CN112250306A - 一种高温高压耐酸碱瓷釉及其制备方法 - Google Patents

一种高温高压耐酸碱瓷釉及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高温高压耐酸碱瓷釉及其制备方法，所述瓷釉的配方为：SiO2：69～77％；Na2O：8～12％；ZrO2：6～8％；Li2O：2～4％；K2O：1～3％；Al2O3：1.8～3％；CaO：1～3％；CoO：0.5～0.7％；Fe2O3：0.3～0.5％。该瓷釉性能优异，耐20％沸腾盐酸48h腐蚀性能可以达到0.25～0.35g/m2·d，耐0.1mol/L80℃氢氧化钠24h腐蚀性能可以达到0.9～1.2g/m2·d，搪玻璃层耐机械冲击性能指标可达到290×103～340×103J，耐温差急变性能指标可达到260～270℃。本发明可以在高温、高压条件下保持良好的耐酸碱性能。

Description

一种高温高压耐酸碱瓷釉及其制备方法
技术领域
本发明属于工业用釉料技术领域，涉及一种高温高压耐酸碱瓷釉及其制备方法。
背景技术
工业搪瓷釉用于涂搪在金属坯胎上、组成为硅酸盐系的玻璃态物质。将瓷釉涂搪在金属坯体上，经烧成后能同坯体牢固熔结，对坯体具有防腐蚀保护作用并赋予了钢制胚体光滑、耐磨、耐机械冲击等性能。搪瓷材料具有机械性能好、耐热性好、化学稳定性优异、绝缘性好、安全无毒，易于清洗除污、外观洁净、光泽好等优点。
工业搪瓷的发展有近200年的历史，工业搪瓷被广泛用于化工、制药、电子、食品、军工以及其他工业各方面。工业搪瓷的出现极大地改善了金属材料的使用寿命，扩大了其使用范围，并赋予了金属材料一系列优良的性能，例如：①具有良好的机械性能、耐磨、耐压，可做成轴承套、船舶的推进器等；②化学性能稳定，可抗有机酸、无机酸和碱的腐蚀，常用于制作化学工业中反应锅、反应塔等，是化学工业中不可缺少的防腐蚀材料；③热性能稳定，既可制成汽车、拖拉机和火车的排气管，也可用作工业烟囱以及飞机、火箭中的耐高温部件和原子能技术中的某些防辐射源的材料；④绝缘性能好，可做高压绝缘涂层，用于高频电机、变压器等。
目前国内搪玻璃瓷釉的理化性能指标为：耐20％沸腾盐酸48h腐蚀性能指标≤1.2g/m2·d(GB/T 7989-2013)，耐0.1mol/L80℃氢氧化钠24h腐蚀性≤5g/m2·d(GB/T7988-2013)，搪玻璃层耐机械冲击性能指标≥220×103J(GB/T 7990-2013)，耐温差急变性能指标可以达到≥200℃(GB/T 7987-2013)，不能满足用户更高的要求。国内搪玻璃行业采用的瓷釉均为通用耐酸瓷釉，一般使用的温度在200℃左右、压力在1MPa左右的范围内，而且通常不耐碱，只能满足60℃以下的弱碱介质的应用。因此一种更高质量的高温高压耐酸碱瓷釉成为一种迫切需求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供一种在高温、高压条件下，耐酸、碱腐蚀性能强的高温高压耐酸碱瓷釉及其制备方法。
其具体技术方案为：
一种高温高压耐酸碱瓷釉，其各个成分及其所占的质量百分比分别为：
SiO2：69～77％；
Na2O：8～12％；
ZrO2：6～8％；
Li2O：2～4％；
K2O：1～3％；
Al2O3：1.8～3％；
CaO：1～3％；
CoO：0.5～0.7％；
Fe2O3：0.3～0.5％。
优选的，所述的SiO2的质量百分比为73％。
优选的，所述的Na2O的质量百分比为10％。
