CN114907146B

CN114907146B - 一种增强日用陶瓷的坯釉中间层材料以及陶瓷制品的制备方法

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Publication number: CN114907146B
Application number: CN202210361573.1A
Authority: CN
Inventors: 李月明; 张小娜; 孙熠; 李恺; 包亦望; 万德田
Original assignee: Jingdezhen Ceramic Institute
Current assignee: Jingdezhen Ceramic Institute
Priority date: 2022-04-07
Filing date: 2022-04-07
Publication date: 2023-03-10
Anticipated expiration: 2042-04-07
Also published as: CN114907146A

Abstract

本发明公开了一种增强日用陶瓷的坯釉中间层材料，其原料组成为：硅线石5～20wt％、蓝晶石8～30wt％、高岭土5～15wt％、石英6～30wt％、钙源25～45wt％、烧滑石0～5wt％、锂辉石1～5wt％、透锂长石1～5wt％；所述钙源为方解石、硅灰石、石灰石中的一种或其组合。此外，还公开了一种具有坯釉中间层材料的增强日用陶瓷制品的制备方法。本发明通过在坯釉之间设计一层具有高强度的中间层材料，同时起到从坯体到釉层的膨胀系数过渡作用，与坯体和釉层都具有良好的结合性，利用中间层的高强度、以及与坯体和釉层之间产生的压应力，有效实现了陶瓷制品强度的提高。

Description

一种增强日用陶瓷的坯釉中间层材料以及陶瓷制品的制备方法

技术领域

本发明涉及日用陶瓷技术领域，尤其涉及一种增强日用陶瓷的制备方法。

背景技术

陶瓷制品因其化学稳定性好、可进行丰富装饰的外观，常用作餐具和包装容器，如陶瓷酒瓶、化妆品瓶罐、药瓶等。但是，在生产过程中，生产线的自动捋瓶、灌装、压盖、贴标及装箱，使用过程的机械化洗涤等，由于机械手的操作力度不能随时调整，容易造成容器的破裂。因此，提高陶瓷制品的机械强度非常必要。提高陶瓷材料机械强度的方法有很多，如改善原料的颗粒级配、提高材料的烧成温度、在原有坯料基础上引入增强相等，这些方法虽然有一定的成效，但增强效果仍不够理想，且增加了能源消耗和生产成本。

通常，日用陶瓷的釉层热膨胀系数比坯体热膨胀系数小，使材料产生压应力，该压应力可以抵消一部分由于热应力或外加于釉面的机械力产生的张应力，从而提高陶瓷的抗拉强度。坯釉结合良好时，釉与坯体的一些组分会相互扩散、熔解和渗透，有助于釉附着在坯体上；但釉层热膨胀系数与坯体相差太大时，仍会导致釉层剥落，因此，仅单层釉产生的压应力不大，对陶瓷材料机械性能的提升很有限。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种增强日用陶瓷的坯釉中间层材料，通过在坯釉之间设计一层具有高强度的中间层材料，同时起到从坯体到釉层的膨胀系数过渡作用，与坯体和釉层都具有良好的结合性，利用中间层的高强度、以及与坯体和釉层之间产生的压应力，实现陶瓷制品强度的提高。本发明的另一目的在于提供一种具有上述坯釉中间层材料的增强日用陶瓷制品的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种增强日用陶瓷的坯釉中间层材料，其原料组成为：硅线石5～20wt％、蓝晶石8～30wt％、高岭土5～15wt％、石英6～30wt％、钙源25～45wt％、烧滑石0～5wt％、锂辉石1～5wt％、透锂长石1～5wt％；所述钙源为方解石、硅灰石、石灰石中的一种或其组合。

进一步地，本发明所述坯釉中间层材料的化学组成为：Al₂O₃20～30％、SiO₂ 50～60％、CaO 15～25％、MgO 0～2％、Li₂O 0.04～0.4％。

本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种具有坯釉中间层材料的增强日用陶瓷制品的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照上述坯釉中间层材料的原料组成进行配料，经球磨、过筛、干燥、研磨后，加入粘结剂的水溶液进行配制，得到浓度为25～50％的中间层浆料；

