶石比例的提高，材料的烧结温度随之下降，测定每个样品的烧结点。到B9时，烧结点达到1185-1200℃。
将上述B1-B9制成3mm厚度的试片，重复上述抗冲击强度测试，结果见表3。
表3抗冲击试验结果(J)
Figure BDA0002724164710000032
由乌兰茶晶石加入量与强度的关系实验结果，可以得出乌兰茶晶石在25％-50％范围内，在同一体系基础成分中达到强度最高段，从做的趋势线推断乌兰茶晶石加入量应该是在25％到40％之间性能达到最高值。从20％含量开始强度快速提高，这个结论是针对G基础坯料而言，如果改变基础成分，可能会略有不同结果，因为这些陶瓷产品基本上是处于K2O-Al2O3-SiO2相图的成瓷范围内(镁质瓷除外)。除此之外，还要综合考虑坯料的烧结温度及在各温度阶段材料的热膨胀系数，同时还要考虑工艺过程中的成型性能、坯体强度等等因素。由于在各类陶瓷产品中成型方式的不同以及烧成工艺的区别(慢烧和快烧)，乌兰茶晶石在实际应用中加入量会有很大区别，视具体产品而不同，但低于20％时它一些优异的性能可能表现的不是很强。
2)抗热冲击强度
陶瓷材料的抗热冲击强度取决于两个因素，一是本身的强度是热胀冷缩(即热膨胀率)的大小。前者是材料自身内在性能，后者是外界条件变化时引起的变化。我们分别对含量20％、30％、35％、40％的鸟兰茶晶石的坯料按各自的烧结温度制成5mm*5mm*50mm的试条，然后测试各自的热膨胀系数，结果见表4。
表4膨胀系数测试结果(×10-6℃)
Figure BDA0002724164710000033
Figure BDA0002724164710000041
由上述热膨胀系数测试可见，材料整体的热膨胀系数比传统的陶瓷坯体材料低，随着乌兰茶晶石比例的提高，膨胀系数略有降低，原因是乌兰茶晶石中大量的斜长石与微斜长石所致，这与前人研究结果相一致(见硅酸盐手册)，但整体变化幅度不大，即在乌兰茶晶石加入量不断提高的过程中，材料整体热膨胀系数并非急剧变化，这主要是乌兰茶晶石的矿物组成中有大量非晶态应县瓷石存在，在加热过程中形成半安定方应县瓷石，这些半安定方应县瓷石的存在可以增大材料的热膨胀值，与前述大量微斜长石、斜长石刚好对冲。所以宏观表现为材料的热膨胀性能并无太大的波动。这样的结果带来两个方面的影响，若生产无釉产品，则材料的抗热冲击性极佳，按国标GB/T3532-2009标准规定方法进行测试可以达到280℃至20℃不炸裂，为了合理引入乌兰茶晶石作为坯体主要熔剂类原料，可以完全不用长不类料进行配方改造，针对耐热瓷要求，可以引入传统的锂类矿物原料或碳酸锂原料来进行传统配方的改造。这一结果在本应用研究中取得了较好效果。
(2)功能性实验与测试
富硒功能材料实验与测试
经过一系列测试得出，乌兰茶晶石由于富含硒元素，研制成的无土栽培陶粒、酒和醋类的容器以及烹饭中使用的煲、锅类产品可以对食材有很好的补硒作用，深入开发此类陶瓷产品有广阔的前景。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
1、本发明配方中同等锂含量的情况下引入乌兰茶晶石，产品的机械强度不仅没有降低，反而提高了。因为机械强度提高，产品的抗抗拉伸能力也就增强了。因此机械强度的提高对产品的耐热性是有好处的。
2、使用乌兰茶晶石以后，产品的导热快了，比同类产品开锅速度减少了两分钟，节省能源。
3、使用乌兰茶晶石的配方可以增加产品的抗变形能力，而且烧成范围变宽，也适合快速烧成。
