CN112299879A

CN112299879A - 一种陶瓷的致密化方法及高致密化高强度陶瓷产品

Info

Publication number: CN112299879A
Application number: CN201910699354.2A
Authority: CN
Inventors: 包亦望; 李俊峰; 万德田; 田远
Original assignee: China Building Materials Academy CBMA; China Building Material Test and Certification Group Co Ltd
Current assignee: China Building Materials Academy CBMA; China Building Material Test and Certification Group Co Ltd
Priority date: 2019-07-31
Filing date: 2019-07-31
Publication date: 2021-02-02

Abstract

本发明的主要目的在于提供一种陶瓷的致密化方法及高致密化高强度陶瓷产品。所述方法包括以下步骤：将盐熔化，得熔盐；将陶瓷浸渍于熔盐中；将陶瓷从熔盐中取出，降温，得高致密化高强度陶瓷；所述熔盐为熔融无机盐；所述无机盐选自硝酸盐、硫酸盐、碱金属卤化物或碱土金属卤化物中的至少一种；所述陶瓷的单侧渗透深度≥陶瓷厚度的三分之一。所要解决的技术问题是通过对陶瓷致密化处理获得陶瓷强化的效果，使熔盐渗入陶瓷孔隙内，提高陶瓷的致密性，提高陶瓷的实际强度，表现为断裂强度提高，且该方法的操作简单，效果好，具有很好的工业化应用前景，从而更加适于实用。

Description

一种陶瓷的致密化方法及高致密化高强度陶瓷产品

技术领域

本发明涉及陶瓷制造技术领域，特别涉及一种陶瓷的致密化方法及高致密化高强度陶瓷产品。

背景技术

与金属材料相比，陶瓷材料具有极高的理论强度，但是陶瓷特别是普通建筑卫生陶瓷表现出来的实际强度却很低，这是由于大多数陶瓷材料缺乏塑性变形能力和韧性，其在外力的作用下呈现脆性，并且其抗冲击、抗热冲击的能力也很差，而脆件断裂往往导致了陶瓷材料被破坏。因此，如何对陶瓷材料增韧，提高陶瓷材料的实际强度以及改善陶瓷的脆性就成为陶瓷材料所需要解决的重要问题。

现有技术中提高陶瓷实际强度的方法主要集中在如何控制陶瓷的微裂纹方向，例如，采用微晶技术、纤维增强或晶须增强、化学强化残余应力等，以消除缺陷和阻止裂纹发展为主。但是如何消除陶瓷内部的空隙并使其致密化，还没有很好的补救方法。

陶瓷的高吸水率不仅对强度和耐久性有明显的影响，同时作为建筑地砖或墙砖对于各种带颜色的液体接触后很难清除，导致表面痕迹永久保留的问题，如果能够使得陶瓷产品和构件通过表层或整体致密化，则可以同时解决强度提高和表面不渗透有色液体的功效。本发明重点针对致密化增强陶瓷的研究。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种陶瓷的致密化方法及高致密化高强度陶瓷产品，所要解决的技术问题是通过对陶瓷进行致密化处理，提高陶瓷的实际强度，表现为陶瓷的密度变大，弹性模量提高，断裂强度提高，同时陶瓷产品的表层或整体致密化后使陶瓷表面不渗透或少渗透有色液体，克服了陶瓷表面渗透的有色液体难以清除的缺陷，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种陶瓷的致密化方法，其包括以下步骤：

1)将盐熔化，得熔盐；

2)将陶瓷浸渍于熔盐中共同加热保温；

3)将陶瓷从熔盐中取出，降温，得高致密化高强度陶瓷。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的陶瓷的致密化方法，其中所述的熔盐为熔融无机盐；所述的无机盐选自硝酸盐、硫酸盐、碱金属卤化物或碱土金属卤化物中的至少一种。