(2)将所述中间层浆料喷或涂在素烧后的坯体表面，室温下干燥后再施面釉，得到待烧成坯体；

(3)将所述待烧成坯体进行一次烧结，即以5～8℃/min的速率升温至1280～1320℃，保温1.5～2h，自然冷却后，即得到坯体和釉层之间具有中间层的增强日用陶瓷制品。

进一步地，本发明所述增强日用陶瓷制品其中间层的厚度为30～50μm、釉层的厚度为80～120μm。所述中间层的物相中，钙长石晶相占60～70％，含锂低膨胀玻璃相占25～40％，并含有刚玉晶相；中间层的热膨胀系数为(4.0～4.5)×10^-6/℃。其中，所述钙长石晶相的长径比3～10:1。

进一步地，本发明制备方法所述步骤(1)中的粘结剂的水溶液为浓度0.6～1wt％的PVA水溶液。

本发明适用于现有的陶瓷坯体组成和釉料组成，例如，本发明所述增强日用陶瓷制品的坯体可以是K₂O-Al₂O₃-SiO₂三元体系的长石质瓷或绢云母质瓷，热膨胀系数为(5.3～6.7)×10^-6/℃；釉层的热膨胀系数可以是(3.0～4.0)×10^-6/℃。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明通过在坯釉之间增加特别设计的中间层，能够起到从坯体到釉层的膨胀系数过渡作用，与坯体和釉层都具有良好的结合性。陶瓷制品在冷却时中间层和釉层中均形成压应力，在受到外力作用时部分抵抗外力的冲击。

(2)本发明通过中间层的配方设计，烧结后的中间层由25～40％含锂低膨胀玻璃相、60～70％低膨胀和高强度的钙长石主晶相和少量高弹性模量的刚玉晶体及少量气孔组成。通过调控陶瓷制品烧结后中间层的钙长石/刚玉晶相比例，由于钙长石具有强度高且热膨胀系数小、刚玉具有硬度大且弹性模量高的特点，所以烧结后的中间层硬度高、弹性模量大且具有较小的热膨胀系数。

(3)本发明通过调节高温时液相的产生速度和粘度，控制钙长石晶体的生长速度，制备的中间层中钙长石高长径比且中间层膨胀系数可调。利用中间层特殊主晶相导致的高强度、以及中间层与坯体和釉面之间产生较大的压应力，来共同作用提高陶瓷制品的强度(抗折强度大于150MPa，提高了80％以上)。

(4)本发明工艺简单，不改变现有的陶瓷坯体组成和釉料组成、成型方法、烧成制度，通过简单地在坯釉中间喷涂一层中间层的方法，有效提高了陶瓷制品的抗折强度；并且原料无毒无污染，价格低廉，易于工业化应用和推广。

附图说明

下面将结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述：

图1是本发明实施例一和实施例三日用陶瓷制品中间层的XRD图谱；

图2是本发明实施例二日用陶瓷制品的横截面SEM图；

图3是本发明实施例一和实施例四日用陶瓷制品中间层的SEM图(a：实施例一；b：实施例四)。

具体实施方式

本发明实施例一种增强日用陶瓷的坯釉中间层材料，其原料组成为：硅线石5～20wt％、蓝晶石8～30wt％、高岭土5～15wt％、石英6～30wt％、钙源25～45wt％、烧滑石0～5wt％、锂辉石1～5wt％、透锂长石1～5wt％，上述钙源为方解石、以及硅灰石或石灰石。各实施例坯釉中间层材料的原料组成如表1所示，化学组成如表2所示。

表1本发明各实施例坯釉中间层材料的原料组成(wt％)

表2本发明各实施例坯釉中间层材料的化学组成(％)

本发明实施例一种具有坯釉中间层材料的增强日用陶瓷制品，由坯体、中间层和釉层构成。所用坯体为日用陶瓷坯体，其原料组成为长石22wt％、大同土50wt％、淘界牌土12wt％、石英16wt％；釉层所用釉料为低膨胀透明釉，其原料组成为高岭土10wt％、石英23wt％、钾长石22wt％、硅灰石4wt％、烧滑石17wt％、氧化锌2wt％、锂辉石12wt％、硼酸钙7wt％、氧化铝3wt％。