4、使用乌兰茶晶石以后，产品的釉面质量有所改善，较原来相比釉面更滋润、细腻，有细瓷的感觉，这样砂锅和日用瓷餐具配套会更加协调。
5、为保证微量元素易析出，我们采取了砂锅与食物的接触面不上釉工艺，使食物与产品中的微量元素直接接触、交换更充分。
6、用试验砂锅煮水半小时测出的微量元素：锂：45μg/L，锶：22μg/L，硒：14—18μg/L以上三种微量元素都是对人体的健康有益微量元素，利于人体心脑血管、免疫系统及微循环系统。
附图说明
图1为本发明方法的烧成曲线图。
图2为本发明陶瓷的生产工艺流程图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种乌兰茶晶石健康耐热瓷，由坯料和釉料制成，坯料的质量百分比的组分为：乌兰茶晶石25％，应县瓷石12％，平定三花矸23％，平定干面20％，碳酸锂10％，滑石10％；釉料的质量百分比的组分为乌兰茶晶石40％，应县瓷石18％，滑石7％，氧化锌8％，碳酸锂15％，平定干面12％。
上述述的乌兰茶晶石健康耐热瓷的制备方法，包括以下步骤：
骤一，质量百分比的坯料配料，坯料球磨，球磨后过筛除铁，再进行滤泥，然后进行真空炼泥及泥的陈腐，成型后修坯得备用成型坯；
步骤二，质量百分比的釉料配料，釉料球磨，制备釉浆，釉浆除铁过筛后备用；
步骤三，将步骤二所制的备用釉浆对步骤一所得的备用成型坯进行施釉，施釉后烧成、彩烤、检选得到乌兰茶晶石健康耐热瓷。
进一步的，坯料球磨时，料：球：水＝1:1.8:1，球磨时间为25小时，泥浆细度为250目筛余0.2％。
进一步的，釉浆球磨时，料：球：水＝1:2:0.8，球磨时间为32小时，釉浆细度为250目筛余0.03％。
进一步的，步骤一中泥料陈腐时间48小时，泥料水分23％，干燥温度50℃、干燥时间24小时后水分＜2％。
进一步的，步骤三烧成气氛为氧化焰，窑炉为68米隧道窑，烧成所用燃料为煤层气。
上述制备方法所值备得到的乌兰茶晶石健康耐热瓷的热稳定性为4.2KW燃气灶干烧450℃浇入20℃水不裂，吸水率为2.3％-3％。
上述所用的乌兰茶晶石为将两亿年前形成的花岗岩经过如下步骤制成的：(1)矿山原矿运至露天堆料场，第一次均化混合后进入粗碎生产线；
(2)经过频式破碎机粗碎小于300mm块矿，经铲车再次堆放为第二次均化、混合后进入中级破碎，小于100mm物料经皮带输送至液压式圆锥破碎机，整个生量产工艺经过每一个工段将矿体从大到小进行不断均匀混合，达到物料成％稳定；
(3)小于30mm物料由皮带输送至高速冲击制砂机，常规制砂机是经过机械碰撞以达到粉碎的目的，本项目是将矿物体内云母采用自有技术进行破壁、测离分离、富集的方式进行加工，传统的涡轮腔壁均采用高锰合金耐磨材质，以达到物料冲击粉碎，而本项目将设备进行了腔体无衬板改进，由物料自然堆积成一面，进料口直径大于150mm，直通高速旋转涡轮中心端，物料进入涡轮中心端时，由叶轮中心的布料锥体将物料均匀地分配到叶轮的各个发射流道，在发射流道口安装有耐磨合金抛射板，叶轮在6575m/转速时将物料抛射出去，冲击到腔体堆积斜面物料上，产生强烈的物料间相互碰撞，以达到物料中的磁性物质云母保持原状；在制砂机体顶部改进叶轮分级系统融为一体机，这时物料经过碰撞破壁、分离、解体的云母、非晶态质轻物质，经过分级叶轮与引风机系统将物料中的超细、质轻非晶态物质一起富集于收尘系统；
