CN112723856A - 一种低变形的陶瓷素坯及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及陶瓷制造领域，具体公开了一种低变形的陶瓷素坯及其制备工艺，低变形的陶瓷素坯包括铁粉10‑20份，所述铁粉粒径为200‑500μm，水45‑65份，陶瓷浆料，其制备方法为：铁粉与陶瓷浆料充分混合，得到预混合物，再将预混合物注入到石膏模具中，再将石膏模具中通入氮气，通过注浆成型得到陶瓷注件，陶瓷注件经过热压烧结得到陶瓷素坯，本申请的低变形的陶瓷素坯可用于陶瓷制造，其具有降低陶瓷素坯的废品率，使烧成的陶瓷素坯不容易变形的优点。

Description

一种低变形的陶瓷素坯及其制备工艺
技术领域
本申请涉及陶瓷制造领域，更具体地说，它涉及一种低变形的陶瓷素坯及其制备工艺。
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，陶瓷素坯是由泥浆烧结而成的，由于泥浆中的含水量会直接影响陶瓷素坯的收缩率，泥浆在烧结过程中会有水分的蒸发，含水量大的泥浆水分蒸发较大，且泥浆中的水分蒸发量与泥浆的收缩率成正比，在烧结过程中泥浆内的水分蒸发后，存在有收缩现象，从而导致烧成的陶瓷素坯成品易变形，废品率高的缺陷。
发明内容
为了降低陶瓷素坯的废品率，使烧成的陶瓷素坯不容易变形，本申请提供一种低变形的陶瓷素坯。
为了获得一种低变形的陶瓷素坯，本申请提供一种低变形的陶瓷素坯的制备工艺。
第一方面，本申请提供的一种低变形的陶瓷素坯，采用如下的技术方案。
一种低变形的陶瓷素坯，包括以下质量份数的原料通过搅拌混合得到：
铁粉10-20份，所述铁粉粒径为200-500μm，
水45-65份，
陶瓷浆料，所述陶瓷浆料包括硅灰石1-3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。
通过采用上述技术方案，在烧制陶瓷浆料过程中，由于烧结温度较高，泥浆在烧结过程中会有水分的蒸发，由于泥浆中的含水量会直接影响陶瓷素坯的收缩率，陶瓷泥浆内水被蒸发，使其收缩率变大，加入铁粉与陶瓷浆料混合，由于铁粉在高温条件下可以与水蒸气形成四氧化三铁固体，铁粉变成四氧化三铁后在陶瓷素坯内的体积膨胀，四氧化三铁可以对陶瓷素坯的收缩起到一定的补偿作用，从而加入铁粉可以降低陶瓷素坯的收缩率，提高陶瓷素坯成品的合格率。
优选的，所述陶瓷素坯原料还包括防沉剂2-4份。
通过采用上述技术方案，由于铁粉的密度较大，直接和陶瓷浆料混合时，铁粉可能会大部分沉底，铁粉和陶瓷浆料充分混合的效果较差，所以加入防沉剂，可以降低铁粉沉底的可能性，提高铁粉与陶瓷浆料的混合效果。
优选的，所述防沉剂是气相二氧化硅。
通过采用上述技术方案，气相二氧化硅不仅具有防止铁粉沉淀的效果，还可以提高铁粉与陶瓷浆料之间的混合程度，还具有粘结性的效果，所以选用气相二氧化硅的效果更好，使用二氧化硅作为防沉剂，提高陶瓷素坯的合格率。
优选的，所述陶瓷素坯原料还包括减水剂5-9份。
通过采用上述技术方案，在制备陶瓷素坯过程时，操作人员需要将陶瓷浆料倒入陶瓷模具中，由于陶瓷浆料为流体，未成形之前可塑性较差，加入减水剂可以吸附陶瓷素坯内部分的水，降低陶瓷素坯的含水量，提高陶瓷素坯可塑性，降低陶瓷素坯收缩量，提高陶瓷素坯的合格率。
优选的，所述减水剂为聚羧酸。
通过采用上述技术方案，聚羧酸为减水剂，吸附陶瓷浆料内部分的水分，提高陶瓷浆料的可塑性，也可以提高陶瓷素坯的强度，降低陶瓷素坯收缩的效果更好，提高陶瓷素坯的合格率。
第二方面，本申请提供一种低变形的陶瓷素坯的制备工艺，采用如下的技术方案：
一种低变形的陶瓷素坯的制备工艺，包括以下步骤，
A1：铁粉与陶瓷浆料充分混合，得到预混合物；
A2：将预混合物高压注入到石膏模具中，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，铁粉与陶瓷浆料充分混合，防尘剂可以使得铁粉与陶瓷浆料充分混合，同时降低铁粉沉底下降的可能性，减水剂可以提高陶瓷素坯成型之后的可塑性，从而提高陶瓷素坯的合格率。
优选的，所述铁粉在反应过程中加以氮气气氛保护。
通过采用上述技术方案，在铁粉反应过程中加入氮气可以避免铁在反应过程中，铁被氧气氧化后，就不能和与水蒸气，从而提高铁与水蒸气的反应效果。
优选的，包括以下步骤：
S1：铁粉与陶瓷浆料充分混合，得到预混合物；
