CN112573895A - 一种高强度的陶瓷素胚及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本申请涉及陶瓷制造领域，更具体地说，它涉及一种高强度的陶瓷素坯及其制备工艺，高强度陶瓷素坯包括括以下质量份数的原料通过搅拌混合得到：硅灰石8~15份，章村土10~20份，围场土6~8份，永春土2~4份、星子土5~7份，瓷粉4~6份，水20~30份，陶瓷增强物30~60份，所述陶瓷增强物包括有机固化剂、二氧化硅和金属还原剂搅拌混合，所述聚合物、二氧化硅和金属还原剂的质量比为1：（2~3）:（2~3），其具有提高陶瓷素坯强度的优点，其制备方法为：将陶瓷浆料、水和陶瓷增强物充分混合置于球磨机中进行研磨得到陶瓷泥料；陶瓷泥料经过热压烧结得到陶瓷素坯。

Description

一种高强度的陶瓷素胚及其制备工艺

技术领域

本申请涉及陶瓷制造领域，更具体地说，它涉及一种高强度的陶瓷素胚及其制备工艺。

背景技术

陶瓷是陶器与瓷器的统称，同时也是我国的一种工艺美术品，远在新石器时代，我国已有风格粗犷、朴实的彩陶和黑陶。陶与瓷的质地不同，性质各异。陶，是以粘性较高、可塑性较强的粘土为主要原料制成的，不透明、有细微气孔和微弱的吸水性，击之声浊。瓷是以粘土、长石和石英制成，半透明，不吸水、抗腐蚀，胎质坚硬紧密，叩之声脆。我国传统的陶瓷工艺美术品，质高形美，具有高度的艺术价值，闻名于世界。

现有技术中，陶瓷是由泥浆烧结而成的，但是，现有的陶瓷素胚产品强度较低，使用和搬运时容易破碎，且在运输时也可能存在有两两发生碰撞，造成陶瓷素胚破碎的缺陷。

发明内容

为了提高陶瓷素胚的强度，本申请提供一种高强度的陶瓷素胚。

为了获得一种高强度的陶瓷，本申请提高一种高强度的陶瓷素胚的制备工艺。

第一方面，本申请提供的一种高强度的陶瓷素胚，采用如下的技术方案：

一种高质量的陶瓷素胚，包括以下质量份数的原料通过搅拌混合得到：

硅灰石8～15份，章村土10～20份，宣化瓷石7～9份，抚宁瓷石7～9份，长石13～17份，内蒙黑泥1～4份，球土9～12份，内蒙木节9～12份，后新秋彰武土2～5份，沁阳土8～12份，围场土6～8份，永春土2～4份、星子土5～7份，瓷粉4～6份，水20～30份，陶瓷增强物30～60份，所述陶瓷增强物包括有机固化剂、二氧化硅和金属还原剂搅拌混合，所述聚合物、二氧化硅和金属还原剂的质量比为1：(2～3):(2～3)。

通过采用上述技术方案，由于泥浆在制成泥浆过程中需要通过高温烧结，有机固化剂可以对陶瓷浆料起到固化成型的作用，二氧化硅具有很好的流动性和可压性，可提高陶瓷素胚的硬度，在高温条件下，有机固化剂生成碳，碳与二氧化硅混合均匀，在金属还原剂的作用下可得到碳化硅，碳化硅与陶瓷浆料均匀混合，由于碳化硅具有高强度高硬度的特点，且可作为填料剂填充，从而提高陶瓷素胚的强度。

优选的，所述陶瓷增强物的粒径为200～500μm。

通过采用上述技术方案，陶瓷增强物的粒径在200～500μm时，陶瓷增强物可以与陶瓷浆料充分混合填充，从而对于提高陶瓷素胚的硬度效果更好。

优选的，所述有机固化剂为月桂醇聚醚硫酸酯钠。

通过采用上述技术方案，月桂醇聚醚硫酸酯钠作为有机固化剂不但可以对陶瓷浆料前期凝固起到固化的作用，且月桂醇聚醚硫酸酯钠由于分子中碳含量较多，在高温条件下的加入可以提高碳的转化量，从而和二氧化硅在金属还原剂的作用下反应，生成碳化硅的效率更高。

优选的，所述金属还原剂为镁。

通过采用上述技术方案，采用金属还原剂可以提高防止有机固化剂在高温条件下反应生产碳，在碳与二氧化硅反应可以避免碳生成二氧化碳，二氧化碳与二氧化硅没有办法反应，降低碳化硅的生成效率，从而提高陶瓷素胚的强度。