本发明实施例上述增强日用陶瓷制品的制备方法，其步骤如下：

(1)按照表1所示坯釉中间层材料的原料组成进行配料，经球磨、过筛、干燥、研磨后，加入浓度0.6～1wt％的PVA水溶液进行配制，得到浓度为25～50％的中间层浆料；

(2)将上述中间层浆料喷或涂在素烧后的坯体表面，室温下干燥后再施面釉，得到待烧成坯体；

(3)将上述待烧成坯体进行一次烧结，即以5～8℃/min的速率升温至1280～1320℃，保温1.5～2h，自然冷却后，即得到坯体和釉层之间具有中间层的增强日用陶瓷制品。制得的陶瓷制品，坯体的热膨胀系数为(5.3～6.7)×10^-6/℃，中间层的厚度为30～50μm、热膨胀系数为(4.0～4.5)×10^-6/℃，釉层的厚度为80～120μm、热膨胀系数为(3.0～4.0)×10^-6/℃。

本发明各实施例增强日用陶瓷制品的制备方法，其工艺参数如表3所示。

表3本发明各实施例增强陶瓷制品制备方法工艺参数

本发明增强日用陶瓷制品，其中间层的主晶相为钙长石，并还有少量刚玉相(见图1)，物相中还含有含锂低膨胀玻璃相。中间层厚度为30～50μm，与坯体、釉层都具有良好的结合性(见图2)。通过不同的原料组成可调控中间层的钙长石长径比(图3(a)为3:1，(b)为10:1)。

以无中间层材料的陶瓷制品为对比例(坯体、釉料，以及制备方法同对应的本发明实施例)。本发明各实施例和对比例陶瓷制品的强度指标及中间层物相参数如表4所示。

表4本发明各实施例和对比例陶瓷制品强度指标及中间层物相参数

Claims

1.一种具有坯釉中间层材料的增强日用陶瓷制品的制备方法，其特征在于：所述坯釉中间层材料的原料组成为硅线石5～20wt％、蓝晶石8～30wt％、高岭土5～15wt％、石英6～30wt％、钙源25～45wt％、烧滑石0～5wt%、锂辉石1～5wt%、透锂长石1～5wt%；所述钙源为方解石、硅灰石、石灰石中的一种或其组合；制备方法包括以下步骤：

(1) 按照所述坯釉中间层材料的原料组成进行配料，经球磨、过筛、干燥、研磨后，加入粘结剂的水溶液进行配制，得到浓度为25～50%的中间层浆料；

(2) 将所述中间层浆料喷或涂在素烧后的坯体表面，室温下干燥后再施面釉，得到待烧成坯体；所述坯体为K₂O-Al₂O₃-SiO₂三元体系的长石质瓷或绢云母质瓷，热膨胀系数为(5.3～6.7)×10^-6/℃；釉层的热膨胀系数为(3.0～4.0)×10^-6/℃；

(3) 将所述待烧成坯体进行一次烧结，即以5～8℃/min的速率升温至1280～1320℃，保温1.5～2h，自然冷却后，即得到坯体和釉层之间具有中间层的增强日用陶瓷制品；所述制品中间层的厚度为30～50μm、釉层的厚度为80～120μm，中间层的物相中钙长石晶相占60～70%，含锂低膨胀玻璃相占25～40%，并含有刚玉晶相，中间层的热膨胀系数为(4.0～4.5)×10^-6/℃；所述制品抗折强度大于150MPa，与无中间层的陶瓷制品相比抗折强度提高了80%以上。

2.根据权利要求1所述的具有坯釉中间层材料的增强日用陶瓷制品的制备方法，其特征在于：所述钙长石晶相的长径比3～10:1。

3.根据权利要求1所述的具有坯釉中间层材料的增强日用陶瓷制品的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中粘结剂的水溶液为浓度0.6～1wt%的PVA水溶液。