优选的，所述的ZrO2的质量百分比为7％。
优选的，所述的Li2O的质量百分比为3％。
优选的，所述的K2O的质量百分比为2％。
优选的，所述的Al2O3的质量百分比为2％。
优选的，所述的CaO的质量百分比为2％。
优选的，所述的CoO的质量百分比为0.6％。
优选的，所述的Fe2O3的质量百分比为0.4％。
一种本发明高温高压耐酸碱瓷釉的制备方法，包括以下步骤：将组成本发明高温高压耐酸碱瓷釉的各种原料按配方准确称量、混匀，然后在高温下，通过一系列物理化学反应，熔制并急冷成性能稳定的搪瓷釉。
(1)按照本发明的配方比例将原材料分别用球磨机磨成粒径≤75um的颗粒，然后放入混合机进行混合0.5～1h，使原材料混合均匀。
(2)将混合均匀的原材料装入坩埚炉或者回转炉内，当坩埚炉或者回转炉升温至1390～1410℃时进行放料熔制，保温30～40min后停止加热，缓慢降温，融化的液态釉料进行水冷或风冷，形成片状或线状的固态釉料，得到所述高温高压耐酸碱瓷釉。该固态釉料可经湿式球磨机磨成釉料浆液直接使用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)以其他瓷釉相比，该高温高压耐酸碱瓷釉的最大特点是不含硼元素，大大增强了耐酸腐蚀性能。
(2)该高温高压耐酸碱瓷釉性能优异，搪玻璃釉耐20％沸腾盐酸48h腐蚀性能可以达到0.25～0.35g/m2·d(GB/T 7989-2013)，耐0.1mol/L80℃氢氧化钠24h腐蚀性能可以达到0.9～1.2g/m2·d(GB/T 7988-2013)，搪玻璃层耐机械冲击性能指标可以达到290×103～340×103J(GB/T 7990-2013)，耐温差急变性能指标可以达到260～270℃(GB/T 7987-2013)，各项性能指标均远远优于其他瓷釉。
(3)该高温高压耐酸碱瓷釉可以在高温(可以达到300℃)、高压(可以达到3MPa)条件下保持良好的性能。
(4)该高温高压耐酸碱瓷釉可以满足高温高压条件下耐酸介质用户和耐碱介质用户的更高需求，为反应条件要求更高的新产品的生产提供了可能，为企业用户进一步提高生产效率、经济效益创造了条件，有良好的应用价值和社会价值。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
将组成本发明高温高压耐酸碱瓷釉的各种原料按配方准确称量、混匀，然后在高温下，通过一系列物理化学反应，熔制并急冷成性能稳定的搪瓷釉。
本发明的一种高温高压耐酸碱瓷釉，包括按照质量百分比计的如下组分：
SiO2：69～77％；
Na2O：8～12％；
ZrO2：6～8％；
Li2O：2～4％；
K2O：1～3％；
Al2O3：1.8～3％；
CaO：1～3％；
CoO：0.5～0.7％；
Fe2O3：0.3～0.5％。
二氧化硅，化学式为SiO2，分子量60.084，密度为2.2g/cm3。有晶态和无定形两种形态。晶态二氧化硅的熔点1723℃，沸点2230℃，不溶于水。自然界中存在的二氧化硅如石英、石英砂等统称硅石，纯石英为无色晶体，沙子是混有杂质的石英细粒。蛋白石、硅藻土则是无定形二氧化硅。二氧化硅用途很广泛，主要用于制玻璃、水玻璃、陶器、搪瓷、耐火材料、气凝胶毡、硅铁、型砂、单质硅、水泥等，在古代，二氧化硅也用来制作瓷器的釉面和胎体。一般的石头主要由二氧化硅、碳酸钙构成。二氧化硅化学性质比较稳定，不跟水反应，是酸性氧化物，不跟一般酸反应。氢氟酸跟二氧化硅反应生成气态四氟化硅。跟热的浓强碱溶液或熔化的碱反应生成硅酸盐和水。跟多种金属氧化物在高温下反应生成硅酸盐。二氧化硅的性质不活泼，它不与除氟、氟化氢以外的卤素、卤化氢以及硫酸、硝酸、高氯酸作用(热浓磷酸除外)。