优选的，还包括减水剂8～12份，所述减水剂为聚丙烯酸钠。

通过采用上述技术方案，由于水加入陶瓷浆料中，会被陶瓷浆料吸附，减水剂可以改善陶瓷泥浆的性能，增强陶瓷浆料的流动性，且可以保持陶瓷浆料适当的粘度，可以使陶瓷素胚制备过程中混入的气泡更容易排出，同时可以提高陶瓷增强物在陶瓷浆料中的分酸性，从而减少后期烧结过程中水分蒸发，从而减少陶瓷素胚后期的收缩率，提高陶瓷素胚的强度。

第二方面，本申请提供一种高强度的陶瓷素胚的制备工艺，采用如下的技术方案。

一种高强度的陶瓷素胚的制备工艺，优选的，所述陶瓷增强物制备碳化硅包括以下步骤：

S1：采用有机固化剂以及二氧化硅作为原料，按有机固化剂与二氧化硅进行机械混合得到预混合物；

S2：将预混合物在300～500℃内热解1～4h，生成二氧化硅/碳复合物；

S3：将二氧化硅/碳复合物与金属还原剂进行机械混合，随后进行热处理；热处理温度为500～750℃；得到碳化硅。

通过采用上述技术方案，有机固化剂先与二氧化硅混合，然后在对有机固化剂进行高温热分解，有机固化剂生成碳复合物，碳复合物与二氧化硅如处理得到碳化硅，用于提高陶瓷素胚的强度。

优选的，所述预混合物在300～500℃内热解，其热解气为氩气气氛保护。

通过采用上述技术方案，加入氩气做气氛保护，可以有效的避免有机固化剂在300～500℃时，可能会有氧气的存在，这样有机固化剂加热就会生成二氧化碳，二氧化碳与二氧化硅反应就不能生成碳化硅，所以加入氩气保护，可以促进碳化硅的生成，提高陶瓷素胚强度。

优选的，包括以下步骤：

A1：将陶瓷浆料、水和陶瓷增强物充分混合置于球磨机中进行研磨得到陶瓷泥料：A2：将陶瓷泥料高压注入石膏模具中，通过注浆成型得到陶瓷注件；

A3：陶瓷注件经过热压烧结得到陶瓷素坯。

通过采用上述技术方案，陶瓷浆料与水进行混合，陶瓷固化物包括有机固化剂，可使高压注入石膏模具中的陶瓷泥料快速成型固化，有机固化剂可与二氧化硅混合，在金属氧化剂的作用下生成碳化硅，碳化硅填充于陶瓷浆料中并高压注入石膏模具中，在热压烧结石膏模具生成高强度陶瓷素胚。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、由于本申请采用陶瓷增强物，由于陶瓷增强物中包括有机固化剂，有机固化剂可以与二氧化硅，在金属还原剂的作用下可得到碳化硅，碳化硅与陶瓷浆料均匀混合，由于碳化硅具有高强度高硬度的特点，且可作为填料剂填充，获得了提高陶瓷素胚的强度效果；

2、本申请中优选采用减水剂，由于聚丙烯酸钠减水剂可以改善陶瓷泥浆的性能，增强陶瓷浆料的流动性，且可以保持陶瓷浆料适当的粘度，可以使陶瓷素胚制备过程中混入的气泡更容易排出，同时可以提高陶瓷增强物在陶瓷浆料中的分酸性，从而减少后期烧结过程中水分蒸发，从而减少陶瓷素胚后期的收缩率，获得了提高陶瓷素胚的强度的效果；

3、本申请的方法，通过将陶瓷浆料、水和陶瓷增强物充分混合置于球磨机中进行研磨得到陶瓷浆料，陶瓷泥浆高压注入石膏模具中，通过注浆成型得到陶瓷注件，再进过热压烧结得到陶瓷素胚，陶瓷浆料与水进行混合，陶瓷固化物包括有机固化剂，可使高压注入石膏模具中的陶瓷浆料快速成型固化，有机固化剂可与二氧化硅混合，在金属氧化剂的作用下生成碳化硅，碳化硅填充于陶瓷浆料中并高压注入石膏模具中，获得了提高陶瓷素胚的强度的效果。

具体实施方式

原料来源：

实施例1

一种高质量的陶瓷素胚，包括以下质量份数的原料通过搅拌混合得到：

硅灰石1份、章村土13份、宣化瓷石8.5份、抚宁瓷石8.5份、长石16份、内蒙黑泥2份、球土10.5份、内蒙木节10.5份、后新秋彰武土3份、沁阳土11份、围场土7.5份、永春土3份、星子土6.5份、瓷粉5份，水25份。