S2：将预混合物注入到石膏模具中，再将石膏模具中通入氮气气氛，通过注浆成型得到陶瓷注件；
S3：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，将铁粉与陶瓷浆料充分混合，在高温高压作用下，向石膏模具中通入氮气气氛，氮气可以有效的避免铁粉被氧化，提高铁粉转换四氧化三铁的转化率，四氧化三铁对陶瓷浆料收缩起到一定的补偿作用，从而降低陶瓷素坯的收缩率，提高陶瓷素坯的合格率。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用铁粉，由于铁粉在高压高温调节下与水蒸气反应生成四氧化三铁，铁粉转换为四氧化三铁后体积膨胀，对陶瓷浆料烧结过程中的收缩起到一定的补偿作用，从而降低陶瓷素坯的收缩率，提高陶瓷素坯的合格率；
2、本申请中优选采用减水剂，由于减水剂，可对陶瓷浆料起到一定的吸水效果，提高陶瓷浆料在石膏模具中的可塑性，从而还可以提高陶瓷素坯的强度，从而提高陶瓷素坯的质量；
3、本申请的方法，通过向石膏模具中通入氮气保护，可以有效地避免铁粉与水蒸气反应过程中被氧化，从而提高铁粉转换为四氧化三铁的转化率，从而提高陶瓷素坯的质量。
具体实施方式
原料来源：
Figure BDA0002859385640000031
Figure BDA0002859385640000041
其中气相二氧化硅的粒径为15nm；
实施例1
一种低变形的陶瓷素坯，包括以下质量份数的原料通过搅拌混合得到：
铁粉15份，铁粉的粒径为350μm，
水55份，
陶瓷浆料105份，陶瓷浆料包括硅灰石2份、章村土15份、宣化瓷石8份、抚宁瓷石8份、长石14份、内蒙黑泥3份、球土11份、内蒙木节11份、后新秋彰武土3份、沁阳土10份、围场土7份、永春土3份、星子土6份、瓷粉5份。
防沉剂3份，防沉剂为选用气相二氧化硅，气相二氧化硅粒径为15nm，
减水剂7份，减水剂优选为聚羧酸。
一种低变形的陶瓷素坯的制备工艺，包括以下步骤：
S1：铁粉与陶瓷浆料充分混合2h，得到预混合物；
S2：在压力为10MPa条件下，将预混合物注入到石膏模具中，通过注浆成型3h得到陶瓷注件；
S3：陶瓷注件在氮气氛围下经过热压烧结，烧结周期为18小时，得到陶瓷素坯。
根据上述制备工艺进行一种低变形的陶瓷素坯的生产，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的陶瓷素坯，实施例1-5具体用量情况如下表1所示。
表1，实施例1-5具体原料用量表。
Figure BDA0002859385640000042
Figure BDA0002859385640000051
对实施例1-5所得到的低变形陶瓷素坯进行测试。
1.收缩率测试
按照QB/T1548-2015中规定的方法，依据原料及其制备工艺，制得尺寸为40*40*0.2cm的瓷砖对其收缩率进行测定。
2.合格率进行测试
每组用量生产出来的陶瓷素坯进行合格率测试，每组随机选取100个陶瓷素坯进行抽检，变形记为不合格，查看合格产品的数量。
测试结果如下。
表2，实施例1-5制得的陶瓷素坯收缩率与成品率测试结果。
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
收缩率/％ 14.71 15.46 15.34 15.02 15.3
合格数/个 100 97 96 94 98
由上表可知，实施例1的收缩率和成品的数量均优于实施例2-5，故本申请中实施例1 的用量为最佳用量，制得的陶瓷素坯的收缩率最低，成品数量最多。
对比例1
一种低变形的陶瓷素坯，基于实施例1的基础上，未加入铁粉，其余操作步骤和参数均与实施例1相同。
对比例2
一种低变形的陶瓷素坯，基于实施例1的基础上，未加入防沉剂，其余操作步骤和参数均与实施例1相同。
对比例3
一种低变形的陶瓷素坯，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4
一种低变形的陶瓷素坯，基于实施例1的基础上，未加入氮气气氛进行保护，其余操作步骤和参数均与实施例1相同。
实施例6
一种低变形的陶瓷素坯，基于实施例1的基础上，防沉剂选用有机膨润土，其余操作步骤和参数均与实施例1相同。
实施例7
一种低变形的陶瓷素坯，基于实施例1的基础上，防沉剂选用聚烯烃蜡，其余操作步骤和参数均与实施例1相同。
