CN116813305A - 低膨胀陶瓷坯料、低膨胀陶瓷岩板及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及低膨胀陶瓷坯料、低膨胀陶瓷岩板及其制备方法与应用。所述低膨胀陶瓷坯料的原料组成包括：以质量百分含量计，粘土：30‑45％，堇青石熟料粉：20‑45％，烧滑石：1‑5％，镁质粘土：1‑5％，B低温熔块：15‑25％，含P熔剂：1‑5％；所述低膨胀陶瓷坯料的化学组成包括：以质量百分含量计，IL：4‑6％、SiO2：45‑50％、Al2O3：25‑32％、Fe2O3：0.1‑0.5％、TiO2：0.1‑0.5％、CaO：1‑3％、MgO：9‑12％、K2O：0.5‑1％、Na2O：0.1‑0.5％、B2O3：1‑3％、P2O5：1‑2％。

Description

低膨胀陶瓷坯料、低膨胀陶瓷岩板及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及低膨胀陶瓷坯料、低膨胀陶瓷岩板及其制备方法与应用，属于陶瓷砖生产制造技术领域。
背景技术
陶瓷材料在高温煅烧后通常具有高强、耐腐蚀、耐磨损等良好性能，但是由于传统坯体配方主要是以Si-Al-K-Na配方体系为主，烧制后主要形成石英、莫来石、玻璃相等，坯体膨胀系数较高(8～10×10-6/K)，通过CJ/T157-2017“家用燃气灶具用途层钢化玻璃面板”检测现有陶瓷板一次开裂，抗热震性较差。此外，因为具有较大膨胀系数，砖体变形度较大，不适应用于密封铺贴，限制其应用范围。
当前，制备低膨胀陶瓷材料主要采用锂辉石作为熔剂，但是由于锂辉石价格暴涨，导致成本较高。因此，开发具有低膨胀系数、性价比高的陶瓷板具有重要的现实意义，可以拓宽陶瓷应用范围，取代现有以玻璃、微晶玻璃为主的电磁炉面板等。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低膨胀陶瓷坯料、低膨胀陶瓷岩板及其制备方法与应用。
第一方面，本发明提供了一种低膨胀陶瓷坯料，所述低膨胀陶瓷坯料的原料组成包括：以质量百分含量计，粘土：30-45％，堇青石熟料粉：20-45％，烧滑石：1-5％，镁质粘土：1-5％，B低温熔块：15-25％，含P熔剂：1-5％；
所述低膨胀陶瓷坯料的化学组成包括：以质量百分含量计，IL：4-6％、SiO2：45-50％、Al2O3：25-32％、Fe2O3：0.1-0.5％、TiO2：0.1-0.5％、CaO：1-3％、MgO：9-12％、K2O：0.5-1％、Na2O：0.1-0.5％、B2O3：1-3％、P2O5：1-2％。
较佳地，所述B低温熔块化学组成包括：以质量百分含量计，SiO2：60-65％、Al2O3：15-20％、MgO：5-10％、B2O3：5-10％、IL：5-7％；
所述含P熔剂为磷酸盐，优选为磷酸钙。
第二方面，本发明提供了一种低膨胀陶瓷岩板的制备方法，包括：利用上述低膨胀陶瓷坯料成型为坯体，在所述坯体表面依次数码喷施面釉、喷墨打印图案、数码喷施保护釉；烧成，得到所述低膨胀陶瓷岩板。
较佳地，所述面釉的化学组成包括，以质量百分含量计，IL：4-6％、SiO2：52-55％、Al2O3：22-25％、Fe2O3：0.2-0.3％、TiO2：0.2-0.3％、CaO：0.3-0.4％、MgO：0.3-0.4％、K2O：4-6％、Na2O：3-4％、ZrO2：8-14％；
所述面釉的原料组成包括，以质量百分含量计，高岭土25-35％、硅酸锆：20-30％、钾长石15-25％、钠长石15-25％。
较佳地，所述面釉采取两个通道进行喷施，每个通道的灰度均为10-15％；施釉量为50-100g/m2。
较佳地，所述保护釉的化学组成包括，以质量百分含量计，SiO2：45-50％、Al2O3：18-22％、Fe2O3：0.08-0.15％、TiO2：0.1-0.2％、CaO：0.1-0.3％、MgO：1-5％、BaO：10-13％、ZnO：2-4％、K2O：2-3％、Na2O：1-2％、烧失：4-6％；