陶瓷增强物45份，陶瓷增强物粒径为350μm，陶瓷增强物包括有机固化剂，二氧化硅和金属还原剂搅拌混合，所述聚合物、二氧化硅和金属还原剂的质量比为1：2.5:2.5，有机固化剂为月桂醇聚醚硫酸酯钠，金属还原剂选择镁做还原剂。

减水剂为聚丙烯酸钠10份。

一种高强度的陶瓷素胚的制备工艺，包括以下步骤：

A1：将将硅灰石、章村土、宣化瓷石、抚宁瓷石、长石、内蒙黑泥、球土、内蒙木节、后新秋彰武土、沁阳土、围场土、永春土、星子土、瓷粉、水和陶瓷增强物充分混合置于球磨机中进行研磨得到陶瓷浆料；

A2：将陶瓷泥浆高压注入石膏模具中，通过注浆成型得到陶瓷注件；

A3：陶瓷注件经过热压烧结得到陶瓷素坯，烧成温度为1240±10℃，烧成周期为18小时。

根据上述制备工艺进行一种高强度的陶瓷素胚的生产，改变原料的用量另做实施例2～5，其余操作步骤和参数均与实施例1相同，共得到实施例1～5的高强度陶瓷素胚，实施例1～5具体用量情况如下表1所示。

表1，实施例1～5的原料用量。

对比例1

一种高强度的陶瓷素胚，基于实施例1的基础上，其区别特征在于未加入陶瓷增强物，其余操作步骤和参数均与实施例1相同。

对实施例1～5和对比例1的高强度陶瓷素胚进行测试。

测试包括：

1.抗压强度，依据GB/T2832～1996中规定的方法，对高强度陶瓷素胚进行抗压强度测试。

测试结果如下。

表2，实施例1～5和对比例1的抗压强度测试结果。

由上表可知，实施例1的抗压强度明显优于实施例2～5的抗压强度，故本申请中实施例1的用量为最佳用量，对比实施例1和对比例1可知，当未向陶瓷浆料中加入陶瓷增强物时，制得陶瓷素胚的抗压强度明显低于实施例1，所以可以得到加入陶瓷增强物可以提高陶瓷素胚的抗压强度。

实施例6

一种高强度的陶瓷素胚，基于实施例1的基础上，其区别特征在于陶瓷增强物的粒径选用200μm，其余操作步骤和参数均与实施例1相同。

实施例7

一种高强度的陶瓷素胚，基于实施例1的基础上，其区别特征在于陶瓷增强物的粒径选用500μm，其余操作步骤和参数均与实施例1相同。

实施例8

一种高强度的陶瓷素胚，基于实施例1的基础上，其区别特征在于有机固化剂为乙烯基三胺，其余操作步骤和参数均与实施例1相同。

实施例9

一种高强度的陶瓷素胚，基于实施例1的基础上，其区别特征在于有机固化剂为已二胺，其余操作步骤和参数均与实施例1相同。

实施例10

一种高强度的陶瓷素胚，基于实施例1的基础上，其区别特征在于金属还原剂为钠，其余操作步骤和参数均与实施例1相同。

实施例11

一种高强度的陶瓷素胚，基于实施例1的基础上，其区别特征在于金属还原剂为钙，其余操作步骤和参数均与实施例1相同。

实施例12

一种高强度的陶瓷素胚，基于实施例1的基础上，减水剂选用六偏磷酸钠，其余操作步骤和参数均与实施例1相同。

实施例13

一种高强度的陶瓷素胚，基于实施例1的基础上，减水剂选用三聚磷酸钠，其余操作步骤和参数均与实施例1相同。

对比例2

一种高强度的陶瓷素胚，基于实施例1的基础上，未加入减水剂，其余操作步骤和参数均与实施例1相同。

对比例3

一种高强度的陶瓷素胚，基于实施例1的基础上，未冲入氩气进行气氛保护，其余操作步骤和参数均与实施例1相同。

对实施例6～13和对比例2～3制备的高强度陶瓷素胚进行测试。

测试结果如下表。

表3，实施例6～13和对比例2～3的高强度陶瓷素胚测试结果。

结合上表，对比实施例1和和实施例6～7可以看出，陶瓷增强物的粒径选用200μm和500μm制得的陶瓷素胚的抗压强度均较低，可以看出陶瓷增强物的历经五500μm时，制得的高强度陶瓷素胚的抗压强度更大，可以得出当粒径较大时，陶瓷素胚的抗压强度比陶瓷增强物粒径小时的大，所以选用陶瓷增强物的粒径在350μm制得的陶瓷素胚的抗压强度最大。