优选的，前述的陶瓷的致密化方法，其中若陶瓷温度低于熔盐温度且温度差大于50℃，则在浸渍前先对陶瓷慢速加热，其升温速度≤10℃/min。

优选的，前述的陶瓷的致密化方法，其中若陶瓷温度高于熔盐温度且温度差大于50℃，则在浸渍前先对陶瓷慢速降温，其降温速度≤10℃/min。

优选的，前述的陶瓷的致密化方法，其中步骤3)所述的降温为慢速降温，其降温速度≤10℃/min。

优选的，前述的陶瓷的致密化方法，其中所述的陶瓷的单侧渗透深度≥陶瓷厚度的三分之一。

优选的，前述的陶瓷的致密化方法，其中所述的陶瓷致密化前的吸水率≥10％，致密化后其断裂强度提高2.5倍以上。

优选的，前述的陶瓷的致密化方法，其中所述的陶瓷致密化前的吸水率≤10％，致密化后其断裂强度提高0.5倍以上。

优选的，前述的陶瓷的致密化方法，其中所述的陶瓷致密化前的吸水率≤0.5％，致密化后其断裂强度提高0.2倍以上。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种高致密化高强度陶瓷产品，应用前述的陶瓷的致密化方法加工制成。

借由上述技术方案，本发明提出的一种陶瓷的致密化方法及高致密化高强度陶瓷产品至少具有下列优点：

1、本发明提出的陶瓷的致密化方法，通过物理方法使熔盐渗入陶瓷孔隙内，形成一层致密的表面保护层，从而提高了非致密陶瓷的致密性，提高了非致密陶瓷的实际强度。陶瓷经致密化加工之后，其芯层结构无变化，密度维持陶瓷原来的密度值，但是其临近表层的陶瓷体由于熔盐渗透并降温固化后，陶瓷体与固化后的盐形成一层致密化的壳体，所述的壳体的密度增加。当陶瓷致密化前吸水率≥10％，致密化后的高致密化高强度陶瓷表现出来的平均密度提高到原来的1.25倍，弹性模量提高到原来的2.47倍，断裂强度提高到原来的3.5倍；

2、本发明提出的陶瓷的致密化方法，不同于现有技术中的加热烧结方法和化学增强方法，不会发生陶瓷结构的改变，仅在陶瓷内部的孔隙内渗入熔盐，待熔盐固化后提高其致密度，提高了强度；在同样的强度要求下，降低了陶瓷材料的厚度，减少了成本；

3、本发明提出的陶瓷的致密化方法，可以达到陶瓷强化的效果，其陶瓷强化的效率高，降低了陶瓷强化所需要的工艺时间，减少了能耗，成本经济；

4、本发明提出的陶瓷的致密化方法，操作简单，效果好，具有很好的工业化应用前景；

5、本发明提出的高致密化高强度陶瓷，其平均断裂强度≥55MPa。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种陶瓷的致密化方法及高致密化高强度陶瓷产品，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

本发明提出一种陶瓷的致密化方法，其包括以下步骤：

1)将盐熔化，得熔盐；

2)将陶瓷浸渍于熔盐中共同加热保温；

3)将陶瓷从熔盐中取出，降温，得高致密化高强度陶瓷。

本发明的技术方案通过将熔盐液体渗透至陶瓷的蜂窝状多孔结构中，熔盐冷却后其以无机盐的形式固化填充于陶瓷的微观结构中，增加了陶瓷的密度，使其强化；同时，使陶瓷的弹性模量和断裂强度提高，从而提高了陶瓷的实际强度。

本发明对于无机盐的种类不做具体限定，一般的无机盐均可用于陶瓷的强化加工。当熔盐的使用温度较高时，例如，硫酸钾，其熔盐的温度高于1000℃，需要非常高的温度才能进行强化加工；而当熔盐的使用温度较低时，例如，离子液体，其强化后的陶瓷性能改善幅度较小。本发明的技术方案中所述的熔盐的使用温度优选300℃以上，1500℃以下；进一步优选1200℃以下；进一步优选1000℃以下；进一步优选800℃以下；进一步优选600℃以下；进一步的，所述的熔盐优选硝酸钾。