实施例8
一种低变形的陶瓷素坯，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9
一种低变形的陶瓷素坯，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。
实施例10
一种低变形的陶瓷素坯，基于实施例1的基础上，铁粉粒径为200μm，其余操作步骤和参数均与实施例1相同。
实施例11
一种低变形的陶瓷素坯，基于实施例1的基础上，铁粉粒径为500μm，其余操作步骤和参数均与实施例1相同。
对对比例1-5和实施例6-11进行测试。
测试结果如下表。
表3，对比例1-5和实施例6-11收缩性和成品率测试结果。
Figure BDA0002859385640000061
从上表的测试结果可以看出，实施例1和对比例相比，当陶瓷浆料中未加入铁粉时，合格陶瓷素坯的数量较低，且最终制得的陶瓷素坯收缩率较大，所以加入铁粉，不仅可以降低陶瓷素坯的收缩率，还可以提高陶瓷素坯的合格率。
由实施例1和对比例2可以看出，当未向陶瓷浆料中加入防沉剂时，陶瓷素坯的收缩率虽然相比对比例1有所提高，不过对比例2中的收缩率还是比较低，所以加入防沉剂可以提高陶瓷素坯的收缩率。
由实施例1和对比例3可以看出，当未向陶瓷浆料中加入减水剂时，陶瓷素坯合格率较低，收缩率进较高，加入减水剂不仅可以提高陶瓷素坯的合格率，还可以降低陶瓷素坯的收缩率。
由实施例1和对比例4可以看出，未通入氮气气氛时，陶瓷素坯的合格率较低，所以充入氮气作保护气气氛时，可以提高陶瓷素坯的合格率。
由实施例1和实施例6-7可以看出，当将气相二氧化硅换成有机膨润土时，陶瓷素坯的收缩率较大，当将气相二氧化硅换成聚烯烃蜡时，陶瓷素坯的合格率较低，所以防沉剂优选为气相二氧化硅才能既降低了陶瓷素坯的收缩率，又可以提高陶瓷素坯的成品率。
由实施例1和实施例8-9可以看出，当将聚羧酸换成六偏磷酸钠时，陶瓷素坯的收缩率较大，且合格率较低，当将聚羧酸换成三聚磷酸钠时，陶瓷素坯的合格率较低，所以减水剂优选为聚羧酸所制得的陶瓷素坯收缩率较低，合格率较高。
由实施例1和实施例10-11可以看出，当铁粉粒径为200μm或500μm时，陶瓷素坯的合格率均较低，所以铁粉的粒径优选为350μm时，所制得的陶瓷素坯合格率较高。
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)

1.一种低变形的陶瓷素坯，其特征在于：包括以下质量份数的原料通过搅拌混合得到：
铁粉10-20份，所述铁粉粒径为200-500μm，
水45-65份，
陶瓷浆料，所述陶瓷浆料包括硅灰石1-3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。
2.根据权利要求1所述的一种低变形的陶瓷素坯，其特征在于：所述陶瓷原料还包括防沉剂2-4份。
3.根据权利要求2所述的一种低变形的陶瓷素坯，其特征在于：所述防沉剂是气相二氧化硅。
4.根据权利要求1所述的一种低变形的陶瓷素坯，其特征在于：所述陶瓷原料还包括减水剂5-9份。
5.根据权利要求4所述的一种低变形的陶瓷素坯，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种低变形的陶瓷素坯的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤，
A1：铁粉与陶瓷浆料充分混合，得到预混合物；
A2：将预混合物高压注入到石膏模具中，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。
7.根据权利要求1所述的一种低变形的陶瓷素坯的制备工艺，其特征在于：所述铁粉反应过程中加以氮气气氛保护。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种低变形的陶瓷素坯的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1：铁粉与陶瓷浆料充分混合，得到预混合物；
S2：将预混合物注入到石膏模具中，通过注浆成型得到陶瓷注件；
S3：陶瓷注件在氮气氛围下经过热压烧结得到陶瓷素坯。
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