CN115893985A - 一种基于黄河泥的轻质耐高温、适用于陶瓷绘画的陶瓷材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及陶瓷复合材料技术领域，尤其涉及一种基于黄河泥的轻质耐高温、适用于陶瓷绘画的陶瓷材料及制备方法。该制备方法包括将黄河胶泥经过过筛、与粘土矿物进行配比，沉腐处理后，再加入由木质素纤维、聚酯纤维、玄武岩纤维组成的交织化纤维，最后烧成的流程。该基于黄河泥的轻质耐高温适用于陶瓷绘画的陶瓷材料的制备方法改变了黄河胶泥不能高温烧制以及传统陶瓷材料韧性差、质量大等问题。通过该方法得到的陶瓷材料具有良好的力学性能，韧性大，质量轻，耐高温，提高了陶瓷材料的抗拉强度、弯曲强度和抗压强度。可用于日用陶瓷领域及艺术陶瓷领域，打破了传统瓷板因易碎、易开裂等问题对陶瓷绘画篇创作幅及使用场景的限制。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷复合材料技术领域，尤其涉及一种基于黄河泥的轻质耐高温、适用于陶瓷绘画的陶瓷材料及制备方法。
背景技术
随着经济发展和人们生活水平的提升，社会对陶瓷的需求日益增长，节能减耗也成为技术研究的热点。传统制瓷材料不可再生，储量日益减少，更有部分材料濒临禁采。轻质日用瓷可有效降低陶瓷生产多项能源消耗，但轻质陶瓷目前主要依靠提高陶瓷坯料的孔隙率以及减薄增强来实现，但气孔难以控制、力学性能差，且多用于卫生陶瓷和建筑陶瓷。
黄河胶泥资源丰富，对其充分利用可缓解黄河生态问题，但因其不耐高温等问题，并不能完全代替传统制瓷材料。此外，纤维材料质量轻、无毒害、韧性好，可以有效改善传统陶瓷材料的限制。因此，本研究将黄河泥与纤维材料结合，克服黄河胶泥不耐高温问题，致力于获得轻质耐高温的陶瓷材料，替代传统制瓷材料，提升性能并拓展应用。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于黄河泥的轻质耐高温、适用于陶瓷绘画的陶瓷材料及制备方法，将泥料与纤维合理配比，减少能源消耗的同时，使材料具有更好的力学性能，韧性大，质量轻，耐高温，提高了陶瓷材料的抗拉强度、抗压强度，打破了材料对陶瓷绘画的限制，拓宽了陶瓷绘画的适用范围，推动了陶瓷绘画的发展。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案之一是：
一种基于黄河泥的轻质耐高温、适用于陶瓷绘画的陶瓷材料，包括黄河胶泥、粘土矿物、坯体减水剂和富含木质素纤维、聚酯纤维、玄武岩纤维的交织化纤维。
进一步地，所述黄河胶泥的成分及其质量百分数为SiO2 77.33％、Al2O3 9.2％、Fe2O3 2.1％、TiO2 0.32％、CaO 3.06％、MgO 4.02％、K2O 2.02％、Na2O 1.95％。
进一步地，所述粘土矿物的成分及其质量百分数为SiO2 80％-85％、Al2O3 10％-15％、Na2O 3％-6％、CaO 0-1％、Fe2O3 0-0.5％、MgO 1％-1.5％。
进一步地，所述黄河胶泥与粘土矿物的质量比为1：1；黄河胶泥与粘土矿物共同组成混合泥料；所述坯体减水剂加入量为混合泥料质量的3％，所述交织化纤维加入量为混合泥料质量的2-3％。
进一步地，所述坯体减水剂为Na5P3O10；所述交织化纤维的成分为木质素纤维、聚酯纤维、玄武岩纤维按1：2：2的质量比组成。
进一步地，所述木质素纤维为富含木质素的纤维，如愈创木基木素、紫丁香基木素。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案之二是：
一种基于黄河泥的轻质耐高温、适用于陶瓷绘画的陶瓷材料的制备方法，包括如下操作步骤：