(4)小于5mm物料经皮带输送至集料仓储存，为第四次均匀混合，再经过提升机至湿式连续球磨机进行研磨，此球磨机为无金属接触式研磨，磨机内衬为刚玉衬板，研磨介质为刚玉球，经过球磨机研磨物料粒径小于26目的物料进入脱泥系统，小于325目物料脱泥以溢流方式进入到浓密机系统，大于325目的物料进入到受阻沉降分级系统，大于50目的物料返回球磨机系统；分离出的5-0325目物料进入磁选系统；
(5)分离出的50-325目物料经过多级磁选系统后，完成陶瓷标准原料—乌兰茶品石功能性材料进入包装系统。
乌兰茶晶石用于制备陶瓷的性能机理探讨：
1)关于强度
首先发现的是乌兰茶晶石可显著提高陶瓷材料的强度。根据测试结果，中心部位抗冲击强度在25％比例时提高了一倍以上，边缘抗冲击强度提高了两倍以上，对于砖类，抗折强度是关注的重点，提高了10％以上。我们认为这是由于乌兰茶晶石中含有的多种类稀土微量元素所致，尤其是La2O3，Sm2O3，Y2O3是优良的物质，可改善材料中多组分的润湿性，降低烧结点，可促进Al2O3和SiO2之间的反应，形成低熔点液相，可通过颗粒之间的毛细管作用，促进颗粒间的物质向孔隙填充，使材料孔隙率降低，致密度提高。在多种产品表现出吸水率极低，验证了此分析。同时由于这些微量的稀土氧化物离子半径相对我们研究的陶瓷材料而言要大得多，除一小部分参与固熔外，绝大部分主要存在于晶相与晶相、玻璃与晶相的相界上，这些相界上大的离子像是在玻璃网络上钉上了一个个钉子，一方面阻碍了因晶体的异常长大而导致结构不均匀，另一方面使得晶界上非晶态物质向晶体的迁移、结晶受到限制，降低了晶界的迁移速率。还有一部分稀土氧化物熔入玻璃相中，使玻璃强度得到提高因此提高了材料的整体力学性能。
2)关于硒溶出方面的机理探讨从化学分析可知，乌兰茶晶石属于富硒原料，在希望有硒溶出如种植、烹饪方面的产品，由于硒的物理化学性质，我们采用了温度低、不烧结的工艺方法来保证“过程少损失，结果能溶出”方案，这方面也取得实际效果。

Claims (3)

1.一种乌兰茶晶石健康耐热瓷，其特征在于，由坯料和釉料制成，坯料的质量百分比的组分为：乌兰茶晶石25%，应县瓷石12%，平定三花矸23%，平定干面20%，碳酸锂10%，滑石10%；釉料的质量百分比的组分为乌兰茶晶石40%，应县瓷石18%，滑石7%，氧化锌8%，碳酸锂15%，平定干面12%；所述平定三花矸的化学组成为SiO270%，Al2O325%，Fe2O30.14%，TiO20.03%，CaO0.28%，MgO0.5%，K2O2.1%，Na2O0.3%，烧矢量1.7%；所述平定干面的化学组成为SiO246.5%，Al2O339.7%，CaO0.37%，MgO0.18%，烧矢量13.3%。
2.根据权利要求1所述的乌兰茶晶石健康耐热瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，质量百分比的坯料配料，坯料球磨，球磨后过筛除铁，再进行滤泥，然后进行真空炼泥及泥的陈腐，成型后修坯得备用成型坯；泥料陈腐时间48小时，泥料水分23%，干燥温度50℃、干燥时间24小时后水分＜2%；
步骤二，质量百分比的釉料配料，釉料球磨，制备釉浆，釉浆除铁过筛后备用；
步骤三，将步骤二所制的备用釉浆对步骤一所得的备用成型坯进行施釉，施釉后烧成、彩烤、检选得到乌兰茶晶石健康耐热瓷。
3.根据权利要求1所述的乌兰茶晶石健康耐热瓷，其特征在于，乌兰茶晶石健康耐热瓷的热稳定性为4.2KW的燃气灶干烧450℃浇入20℃水不裂，吸水率为2.3%-3%。
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