本发明的各组分质量百分比中，SiO2较优的质量百分比为73％。
氧化钠，化学式为Na2O，分子量61.979，密度为2.3g/cm3，灰白色无定形片状或粉末，熔点1275℃，沸点1950℃。氧化钠对湿敏感，易潮解，遇水起剧烈化合反应，形成氢氧化钠。氧化钠在暗红炽热时熔融，在大于400摄氏度时分解为过氧化钠和钠单质。氧化钠不燃，具腐蚀性、强刺激性，可致人体灼伤。氧化钠主要用作制取钠的化合物，或用作漂白剂、消毒剂、脱氢剂、化学反应的聚合剂、缩合剂等。
本发明的各组分质量百分比中，Na2O较优的质量百分比为10％。
二氧化锆，化学式为ZrO2，分子量123.22，相对密度5.85，通常状况下为白色无臭无味晶体，熔点2680℃，沸点4300℃，硬度次于金刚石，难溶于水、盐酸和稀硫酸。二氧化锆化学性质不活泼，具有高熔点、高电阻率、高折射率和低热膨胀系数的性质，是重要的耐高温材料、陶瓷绝缘材料和陶瓷遮光剂，亦是人工钻的主要原料。
本发明的各组分质量百分比中，ZrO2较优的质量百分比为7％。
氧化锂，化学式为Li2O，分子量29.88，是锂最常见的氧化物，白色粉末或硬壳状固体，离子化合物，密度为2.013g/cm3，熔点为1567℃，沸点为2600℃，1000℃以上开始升华，它是第一主族(IA)(碱金属)中各元素氧化物中熔点最高的。易潮解，溶于水，生成强碱性的LiOH。被广泛用作玻璃、陶瓷的组分。
本发明的各组分质量百分比中，Li2O较优的质量百分比为3％。
氧化钾，化学式为K2O，无色立方晶体。密度为2.32g/cm3，350℃分解为K2O2，易潮解，易溶于水并跟水化合生成氢氧化钾。氧化钾是瓷坯中的主要熔剂，由长石引入。能溶解部分的SiO2和Al2O3，生成玻璃相，填充于胎体骨架的空隙中，并能加速莫来石的成长，提高机械强度，促进胎体烧结，提高瓷器的透明度。氧化钾能降低釉的膨胀系数，增加釉的弹性，对热稳定性有利。增加氧化钾对釉的抗水溶蚀性能也比氧化钠为高。
本发明的各组分质量百分比中，K2O较优的质量百分比为2％。
氧化铝，化学式为Al2O3，在矿业、制陶业和材料科学上又被称为矾土。白色固体，相对密度4.0，熔点为2054℃，沸点为2980℃，难溶于水，无臭、无味、质极硬，易吸潮而不潮解(灼烧过的不吸湿)。氧化铝是典型的两性氧化物，能溶于无机酸和碱性溶液中，几乎不溶于水及非极性有机溶剂；常用于制造耐火材料。
本发明的各组分质量百分比中，Al2O3较优的质量百分比为2％。
氧化钙，化学式为CaO，俗名生石灰。白色粉末，不纯者为灰白色，含有杂质时呈淡黄色或灰色，具有吸湿性。密度3.350g/cm3，熔点2572℃，沸点2850℃。溶于酸类、甘油和蔗糖溶液，几乎不溶于乙醇。氧化钙用途十分广泛，可作填充剂，可制造电石、纯碱、漂白粉等，也用于制革、废水净化，氢氧化钙及各种钙化合物，可用作建筑材料、冶金助熔剂、水泥速凝剂、荧光粉的助熔剂，还可用于耐火材料、干燥剂等等。
本发明的各组分质量百分比中，CaO较优的质量百分比为2％。
氧化钴，化学式为CoO。黑灰色六方晶系粉末。相对密度6.45。熔点1935℃，溶于酸，不溶于水，醇，氨水。易被一氧化碳还原成金属钴。加水后变成红色。高温时易与二氧化硅、氧化铝或氧化锌反应生成多种颜料。通常作为生产硬质合金、超耐热合金、绝缘材料和磁性材料的主要原料以及化学工业中的催化剂和染料。搪瓷材料中加入氧化钴后，可耐腐蚀和提高耐磨度。