S1、坯料配制
1)将黄河胶泥过筛后，与粘土矿物混合，继续过筛后沉腐、真空练泥；
2)将练好的泥与水、球按比重为1：0.6：1.5的比例混合配料，放入球磨机中球磨，并加入坯体减水剂一起球磨；
3)球磨后的泥浆用250目的筛网过筛，得过筛泥料；
4)将交织化纤维与过筛泥料加水均匀混合成泥浆；
S2、坯料成型
采用注浆成型或晾干后揉泥压制成型；
S3、高温烧制
所述高温烧制为高温裸烧，烧制温度在1250℃-1300℃之间。
进一步地，步骤S1中黄河胶泥及其与粘土矿物的混合料分别用80目筛网过筛。
进一步地，步骤S1中所述沉腐时间为30-40天，温度控制在20℃-25℃，湿度控制在75％-95％。
进一步地，步骤S1中所述真空练泥采用真空练泥机练泥5-10次；球磨处理的转速为球磨机临界转速的76％。
进一步地，步骤S1中球磨时间为4h。
进一步地，步骤S2中晾干操作为：将泥浆静置，待泥水分离后取泥晾干。
进一步地，步骤S2注浆成型的泥板厚度为3mm-15mm，面积范围为10mm×10mm-1700mm×1700mm，长宽比应规定在1-5.9之间。
进一步地，所述泥板在高温烧制前便可进行绘画加工。
进一步地，所述泥板经高温烧制后可用于日用陶瓷领域及艺术陶瓷领域。
进一步地，步骤S3高温裸烧采用电窑烧制，窑炉内部气氛为氧化气氛。
进一步地，步骤S2成型得到的泥板经高温烧制后可用于日用陶瓷领域及艺术陶瓷领域。
本发明的有益效果：
该基于黄河泥的轻质耐高温、适用于陶瓷绘画的陶瓷材料的制备方法，可有效降低陶瓷生产的能耗，缓解传统制瓷材料紧张的问题。且该陶瓷材料具有良好的力学性能，韧性大，质量轻，耐高温，提高了陶瓷材料的抗拉强度、抗弯强度、抗压强度。可用于日用陶瓷领域及艺术陶瓷领域，打破了传统瓷板因易碎、易开裂等问题对陶瓷绘画篇创作幅及使用场景的限制，拓宽了陶瓷绘画的适用范围，推动了陶瓷绘画的发展。
附图说明
图1为本发明不同烧成温度下的测试结果。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，结合附图，对本发明进行详细阐述。
实施例1
该基于黄河泥的轻质耐高温、适用于陶瓷绘画的陶瓷材料的制备方法，采用如下操作步骤：
(1)先将黄河胶泥用80目筛网过筛，过筛去除大颗粒物质，并按SiO2 82％、Al2O312％、Na2O 3％、CaO 1％、Fe2O3 0.5％、MgO 1.5％的质量百分数配制粘土矿物，与过筛的黄河胶泥1：1混合，用80目筛网过筛。
(2)将过筛后的泥料放入沉腐用的木制方框，框底铺砖，垫上大布单，将稠泥移入包紧，压砖吸水，控制温度在20℃-25℃，湿度控制在75-95％，40天后取出。
(3)将取出的泥浆放入真空练泥机中，连续练10次。
(4)将练好的泥与水、球，按1：0.6：1.5的比例混合配料，放入球磨机中，并加入3％的Na5P3O10，将转速为球磨机临界转速的76％，球磨4h。
(5)将球磨后的泥浆用250目的筛网过筛。
(6)以m(木质素纤维)：m(聚酯纤维)：m(玄武岩纤维)＝1：2：2的比例配制交织化纤维，将交织化纤维与再次过筛后的泥料加水混合，交织化纤维加入量为3％，搅拌均匀。
(7)将泥浆注浆成型得到厚5mm，500mm×500mm的泥板素坯。
(8)使用电窑烧制，窑炉内部气氛为氧化气氛，温度控制如下：
a、排自由水阶段：0-300℃，打开窑门10-15cm，排出水汽，升温速度为2-3℃/min；
b、排结构水阶段：300-600℃，观察水汽排完后，完全关闭窑炉门，升温速度为2-3℃/min；
c、600-800℃，持续稳定升温，升温速度为2-3℃/min；
d、800-1350℃，因坯体未上釉，不需有保温阶段，在温度到达1350℃时，即可关闭电源。
实施例2