所述保护釉的原料组成包括，以质量百分含量计，高岭土：5-10％、钾长石：20-30％、钠长石：10-20％、滑石：5-15％、碳酸钡：10-15％、氧化锌：2-5％、石英：5-10％。
较佳地，所述保护釉采取两个通道进行喷施，每个通道的灰度均为10-15％；所述保护釉的施釉量为50-100g/m2。
较佳地，所述烧成温度为1100-1150℃，烧成时间为60-80min。
第三方面，本发明提供了一种根据上述制备方法得到的低膨胀陶瓷岩板，所述低膨胀陶瓷岩板热膨胀系数为2.5-3.5×10-6/℃(600～20℃)。
第四方面，本发明提供了一种上述低膨胀陶瓷岩板作为家用燃气灶具面板的应用。
有益效果
本发明采用Mg-P-B—Si-Al体系低温快烧下原位生成堇青石和外加堇青石的方式，降低坯体的膨胀系数；
采用全数码的工艺方式，减少坯体的施釉量，解决坯釉不匹配的问题。
附图说明
图1为本发明示例的低膨胀陶瓷岩板生产工艺流程图。
具体实施方式
以下通过实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。在没有特殊说明的情况下，各百分含量指质量百分含量。
首先，本发明提供了一种低膨胀陶瓷坯料。所述低膨胀陶瓷坯料的原料组成包括：以质量百分含量计，粘土：30-45％，堇青石熟料粉(又称“熟堇青石粉”)：20-45％，烧滑石：1-5％，镁质粘土：1-5％，B低温熔块：15-25％，含P熔剂：1-5％。
本发明采用B低温熔块、含P熔剂(如磷酸盐)、烧滑石作为复合熔剂，实现了低温快速烧成条件下原位生成堇青石。由于P、B形成的玻璃相膨胀系数都较低，所以本发明选择的复合熔剂除了促进形成堇青石合成，也降低了坯体膨胀系数。
堇青石熟料是以堇青石为主晶相的粉料，属于高温材料，烧成过程中几乎不发生反应。低温快烧下合成堇青石量相对会不足，所以本发明公开的陶瓷坯料中还加入熟堇青石粉，不仅能够进一步降低坯体的膨胀系数，而且还能促进增加坯体高温液相粘度，提高坯体的抗变形能力，拓宽坯体的烧成范围。在一些实施方式中，可以控制所述堇青石熟料粉的膨胀系数为α(800～20℃)≤1.8×10-6/℃，细度可以小于250目。
所述堇青石熟料粉加入量过少，会导致坯体膨胀系数偏大；加入量过多，则会导致坯体烧成温度过高，无法在低温下烧成。
所述镁质黏土的化学组成可以包括：以质量百分含量计，IL：3-6％、SiO2：65-70％、Al2O3：1-5％、Fe2O3：1-2％、TiO2：0.1-0.5％、CaO：0.1-0.5％、MgO：20-25％、K2O：0.1-0.5％、Na2O：0.1-0.5％。所述镁质粘土既含有较高的氧化镁又具有粘土的强度和可塑性性质。通过加入1-5％的镁质粘土可以提供氧化镁，同时给坯体提供强度，有利于坯体的成型性；但是由于镁质粘土属于片状层，加入量不宜过多，否则将会导致坯体分层。
所述B低温熔块的化学组成可以包括：以质量百分含量计，SiO2：60-65％、Al2O3：15-20％、MgO：5-10％、B2O3：5-10％、IL：5-7％。本发明采用的硼低温熔块不含钾钠熔剂，其能够与Ca-Mg-P形成复合熔剂，从而起到较好的降温作用，且不会增加坯体的膨胀系数。
其中，所述B2O3含量过高，会导致坯体烧成温度较低而产生过烧现象，同时会导致坯体的密度、强度的降低；含量过低，则会导致坯体生烧，而无法在低温下快速烧成。
所述含P熔剂可以为磷酸盐，优选为磷酸钙。含P熔剂主要起到强助熔、促进坯体烧结的作用。含量过高，会导致出现强助熔剂过烧的现象，同时促进生成钙长石，钙长石膨胀系数较大，会导致坯体膨胀系数增加，而且含P熔剂的加入会影响坯体的致密度，含量过多会导致坯体强度较低；含量过低或不加的话，则会导致坯体烧成温度偏高，无法保证坯体在低温下快速烧成。
本发明采用的含P溶剂不同于依靠K、Na、P等共同作用制作的含P低温熔剂。KNa作为1价熔剂虽然能够较好地促进坯体烧成，但同时会导致烧成后的坯体中膨胀系数较大的玻璃相增加。
