CN116003103A - 一种基于黄河泥的高温陶瓷材料及其制备方法和应用 - 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高温陶瓷材料及其制备方法和应用。该高温陶瓷材料包括以一定重量配比混合的黄河淤泥材料和淄博陶瓷原矿土。该方法制备的黄河泥陶瓷材料具有烧制温度高、抗压、抗拉、抗摔性强，使用范围广泛的特点，能够增加高温陶瓷烧制原材料的种类，有效缓解陶瓷原矿土这种不可再生资源的减少速度，增加黄河淤泥的利用率，起到提高资源利用率与环境保护的作用。
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高温陶瓷材料及其制备方法和应用。
背景技术
陶瓷材料是制作陶瓷产品的重要基础，高温陶瓷产品无重金属析出，能够满足日用陶瓷、艺术陶瓷等多种陶瓷产品种类使用。在社会、文化、经济高质量发展的背景下，人们要求陶瓷产品需同时具备实用性与审美性，要保证陶瓷产品的使用安全性和实用审美性，需要大量使用耐高温陶瓷材料作为原材料进行陶瓷生产。陶瓷原矿土资源属于不可再生资源，陶瓷产区每年的大量开采也使原矿土资源不断减少。
黄河泥是由黄河冲刷沉积形成的一种淤泥，每年在黄河中上游地区带来的黄河泥沙多达16亿吨。黄河淤泥治理从未停止，相关治理方式多样化开展，涉及领域广泛。近年来在建筑材料领域使用较为广泛，中国专利CN105174847B公布了一种利用黄河泥沙的商品混凝土，利用黄河泥沙为主要原材料制备商品混凝土，并利用黄河泥沙的可塑性减少混凝土易开裂的问题，发明配方减少了水泥的使用量，节约成本；中国专利CN101386521B利用黄河泥沙制备环保陶瓷清水砖的方法，利用黄河泥沙制备的环保陶瓷清水砖，具有规整度高、强度高和具有直接外装饰功能的作用特点；中国专利CN105198481B一种利用黄河泥沙和赤泥制备发泡陶瓷隔热保温板的方法，制备的发泡陶瓷隔热保温板，具有轻质高强、防火阻燃、抗老化性好的特点及作用；中国专利CN100534947C一种黄河泥沙质陶瓷酒瓶的制备工艺，提供的是一种成本低的黄河泥沙质陶瓷酒瓶的生产方式。以上发明专利都有效地利用了黄河泥，能够在相关建筑陶瓷材料领域内起到相对创新性的作用；其中一种黄河泥沙质陶瓷酒瓶的制备工艺，属于陶瓷材料领域，但其烧制温度低，不能满足高温陶瓷产品种类的使用，适用范围局限，使用安全性低。总的来说，在现有背景技术中，并未有将黄河泥利用在高温陶瓷材料领域的实践应用。
发明内容
本发明提供了一种基于黄河泥的高温陶瓷材料的制备方法和应用，替代传统陶瓷泥料作为制作原材料，该方法制备的黄河泥陶瓷材料具有烧制温度高、抗压、抗拉、抗摔性强，使用范围广泛的特点，能够增加高温陶瓷烧制原材料的种类，有效缓解陶瓷原矿土这种不可再生资源的减少速度，增加黄河淤泥的利用率，起到提高资源利用率与环境保护的作用，解决了现有技术中存在的问题。
本发明所采用的技术方案之一是：
一种基于黄河泥的高温陶瓷材料，包括以一定重量配比混合的黄河淤泥材料和淄博陶瓷原矿土；
所述黄河淤泥材料所包含的成分重量百分比为：
石英32％-36％、钾长石5％-8％、斜长石13％-16％、方解石10％-12％、角闪石0.5％-1％、粘土矿物26％-29％、氧化铁1％-3％、钠钾碱性氧化物2％-5％；
所述淄博陶瓷原矿土为淄博瓷土。
进一步地，黄河淤泥材料和淄博陶瓷原矿土的重量配比为0.5-1:1或1:1.5；
所述粘土矿物主要成分相对含量按重量百分比组成为：蒙脱石50％、伊利石31％、高岭石9％、绿泥石10％；所述钠钾碱性氧化物为氧化钾、氧化钠、氧化镁、氧化锰、氧化钙的混合物。