该基于黄河泥的轻质耐高温适用于陶瓷绘画的陶瓷材料的制备方法，采用如下操作步骤：
(1)先将所述黄河胶泥用80目筛网过筛，过筛去除大颗粒物质，并按SiO2 83％、Al2O3 10％、Na2O 5％、CaO 0.5％、Fe2O3 0.5％、MgO 1％的质量百分数配置粘土矿物，与过筛的黄河胶泥1：1混合，用80目筛网过筛。
(2)将过筛后的泥料放入沉腐用的木制方框，框底铺砖，垫上大布单，将稠泥移入包紧，压砖吸水，控制温度在20℃-25℃，湿度控制在75-95％，30天后取出。
(3)将取出的泥浆放入真空练泥机中，连续练8次。
(4)将练好的泥与水、球，按1：0.6：1.5的比例混合配料，放入球磨机中，并加入3％的Na5P3O10，将转速为球磨机临界转速的76％，球磨4h。
(5)将球磨后的泥浆用250目的筛网过筛。
(6)以m(木质素纤维)：m(聚酯纤维)：m(玄武岩纤维)＝1：2：2的比例配置交织化纤维，将交织化纤维与再次过筛后的泥料加水混合，交织化纤维加入量为2％，搅拌均匀。
(7)将泥浆放入桶中静置到泥水分层，撇除上层清水，泥自然晾干到不黏手的程度，揉捏压制成厚10mm，200mm×1000mm的泥板。
(8)使用电窑烧制，窑炉内部气氛为氧化气氛，温度控制如下：
a、排自由水阶段：0-300℃，打开窑门10-15cm，排出水汽，升温速度为2-3℃/min；
b、排结构水阶段：300-600℃，观察水汽排完后，完全关闭窑炉门，升温速度为2-3℃/min；
c、600-800℃，持续稳定升温，升温速度为2-3℃/min；
d、800-1300℃，因坯体未上釉，不需有保温阶段，在温度到达1300℃时，即可关闭电源。
实施例3
设置对照实验，变量为交织化纤维加入量，对照组交织化纤维加入量为0，其余三组分别添加1％、2％、3％和4％富含木质素纤维、聚酯纤维、玄武岩纤维的交织化纤维。按照实施例1的方法制备，分别注浆成型得到150×250mm2，厚度为10mm的泥板，烧成温度为1300℃。测得其素坯强度、瓷坯强度、吸水率、气孔率、体积密度与烧失量，记录数据。重复实验10次，记录其平均值如下表1：
表1交织化纤维加入量对材料性能的影响
| 交织化纤维加入量(％) | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| 生坯强度(MPa) | 1.21 | 1.41 | 2.37 | 2.65 | 1.53 |
| 瓷坯强度(MPa) | 97.81 | 98.01 | 107.73 | 100.63 | 97.96 |
| 吸水率(％) | 0.01 | 0.04 | 0.04 | 0.04 | 0.04 |
| 气孔率(％) | 0.03 | 0.05 | 0.05 | 0.06 | 0.07 |
| <![CDATA[体积密度(g·cm<sup>-3</sup>)]]> | 2.34 | 2.35 | 2.33 | 2.36 | 2.35 |
| 烧失量(％) | 4.15 | 4.17 | 4.13 | 4.22 | 4.24 |
由表1结果可知，随着交织化纤维的加入量增加，生坯和瓷坯强度均呈现先增强后降低的趋势；吸水率和气孔率相比不添加交织化纤维明显增加，并在添加至一定量后维持基本不变。综合分析后以添加量2％-3％较为适宜。
实施例4
设置对照实验，变量为交织化纤维的加入种类，对照组不添加交织化纤维，其余四组分别只添加木质素纤维、只添加聚酯纤维、只添加玄武岩纤维、添加三种纤维的交织化纤维；加入量2％。分别注浆成型得到150×250mm2，厚度为10mm的泥板，烧成温度为1300℃。测得其素坯强度、瓷坯强度、吸水率、气孔率、体积密度与烧失量，记录数据。重复实验10次，记录其平均值如下表2：
表2纤维加入种类对材料性能的影响