本发明的各组分质量百分比中，CoO较优的质量百分比为0.6％。
氧化铁，化学式为Fe2O3。红色或深红色无定形粉末。相对密度5～5.25，熔点1550℃，约于1560℃分解。不溶于水，溶于盐酸和硫酸，微溶于硝酸。遮盖力和着色力都很强，无油渗性和水渗性。在大气和日光中稳定，耐污浊气体，耐高温、耐碱。氧化铁用途十分广泛，可作为颜料广泛用于高档汽车涂料、建筑涂料、防腐涂料、粉末涂料，是较好的环保涂料，也是玻璃生产中常用的着色剂。
本发明的各组分质量百分比中，Fe2O3较优的质量百分比为0.4％。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
一种高温高压耐酸碱瓷釉，其由以下质量百分比计的原料制成：SiO2：69％；Na2O：12％；ZrO2：8％；Li2O：4％；K2O：1％；Al2O3：1.8％；CaO：3％；CoO：0.7％；Fe2O3：0.5％。
该高温高压耐酸碱瓷釉的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照本发明的配方比例将原材料分别用球磨机磨成粒径≤75um的颗粒，然后放入混合机进行混合0.5h，使原材料混合均匀。
(2)将混合均匀的原材料装入坩埚炉或者回转炉内，当坩埚炉或者回转炉升温至1390℃时进行放料熔制，保温40min后停止加热，缓慢降温，融化的液态釉料进行水冷或风冷，形成片状或线状的固态釉料，得到所述高温高压耐酸碱瓷釉。该固态釉料可经湿式球磨机磨成釉料浆液直接使用。
该高温高压耐酸碱瓷釉性能优异，搪玻璃釉耐20％沸腾盐酸48h腐蚀性能可以达到0.25～0.35g/m2·d(GB/T 7989-2013)，耐0.1mol/L80℃氢氧化钠24h腐蚀性能可以达到0.9～1.2g/m2·d(GB/T 7988-2013)，搪玻璃层耐机械冲击性能指标可以达到290×103～340×103J(GB/T 7990-2013)，耐温差急变性能指标可以达到260～270℃(GB/T 7987-2013)，各项性能指标均远远优于其他瓷釉。该高温高压耐酸碱瓷釉可以在高温(可以达到300℃)、高压(可以达到3MPa)条件下保持良好的性能。
实施例2：
一种高温高压耐酸碱瓷釉，其由以下质量百分比计的原料制成：SiO2：71％；Na2O：11％；ZrO2：7.5％；Li2O：3.6％；K2O：1.5％；Al2O3：3％；CaO：1.3％；CoO：0.65％；Fe2O3：0.45％。
该高温高压耐酸碱瓷釉的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照本发明的配方比例将原材料分别用球磨机磨成粒径≤75um的颗粒，然后放入混合机进行混合0.6h，使原材料混合均匀。
(2)将混合均匀的原材料装入坩埚炉或者回转炉内，当坩埚炉或者回转炉升温至1395℃时进行放料熔制，保温37min后停止加热，缓慢降温，融化的液态釉料进行水冷或风冷，形成片状或线状的固态釉料，得到所述高温高压耐酸碱瓷釉。该固态釉料可经湿式球磨机磨成釉料浆液直接使用。