进一步地，所述黄河淤泥材料按重量百分比组成为：石英35.6％、钾长石6.6％、斜长石15.1％、方解石11.8％、角闪石0.7％、粘土矿物26.2％、氧化铁1.6％、钠钾碱性氧化物2.4％(氧化钾、氧化钠、氧化镁、氧化锰、氧化钙)。
上述钠钾碱性氧化物为黄河淤泥材料中的天然混合矿物质。
本发明所采用的技术方案之二是：
一种制备如上所述的高温陶瓷材料的方法，包括如下操作步骤：
(1)对黄河淤泥材料进行初筛、沉腐、球磨，得泥料；
(2)将步骤(1)泥料与淄博陶瓷原矿土按重量比例混合，得混合泥料；
(3)对步骤(2)混合泥料进行练泥，制作泥坯，低温素烧后、高温裸烧；
(4)施茶叶末釉、釉烧。
进一步地，球磨处理周期为24h；练泥采用真空练泥机进行8-10次练制。
进一步地，泥坯厚度为2.5-5mm；所述茶叶末釉为山东陶瓷产区茶叶末釉，所述施釉厚度为2.2mm。
进一步地，施茶叶末釉采用蘸釉方式。
进一步地，低温素烧采用电窑烧制，高温裸烧及釉烧采用电窑、气窑烧制；低温素烧温度为750-800℃；高温裸烧及釉烧温度为1240-1270℃。
本发明所采用的技术方案之三是：
上述高温陶瓷材料的制备方法制得的陶瓷材料在制备艺术陶瓷、日用陶瓷中的应用。
本发明的有益效果：
本发明的黄河泥高温陶瓷材料的制备方法，制备操作简单，烧制效果稳定，改变了传统黄河泥仅能低温烧制的特性，能适应多种陶瓷釉料与烧制方式。提高了黄河泥的烧制温度以及材料的抗压、抗拉、抗摔特性，通过该制备方法制得的高温陶瓷材料无重金属毒性，可达食用级标准，可烧制的产品多样性得到明显增加，可用于日用陶瓷、艺术陶瓷等多种陶瓷产品制备领域。
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，对本发明进行详细阐述。
该基于黄河泥的高温陶瓷材料，包括黄河淤泥材料和淄博陶瓷原矿土；
其中黄河淤泥材料中成分组成为：石英35.6％、钾长石6.6％、斜长石15.1％、方解石11.8％、角闪石0.7％、粘土矿物26.2％、氧化铁1.6％、钠钾碱性氧化物2.4％(氧化钾、氧化钠、氧化镁、氧化锰、氧化钙)；粘土矿物主要成分相对含量按重量百分比组成为：蒙脱石50％、伊利石31％、高岭石9％、绿泥石10％；淄博陶瓷原矿土为淄博瓷土。
上述基于黄河泥的高温陶瓷材料的制备方法，采用如下操作步骤：
(1)在球磨机中，根据1：0.7的比重，将初筛、沉腐处理的黄河淤泥和水放入球磨机球磨；球磨罐中的球不可以超过罐容积的二分之一，球磨时间约24h，保证球磨颗粒可以通过目数为120目的筛网，得黄河淤泥材料，待晾干备用；
(2)将制备好的黄河淤泥材料与淄博陶瓷原矿土按1：1、1:1、5、和0.5：1三种比例进行混合配置，并制作该三种不同比例的双份素坯与试片；
(3)在制得的素坯与试片中一份均施釉，另一份均不施釉，釉料为山东陶瓷产区茶叶末釉；
(4)将步骤(2)、(3)制得的施釉试片放于窑炉的中上层，使用电窑进行烧制，以1250℃高温烧制。
使用电窑750-800℃低温素烧后进行高温裸烧，窑炉内部气氛为氧化气氛，具体操作步骤如下：
a、设置温度曲线，检查电路安全，通电开启窑炉进行烧制；
b、排自由水阶段：0-300℃，打开窑门，10-15cm，以便于水气排出，升温速度在2-3℃/mi n；
c、排结构水阶段：300-600℃，根据观火孔或窑炉门排出气体的的湿度，确定自由水是否排完，在排出气体干燥时基本确定水汽排完，之后完全关闭窑炉门，这一期间升温速度在2-3℃/mi n；
d、600-800℃，持续稳定升温，升温过程中坯体内成分发生反应，这一期间升温速度为2-3℃/mi n；