所述低膨胀陶瓷坯料的化学组成可以包括：以质量百分含量计，IL：4-6％、SiO2：45-50％、Al2O3：25-32％、Fe2O3：0.1-0.5％、TiO2：0.1-0.5％、CaO：1-3％、MgO：9-12％、K2O：0.5-1％、Na2O：0.1-0.5％、B2O3：1-3％、P2O5：1-2％。
在一些实施方式中，所述低膨胀陶瓷坯料的始融温度可以为1130-1170℃；膨胀系数可以为2-4×10-6(600℃)。
以下结合图1，示例性说明本发明提供的低膨胀陶瓷岩板的制备方法，所述制备方法可以包括以下步骤。
造坯。将上述低膨胀陶瓷坯料的原料堇青石熟料粉和其它坯体原料混合球磨，而后进行过筛除铁、喷雾造粒，压机成型，干燥，得到低膨胀陶瓷坯体。
在一些实施方式中，所述混合球磨球磨的时间为10-15h，至球磨细度达到250目筛余为0.3-0.5wt％。较小细度有助于烧成过程的反应。
施面釉。在干燥后的低膨胀陶瓷坯体表面数码喷施面釉。通过在坯体喷施面釉可以掩盖坯体瑕疵，同时促进喷墨图案发色。
在一些实施方式中，所述面釉的化学组成可以包括：以质量百分含量计，IL：4-6％、SiO2：52-55％、Al2O3：22-25％、Fe2O3：0.2-0.3％、TiO2：0.2-0.3％、CaO：0.3-0.4％、MgO：0.3-0.4％、K2O：4-6％、Na2O：3-4％、ZrO2：8-14％。
所述面釉的原料组成包括：以质量百分含量计，高岭土25-35％、硅酸锆：20-30％、钾长石15-25％、钠长石15-25％。
所述面釉的始融温度可以为1130-1170℃，膨胀系数可以为7-8×10-6(600℃)。
在一些实施方式中，所述面釉采取两个通道进行喷釉的方式进行施加，保证釉面的均匀性，每个通道的灰度均设置为10-15％。
所述面釉的施釉量可以为50-100g/m2。其中，可以控制所述数码面釉釉层厚度低于0.05mm，通过较低的施釉量可以促进解决坯釉不匹配的问题。
喷墨打印图案。将喷施面釉后的坯体进行干燥，然后在坯体表面喷墨打印图案。
施保护釉。在喷墨打印图案后的坯体表面数码打印保护釉。
在一些实施方式中，所述保护釉的化学组成可以包括：以质量百分含量计，SiO2：45-50％、Al2O3：18-22％、Fe2O3：0.08-0.15％、TiO2：0.1-0.2％、CaO：0.1-0.3％、MgO：1-5％、BaO：10-13％、ZnO：2-4％、K2O：2-3％、Na2O：1-2％、烧失：4-6％。
所述保护釉的原料组成可以包括：以质量百分含量计，高岭土：5-10％、钾长石：20-30％、钠长石：10-20％、滑石：5-15％、碳酸钡：10-15％、氧化锌：2-5％、石英：5-10％。
所述保护釉的始融温度可以为1050-1150℃，膨胀系数可以为6-7×10-6(600℃)。
在一些实施方式中，所述保护釉采取两个通道进行喷釉的方式进行，保证釉面的均匀性，每个通道的灰度均设置为10-15％。
所述保护釉的施釉量可以为50-100g/m2。
烧成。将喷施保护釉后的坯体在辊道窑中烧成，得到所述低膨胀陶瓷岩板。
在一些实施方式中，所述烧成温度可以为1100-1150℃，烧成时间可以为60-80min；烧成温度范围20-50℃。
抛光打包，入库。
根据GB/T3810.8-2016标准测量岩板热膨胀系数，根据排水法测量岩板坯体密度，根据JG/T217-2007三点弯曲实验测量岩板断裂模数强度，可知本发明提供的制备方法得到的低膨胀陶瓷岩板热膨胀系数为2.5-3.5×10-6/℃(600～20℃)，坯体密度为2.20-2.35g/cm3，强度为45-60Mpa。通过CJ/T157-2017“家用燃气灶具用途层钢化玻璃面板”检测不裂，可以应用于家用燃气灶具面板。
本发明采取Mg-P-B—Si-Al体系低温快烧下原位生成堇青石制备出低膨胀陶瓷岩板，同时使用外加堇青石的方式，进一步降低坯体膨胀系数，增加了坯体的高温粘度，拓宽坯体的烧成范围。与此同时，采用全数码喷釉设备，减少坯体的施釉量，解决坯釉不匹配的问题。