所述的陶瓷包括将刚烧结的陶瓷直接浸渍入熔盐中进行致密化处置以提高其强度效果。

所述的陶瓷还包括之前加工好的陶瓷产品，将陶瓷产品和渗透用盐缓慢加热至盐的熔化温度以上。陶瓷产品的加热速度不可过快，以避免热震。陶瓷加热后放入熔盐中浸渍的陶瓷，其温度应尽可能与熔盐的温度接近，以避免陶瓷发生炸裂。

所述的陶瓷的形状不做特别限制，其在熔盐中浸泡的时间与熔盐的种类、熔盐的温度以及陶瓷的种类、孔隙率以及外形尺寸均有关系。对厚度较薄的片状陶瓷，其浸渍时间短的仅为几秒钟。

所述的陶瓷为蜂窝状多孔结构，其在熔盐中的状态就像海绵之于水中，其孔隙中非常容易吸收熔盐，浸泡几秒钟后熔盐的渗透深度即可达到1mm以上。当陶瓷的单侧渗透深度≥陶瓷厚度的三分之一可达到最大强度。随着浸泡时间的延长，熔盐渗透深度会进一步加深，但是其对于强度的提高并不明显。

陶瓷在受到外力时，沿着陶瓷厚度的方向上，处于中心层位置的受力为零，其上下表面层的受力值为最大值，从中心层至上下表面层各位置的受力值均匀地呈梯度变化。一般地，在陶瓷致密化时，控制熔盐的单侧渗透深度为陶瓷厚度的三分之一时，陶瓷的性能处于较好的水平，也即沿着陶瓷厚度的方向上，其三分之一被熔盐渗透、三分之一未被熔盐渗透、三分之一被熔盐渗透。

熔盐渗透至厚度发现的三分之一后，若继续浸渍渗透，则其强度的提高并不明显，虽然在性能上不会有负面效果，但是从工艺时间和成本节约的角度看，浸泡时间不宜过长。

优选的，前述的陶瓷的致密化方法，其中所述的陶瓷为高吸水率陶瓷，其致密化前的吸水率≥10％，致密化后其断裂强度提高2.5倍以上。

本发明还提出一种高致密化高强度陶瓷产品，应用前述的陶瓷的致密化方法加工制成。

与致密化之前的陶瓷产品相比，吸水率≥10％的陶瓷的断裂应力提高至3.5倍以上；吸水率≤10％的陶瓷致密化后其断裂强度提高至1.5倍以上；吸水率≤0.5％的陶瓷致密化后其断裂强度提高至1.2倍以上。

下面通过更具体的实施例作进一步说明。

实施例1

本发明对于渗透用盐的种类无特别限定，以下示例以硝酸钾说明。

所述的陶瓷采用市售的瓷砖产品，其吸水率≥10％，规格为150mm×150mm×6mm，致密化加工之前，将其裁切成150mm×20mm×6mm的瓷砖条。

常温条件下，将硝酸钾盐放入盐池中，将上述裁切好的陶瓷样品放入吊篮中。将盐池和吊篮共同缓慢地加热到硝酸钾的熔化温度以上，本实施例是将熔盐加热至480℃。将装有陶瓷样品的吊篮放入盐池中使陶瓷样品浸渍于熔盐中，待盐池完全浸泡陶瓷样品后将吊篮提起。将陶瓷样品缓慢降温到室温，得高致密化高强度陶瓷。