e、800-1250℃，高温裸烧中，在温度到达1250℃时，关闭电源，等待窑炉温度自然降温。
通过对不同比例混合的材料进行上述烧制，发现本发明制得的黄河泥高温陶瓷材料都可满足烧制温度高，并能保证在高温中的硬度与支撑性，改变了黄河泥材料作为低温陶瓷制品原材料的烧制历史；其次，通过材料的混合制备，减少了陶瓷原矿土的使用，减缓不可再生资源的消耗速度；烧制温度的提高，增加了黄河泥材料产品的抗拉、抗摔、抗压性，使用安全性得到保障。
一、日用陶瓷冲击韧性测定结果：
根据国家标准GB/T4742-1984日用陶瓷冲击韧性测定方法及QB/T3731-1999日用陶瓷器釉面维氏硬度测定方法，对本发明的黄河泥高温陶瓷材料产品试片样品及对照试片样品进行硬度检测，所测样品测量数据符合普通陶瓷数据标准，且明显高于黄河泥材料产品数据，符合日用陶瓷产品标准的规定要求，增加了黄河泥材料产品的抗拉、抗摔、抗压性，效果明显。
二、CNAS检测结果：
通过对本发明黄河泥高温陶瓷材料产品的检测，所测样品符合GB4806.4-2016产品标准的规定要求，检测合格。其中铅、镉含量析出均远低于国家安全检测标准，可完全放心使用。
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 (9)
1.一种基于黄河泥的高温陶瓷材料，其特征在于，包括以一定重量配比混合的黄河淤泥材料和淄博陶瓷原矿土；
所述黄河淤泥材料所包含的成分为：
石英32％-36％、钾长石5％-8％、斜长石13％-15％、方解石10％-12％、角闪石0.5％-1％、粘土矿物26％-29％、氧化铁1％-3％、钠钾碱性氧化物2％-5％；
所述淄博陶瓷原矿土为淄博瓷土。
2.根据权利要求1所述的基于黄河泥的高温陶瓷材料，其特征在于，黄河淤泥材料和淄博陶瓷原矿土的重量配比为0.5-1:1或1:1.5；
所述粘土矿物主要成分相对含量的重量百分比组成为：蒙脱石50％、伊利石31％、高岭石9％、绿泥石10％；所述钠钾碱性氧化物为氧化钾、氧化钠、氧化镁、氧化锰、氧化钙的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的基于黄河泥的高温陶瓷材料，其特征在于，所述黄河淤泥材料的重量百分比组成为：石英35.6％、钾长石6.6％、斜长石15.1％、方解石11.8％、角闪石0.7％、粘土矿物26.2％、氧化铁1.6％、钠钾碱性氧化物2.4％。
4.一种制备权利要求1-3任一所述的高温陶瓷材料的方法，其特征在于，包括如下操作步骤：
(1)对黄河淤泥进行初筛、沉腐、球磨，得泥料；
(2)将步骤(1)泥料与淄博陶瓷原矿土按重量比例混合，得混合泥料；
(3)对步骤(2)混合泥料进行练泥，制作泥坯，低温素烧后、高温裸烧；
(4)施茶叶末釉、釉烧。
5.根据权利要求4所述的高温陶瓷材料的制备方法，其特征在于，球磨处理周期为24h；练泥采用真空练泥机进行8-10次练制。
6.根据权利要求4所述的高温陶瓷材料的制备方法，其特征在于，泥坯厚度为2.5-5mm；所述茶叶末釉为山东陶瓷产区茶叶末釉，所述施釉厚度为2.2mm。
7.根据权利要求4所述的高温陶瓷材料的制备方法，其特征在于，施茶叶末釉采用蘸釉方式。
8.根据权利要求4所述的高温陶瓷材料的制备方法，其特征在于，低温素烧采用电窑烧制，高温裸烧及釉烧采用电窑、气窑烧制；低温素烧温度为750-800℃；高温裸烧及釉烧温度为1240-1270℃。
9.根据权利要求4所述的高温陶瓷材料的制备方法制得的陶瓷材料在制备艺术陶瓷、日用陶瓷中的应用。
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