由表2可以看出，不同纤维加入对泥料性能的改善略有差异，当泥料中加入三种纤维的交织化纤维时，泥料性能改善情况最为明显。综合上述数据可以得出，在泥料中加入富含三种纤维的交织化纤维较为适宜。
实施例5
测试不同烧成温度下，粘土矿物含量为SiO2 83％、Al2O3 10％、Na2O5％、CaO0.5％、Fe2O3 0.5％、MgO 1％，交织化纤维含量为2％的泥料性能，测试结果如图1。
上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种基于黄河泥的轻质耐高温、适用于陶瓷绘画的陶瓷材料，其特征在于，包括黄河胶泥、粘土矿物、坯体减水剂和交织化纤维。
2.根据权利要求1所述的一种基于黄河泥的轻质耐高温、适用于陶瓷绘画的陶瓷材料，其特征在于，所述黄河胶泥的成分及其质量百分数为SiO2 77.33％、Al2O3 9.2％、Fe2O32.1％、TiO2 0.32％、CaO 3.06％、MgO 4.02％、K2O 2.02％、Na2O 1.95％。
3.根据权利要求1所述的一种基于黄河泥的轻质耐高温、适用于陶瓷绘画的陶瓷材料，其特征在于，所述粘土矿物的成分及其质量百分数为SiO2 80％-85％、Al2O3 10％-15％、Na2O 3％-6％、CaO 0-1％、Fe2O30-0.5％、MgO 1％-1.5％。
4.根据权利要求1所述的一种基于黄河泥的轻质耐高温、适用于陶瓷绘画的陶瓷材料，其特征在于，所述黄河胶泥与粘土矿物的质量比为1：1；黄河胶泥与粘土矿物共同组成混合泥料；所述坯体减水剂加入量为混合泥料质量的3％，所述交织化纤维加入量为混合泥料质量的2-3％。
5.根据权利要求1所述的一种基于黄河泥的轻质耐高温、适用于陶瓷绘画的陶瓷材料，其特征在于，所述坯体减水剂为Na5P3O10；所述交织化纤维的成分为木质素纤维、聚酯纤维、玄武岩纤维按1：2：2的质量比组成。
6.一种制备如权利要求1-5任一所述的陶瓷材料的方法，其特征在于，包括如下操作步骤：
S1、坯料配制
1)将黄河胶泥过筛后，与粘土矿物混合，继续过筛后沉腐、真空练泥；
2)将练好的泥与水、球按比重为1：0.6：1.5的比例混合配料，放入球磨机中球磨，并加入坯体减水剂一起球磨；
3)球磨后的泥浆用250目的筛网过筛，得过筛泥料；
4)将交织化纤维与过筛泥料加水均匀混合成泥浆；
S2、坯料成型
采用注浆成型或晾干后揉泥压制成型；
S3、高温烧制
所述高温烧制为高温裸烧，烧制温度在1250℃-1300℃之间。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S1中所述沉腐时间为30-40天，温度控制在20℃-25℃，湿度控制在75％-95％。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S1中所述真空练泥采用真空练泥机练泥5-10次；球磨处理的转速为球磨机临界转速的76％。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S2中晾干操作为：将泥浆静置，待泥水分离后取泥晾干。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S2注浆成型的泥板厚度为3mm-15mm，面积范围为10mm×10mm-1700mm×1700mm，长宽比值为1-5.9。
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115893985B (zh) | 2024-01-23 |
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