下面进一步列举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1
低膨胀陶瓷岩板的制备：
(1)造坯。将低膨胀陶瓷坯料的原料堇青石熟料粉和其它坯体原料混合球磨，而后进行过筛除铁、喷雾造粒，压机成型，干燥，得到低膨胀陶瓷坯体。
所述低膨胀陶瓷坯料的原料组成包括：以质量百分含量计，粘土：35％，堇青石熟料粉：30％，烧滑石：5％，镁质粘土：5％，B低温熔块：20％，磷酸钙：5％；
所述镁质黏土的化学组成包括：以质量百分含量计，IL：5％、SiO2：66％、Al2O3：3％、Fe2O3：1％、TiO2：0.5％、CaO：0.5％、MgO：23％、K2O：0.5％、Na2O：0.5％；所述B低温熔块的化学组成包括：以质量百分含量计，SiO2：62％、Al2O3：15％、MgO：8％、B2O3：10％、IL：5％；
所述低膨胀陶瓷坯料的化学组成包括：以质量百分含量计，IL：6％、SiO2：47％、Al2O3：28％、Fe2O3：0.5％、TiO2：0.5％、CaO：3％、MgO：10％、K2O：0.5％、Na2O：0.5％、B2O3：2％、P2O5：2％。
(2)施面釉。在干燥后的低膨胀陶瓷坯体表面数码喷施面釉。所述面釉的化学组成包括，以质量百分含量计，IL：5％、SiO2：52％、Al2O3：23％、Fe2O3：0.2％、TiO2：0.3％、CaO：0.4％、MgO：0.3％、K2O：4.3％、Na2O：3.5％、ZrO2：11％；所述面釉的原料组成包括：以质量百分含量计，高岭土30％、硅酸锆：25％、钾长石25％、钠长石20％；所述面釉采取两个通道进行喷釉的方式进行，灰度分别为10％、10％；施釉量为50g/m2。
(3)喷墨打印图案。将喷施面釉后的坯体进行干燥，然后在坯体表面喷墨打印图案。
(4)施保护釉。在喷墨打印图案后的坯体表面数码打印保护釉。所述保护釉的化学组成包括：以质量百分含量计，SiO2：50％、Al2O3：20％、Fe2O3：0.1％、TiO2：0.1％、CaO：0.3％、MgO：3.5％、BaO：13％、ZnO：3％、K2O：3％、Na2O：2％、烧失：5％；所述保护釉的原料组成包括：以质量百分含量计，高岭土：10％、钾长石：30％、钠长石：20％、滑石：11％、碳酸钡：15％、氧化锌：4％、石英：10％；所述保护釉采取两个通道进行喷釉的方式进行，灰度分别为10％，10％；施釉量为50g/m2。
(5)烧成。将喷施保护釉后的坯体在辊道窑中烧成，得到所述低膨胀陶瓷岩板。烧成温度为1150℃，烧成时间为70min。
本实施例1制备得到的低膨胀陶瓷岩板热膨胀系数为2.5×10-6/℃(600～20℃)。
对比例1
制备工艺参照实施例1，主要区别在于：低膨胀陶瓷坯料的原料组成包括，粘土：47％、烧滑石：19％、镁质粘土：3％、B低温熔块：29％、含P熔剂：2％。
由于本对比例的坯体原料配方中未使用堇青石熟粉，导致坯体膨胀系数较高。本对比例制备得到的陶瓷岩板热膨胀系数为5×10-6/℃(600～20℃)，坯体烧成范围为10-20℃。
对比例2
制备工艺参照实施例1，主要区别在于：低膨胀陶瓷坯料的原料组成包括，粘土：30％、堇青石熟料粉：50％、烧滑石：2％、镁质粘土：2％、B低温熔块(硼玻璃)：15％、含P熔剂：1％。
由于本对比例的坯体原料配方中堇青石熟料粉含量过高，导致坯体烧成温度过高，无法在低温下烧成，出现生烧现象。
对比例3
制备工艺参照实施例1，主要区别在于：低膨胀陶瓷坯料的原料组成包括，粘土：50％、堇青石熟料粉：20％、烧滑石：20％、镁质粘土：5％、含P熔剂：5％。
由于本对比例的坯体原料配方中不含有B低温熔块，导致无法起到较好的降温作用，坯体无法在低温下快速烧成，发生生烧现象；而且，坯体膨胀系数较高，本对比例制备得到的陶瓷岩板热膨胀系数为4.7×10-6/℃(600～20℃)。
对比例4
制备工艺参照实施例1，主要区别在于：低膨胀陶瓷坯料的原料组成包括，粘土：35％、堇青石熟料粉：24％、烧滑石：5％、镁质粘土：5％、B低温熔块：30％，含P溶剂：1％。