对比实施例1和实施例8～9可以看出，有机固化剂选用乙烯基三胺和已二胺时，陶瓷素胚的抗压强度较低，对比实施例9中加入固化剂为己二胺的抗压强度大于向陶瓷素胚中加入乙烯基三胺，可以看出加入的有机固化剂与碳含量有关系，其有机固化剂选用月桂醇聚醚硫酸酯钠时，陶瓷素胚的强度最强，从而加入月桂醇聚醚硫酸酯钠可提高陶瓷素胚的强度。

对比实施例1和实施例10～11可以看出，金属还原剂选用钠和钙时，制得的陶瓷素胚的抗压强度较差，可以得到钠和钙虽然具有强还原性，但是并不适用于本制备工艺，所以选用镁做金属还原剂，可以获取高强度的陶瓷素胚，从而加入镁做金属还原剂，可得到高强度陶瓷素胚。

对比实施例1和实施例12～13可以看出，减水剂选用六偏磷酸钠，抗压强度明显不如加入聚丙烯酸钠的效果好，减水剂选用三聚磷酸钠时，制得的陶瓷素胚的强度最小，所以加入聚丙烯酸钠可以提高陶瓷素体的强度。

对比实施例1和对比例2可以看出，未加入减水剂，陶瓷素胚的强度较低，所以加入聚丙烯酸钠可以提高陶瓷素胚的强度。

对比实施例1和对比例3可以看出，未通入氩气做保护气氛时，最后制得的陶瓷素胚的强度较低，可以得到生成的碳化硅较少，所以在有机固化剂高温过程中可能有部分转换成二氧化碳，只有少部分转换为碳和二氧化硅，所以加入氩气气氛，可以使有机固化剂基本转换为碳，从而提高碳化硅的生成量，提高制得的陶瓷素胚的强度。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种高质量的陶瓷素胚，其特征在于：包括以下质量份数的原料通过搅拌混合得到：

硅灰石8~15份、章村土10~20份、宣化瓷石7~9份、抚宁瓷石7~9份、长石13~17份、内蒙黑泥1~4份、球土9~12份、内蒙木节9~12份、后新秋彰武土2~5份、沁阳土 8~12份、围场土6~8份、永春土2~4份、星子土5~7份、瓷粉4~6份、水20~30份、陶瓷增强物30~60份，所述陶瓷增强物包括有机固化剂、二氧化硅和金属还原剂搅拌混合，所述聚合物、二氧化硅和金属还原剂的质量比为1：（2~3）:（2~3）。

2.根据权利要求1所述的一种高强度的陶瓷素胚，其特征在于：所述陶瓷增强物的粒径为200~500μm。

3.根据权利要求1所述的一种高强度的陶瓷素胚，其特征在于：所述有机固化剂为月桂醇聚醚硫酸酯钠。

4.根据权利要求1所述的一种高强度的陶瓷素胚，其特征在于：所述金属还原剂为镁。

5.根据权利要求1所述的一种高强度的陶瓷素胚，其特征在于：还包括减水剂8~12份，所述减水剂为聚丙烯酸钠。

6.根据权利要求1~5任意一项所述的一种高强度的陶瓷素胚的制备工艺，其特征在于：所述陶瓷增强物中碳化硅制备包括以下步骤：

S1：采用有机固化剂以及二氧化硅作为原料，按有机固化剂与二氧化硅进行机械混合得到预混合物；

S2：将预混合物在300~500℃内热解1~4h，生成二氧化硅/碳复合物；

S3：将二氧化硅/碳复合物与金属还原剂进行机械混合，随后进行热处理；热处理温度为500~750℃；得到碳化硅。

7.根据权利要求6所述的一种高强度的陶瓷的制备工艺，其特征在于：所述预混合物在300~500℃内热解，其热解气为氩气气氛保护。

8.根据权利要求1~7中任意一项所述的一种高强度的陶瓷素胚的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：

A1：将陶瓷浆料、水和陶瓷增强物充分混合置于球磨机中进行研磨得到陶瓷泥料；

A2：将陶瓷泥浆高压注入石膏模具中，通过注浆成型得到陶瓷注件；

A3：陶瓷注件经过热压烧结得到陶瓷素坯。