该高温高压耐酸碱瓷釉性能优异，搪玻璃釉耐20％沸腾盐酸48h腐蚀性能可以达到0.25～0.35g/m2·d(GB/T 7989-2013)，耐0.1mol/L80℃氢氧化钠24h腐蚀性能可以达到0.9～1.2g/m2·d(GB/T 7988-2013)，搪玻璃层耐机械冲击性能指标可以达到290×103～340×103J(GB/T 7990-2013)，耐温差急变性能指标可以达到260～270℃(GB/T 7987-2013)，各项性能指标均远远优于其他瓷釉。该高温高压耐酸碱瓷釉可以在高温(可以达到300℃)、高压(可以达到3MPa)条件下保持良好的性能。
实施例3：
一种高温高压耐酸碱瓷釉，其由以下质量百分比计的原料制成：SiO2：73％；Na2O：10％；ZrO2：7％；Li2O：3％；K2O：2％；Al2O3：2％；CaO：2％；CoO：0.6％；Fe2O3：0.4％。
该高温高压耐酸碱瓷釉的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照本发明的配方比例将原材料分别用球磨机磨成粒径≤75um的颗粒，然后放入混合机进行混合0.7h，使原材料混合均匀。
(2)将混合均匀的原材料装入坩埚炉或者回转炉内，当坩埚炉或者回转炉升温至1400℃时进行放料熔制，保温35min后停止加热，缓慢降温，融化的液态釉料进行水冷或风冷，形成片状或线状的固态釉料，得到所述高温高压耐酸碱瓷釉。该固态釉料可经湿式球磨机磨成釉料浆液直接使用。
该高温高压耐酸碱瓷釉性能优异，搪玻璃釉耐20％沸腾盐酸48h腐蚀性能可以达到0.25～0.35g/m2·d(GB/T 7989-2013)，耐0.1mol/L80℃氢氧化钠24h腐蚀性能可以达到0.9～1.2g/m2·d(GB/T 7988-2013)，搪玻璃层耐机械冲击性能指标可以达到290×103～340×103J(GB/T 7990-2013)，耐温差急变性能指标可以达到260～270℃(GB/T 7987-2013)，各项性能指标均远远优于其他瓷釉。该高温高压耐酸碱瓷釉可以在高温(可以达到300℃)、高压(可以达到3MPa)条件下保持良好的性能。
实施例4：
一种高温高压耐酸碱瓷釉，其由以下质量百分比计的原料制成：SiO2：75％；Na2O：9％；ZrO2：6.5％；Li2O：2.5％；K2O：2.5％；Al2O3：2.4％；CaO：1.2％；CoO：0.55％；Fe2O3：0.35％。
该高温高压耐酸碱瓷釉的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照本发明的配方比例将原材料分别用球磨机磨成粒径≤75um的颗粒，然后放入混合机进行混合0.8h，使原材料混合均匀。
(2)将混合均匀的原材料装入坩埚炉或者回转炉内，当坩埚炉或者回转炉升温至1405℃时进行放料熔制，保温33min后停止加热，缓慢降温，融化的液态釉料进行水冷或风冷，形成片状或线状的固态釉料，得到所述高温高压耐酸碱瓷釉。该固态釉料可经湿式球磨机磨成釉料浆液直接使用。
该高温高压耐酸碱瓷釉性能优异，搪玻璃釉耐20％沸腾盐酸48h腐蚀性能可以达到0.25～0.35g/m2·d(GB/T 7989-2013)，耐0.1mol/L80℃氢氧化钠24h腐蚀性能可以达到0.9～1.2g/m2·d(GB/T 7988-2013)，搪玻璃层耐机械冲击性能指标可以达到290×103～340×103J(GB/T 7990-2013)，耐温差急变性能指标可以达到260～270℃(GB/T 7987-2013)，各项性能指标均远远优于其他瓷釉。该高温高压耐酸碱瓷釉可以在高温(可以达到300℃)、高压(可以达到3MPa)条件下保持良好的性能。
实施例5：