按照本领域常规的检测方法测试经过该方法致密化的陶瓷的性能，包括陶瓷密度、陶瓷弹性模量和陶瓷断裂强度，测试数据见表1的1#～5#样品所示。

实施例2

同实施例1。盐使用亚硝酸盐和硝酸盐的混合物，其组成为40％NaNO₂、7％NaNO₃、53％KNO₃。

按照本领域常规的检测方法测试经过该方法致密化的陶瓷的性能，包括陶瓷密度、陶瓷弹性模量和陶瓷断裂强度，测试数据见表1的6#～10#样品所示。

实施例3

同实施例1。陶瓷的吸水率介于0.5％和10％之间。

按照本领域常规的检测方法测试经过该方法致密化的陶瓷的性能，包括陶瓷密度、陶瓷弹性模量和陶瓷断裂强度，测试数据见表1的11#～15#样品所示。

实施例4

同实施例1。陶瓷的吸水率≤0.5％。

按照本领域常规的检测方法测试经过该方法致密化的陶瓷的性能，包括陶瓷密度、陶瓷弹性模量和陶瓷断裂强度，测试数据见表1的16#～20#样品所示。

表1各实施例的性能数据

由上述表1的测试数据可见，通过本发明的技术方案对陶瓷进行致密化加工之后，其实际强度大大提高。与致密化之前的陶瓷相比，当陶瓷吸水率≥10％时，致密化后其密度提高到原来的1.25倍，弹性模量提高到原来的2.47倍，断裂强度提高到原来的3.5倍以上；当陶瓷的吸水率≤10％时，致密化后其密度提高到原来的1.17倍，弹性模量提高到原来的1.09倍，断裂强度提高到原来的1.51倍以上；当陶瓷的吸水率≤0.5％时，致密化后其密度的提高不足1％，弹性模量提高不足1.5％，断裂强度提高到原来的1.25倍以上。可见，本发明的技术方案适用于陶瓷的致密化，尤其用于吸水率≥10％的高吸水率陶瓷的致密化，经过致密化后所述的陶瓷达到了强化的效果，其强度提高，表面对于有色液体的渗透性减少，克服了传统陶瓷杯有色液体渗透后永久保留难以清除的缺陷。

本发明权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合，其组合方式不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中的技术特征进行组合得到的技术方案，也是本发明的保护范围。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种陶瓷的致密化方法，其特征在于，其包括以下步骤：

1)将盐熔化，得熔盐；

2)将陶瓷浸渍于熔盐中共同加热保温；

3)将陶瓷从熔盐中取出，降温，得高致密化高强度陶瓷。

2.根据权利要求1所述的陶瓷的致密化方法，其特征在于，

所述的熔盐为熔融无机盐；

所述的无机盐选自硝酸盐、硫酸盐、碱金属卤化物或碱土金属卤化物中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的陶瓷的致密化方法，其特征在于，

若陶瓷温度低于熔盐温度且温度差大于50℃，则在浸渍前先对陶瓷慢速加热，其升温速度≤10℃/min。

4.根据权利要求1所述的陶瓷的致密化方法，其特征在于，

若陶瓷温度高于熔盐温度且温度差大于50℃，则在浸渍前先对陶瓷慢速降温，其降温速度≤10℃/min。

5.根据权利要求1所述的陶瓷的致密化方法，其特征在于，

步骤3)所述的降温为慢速降温，其降温速度≤10℃/min。

6.根据权利要求1至5任一项所述的陶瓷的致密化方法，其特征在于，

所述的陶瓷单侧渗透深度≥陶瓷厚度的三分之一。

7.根据权利要求6所述的陶瓷的致密化方法，其特征在于，

所述的陶瓷致密化前的吸水率≥10％，致密化后其断裂强度提高2.5倍以上。

8.根据权利要求6所述的陶瓷的致密化方法，其特征在于，

所述的陶瓷致密化前的吸水率≤10％，致密化后其断裂强度提高0.5倍以上。

9.根据权利要求6所述的陶瓷的致密化方法，其特征在于，

所述的陶瓷致密化前的吸水率≤0.5％，致密化后其断裂强度提高0.2倍以上。

10.一种高致密化高强度陶瓷产品，应用权利要求1至9任一项所述的陶瓷致密化方法加工制成。