一种高温高压耐酸碱瓷釉，其由以下质量百分比计的原料制成：SiO2：77％；Na2O：8％；ZrO2：6％；Li2O：2％；K2O：3％；Al2O3：2.2％；CaO：1％；CoO：0.5％；Fe2O3：0.3％。
该高温高压耐酸碱瓷釉的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照本发明的配方比例将原材料分别用球磨机磨成粒径≤75um的颗粒，然后放入混合机进行混合1h，使原材料混合均匀。
(2)将混合均匀的原材料装入坩埚炉或者回转炉内，当坩埚炉或者回转炉升温至1410℃时进行放料熔制，保温30min后停止加热，缓慢降温，融化的液态釉料进行水冷或风冷，形成片状或线状的固态釉料，得到所述高温高压耐酸碱瓷釉。该固态釉料可经湿式球磨机磨成釉料浆液直接使用。
该高温高压耐酸碱瓷釉性能优异，搪玻璃釉耐20％沸腾盐酸48h腐蚀性能可以达到0.25～0.35g/m2·d(GB/T 7989-2013)，耐0.1mol/L80℃氢氧化钠24h腐蚀性能可以达到0.9～1.2g/m2·d(GB/T 7988-2013)，搪玻璃层耐机械冲击性能指标可以达到290×103～340×103J(GB/T 7990-2013)，耐温差急变性能指标可以达到260～270℃(GB/T 7987-2013)，各项性能指标均远远优于其他瓷釉。该高温高压耐酸碱瓷釉可以在高温(可以达到300℃)、高压(可以达到3MPa)条件下保持良好的性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高温高压耐酸碱瓷釉，其特征在于，其各个成分及其所占的质量百分比分别为：
SiO2：69～77％；
Na2O：8～12％；
ZrO2：6～8％；
Li2O：2～4％；
K2O：1～3％；
Al2O3：1.8～3％；
CaO：1～3％；
CoO：0.5～0.7％；
Fe2O3：0.3～0.5％。
2.根据权利要求1所述的高温高压耐酸碱瓷釉，其特征在于，所述的SiO2的质量百分比为73％。
3.根据权利要求1所述的高温高压耐酸碱瓷釉，其特征在于，所述的Na2O的质量百分比为10％。
4.根据权利要求1所述的高温高压耐酸碱瓷釉，其特征在于，所述的ZrO2的质量百分比为7％。
5.根据权利要求1所述的高温高压耐酸碱瓷釉，其特征在于，所述的Li2O的质量百分比为3％。
6.根据权利要求1所述的高温高压耐酸碱瓷釉，其特征在于，所述的K2O的质量百分比为2％。
7.根据权利要求1所述的高温高压耐酸碱瓷釉，其特征在于，所述的Al2O3的质量百分比为2％。
8.根据权利要求1所述的高温高压耐酸碱瓷釉，其特征在于，所述的CaO的质量百分比为2％。
9.根据权利要求1所述的高温高压耐酸碱瓷釉，其特征在于，所述的CoO的质量百分比为0.6％；所述的Fe2O3的质量百分比为0.4％。
10.一种权利要求1所述高温高压耐酸碱瓷釉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照权利要求1的配方比例将原材料分别用球磨机磨成粒径≤75um的颗粒，然后放入混合机进行混合0.5～1h，使原材料混合均匀；
(2)将混合均匀的原材料装入坩埚炉或者回转炉内，当坩埚炉或者回转炉升温至1390～1410℃时进行放料熔制，保温30～40min后停止加热，缓慢降温，融化的液态釉料进行水冷或风冷，形成片状或线状的固态釉料，得到所述高温高压耐酸碱瓷釉。
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