由于本对比例的坯体原料配方中B低温熔块含量过高，导致坯体烧成温度较低而产生过烧现象；坯体密度为1.18g/cm3，强度为35MPa。
对比例5
制备工艺参照实施例1，主要区别在于：低膨胀陶瓷坯料的原料组成包括，粘土：33％、堇青石熟粉：35％、烧滑石：1％、镁质粘土：5％、B低温熔块：26％。
由于本对比例的坯体原料配方中不含有含P熔剂，导致坯体烧成温度偏高，无法在低温下快速烧成，出现坯体生烧现象。
对比例6
制备工艺参照实施例1，主要区别在于：所述低膨胀陶瓷坯料的原料组成包括，以质量百分含量计，粘土：35％、堇青石熟料粉：32％、烧滑石：5％、镁质粘土：3％、B低温熔块：15％、含P熔剂：10％。
由于本对比例的坯体原料配方中含P熔剂含量过高，导致生成更多的钙长石且生成的玻璃相膨胀系数较大，导致坯体膨胀系数增加。本对比例制备得到的陶瓷岩板热膨胀系数为4.5×10-6/℃(600～20℃)。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低膨胀陶瓷坯料，其特征在于，所述低膨胀陶瓷坯料的原料组成包括：以质量百分含量计，粘土：30-45％，堇青石熟料粉：20-45％，烧滑石：1-5％，镁质粘土：1-5％，B低温熔块：15-25％，含P熔剂：1-5％；
所述低膨胀陶瓷坯料的化学组成包括：以质量百分含量计，IL：4-6％、SiO2：45-50％、Al2O3：25-32％、Fe2O3：0.1-0.5％、TiO2：0.1-0.5％、CaO：1-3％、MgO：9-12％、K2O：0.5-1％、Na2O：0.1-0.5％、B2O3：1-3％、P2O5：1-2％。
2.根据权利要求1所述的低膨胀陶瓷坯料，其特征在于，所述B低温熔块化学组成包括：以质量百分含量计，SiO2：60-65％、Al2O3：15-20％、MgO：5-10％、B2O3：5-10％、IL：5-7％；
所述含P熔剂为磷酸盐，优选为磷酸钙。
3.一种低膨胀陶瓷岩板的制备方法，其特征在于，包括：利用权利要求1或2所述的低膨胀陶瓷坯料成型为坯体，在所述坯体表面依次数码喷施面釉、喷墨打印图案、数码喷施保护釉；烧成，得到所述低膨胀陶瓷岩板。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述面釉的化学组成包括，以质量百分含量计，IL：4-6％、SiO2：52-55％、Al2O3：22-25％、Fe2O3：0.2-0.3％、TiO2：0.2-0.3％、CaO：0.3-0.4％、MgO：0.3-0.4％、K2O：4-6％、Na2O：3-4％、ZrO2：8-14％；
所述面釉的原料组成包括，以质量百分含量计，高岭土25-35％、硅酸锆：20-30％、钾长石15-25％、钠长石15-25％。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述面釉采取两个通道进行喷施，每个通道的灰度均为10-15％；施釉量为50-100g/m2。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述保护釉的化学组成包括，以质量百分含量计，SiO2：45-50％、Al2O3：18-22％、Fe2O3：0.08-0.15％、TiO2：0.1-0.2％、CaO：0.1-0.3％、MgO：1-5％、BaO：10-13％、ZnO：2-4％、K2O：2-3％、Na2O：1-2％、烧失：4-6％；
所述保护釉的原料组成包括，以质量百分含量计，高岭土：5-10％、钾长石：20-30％、钠长石：10-20％、滑石：5-15％、碳酸钡：10-15％、氧化锌：2-5％、石英：5-10％。
7.根据权利要求3-6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述保护釉采取两个通道进行喷施，每个通道的灰度均为10-15％；所述保护釉的施釉量为50-100g/m2。
8.根据权利要求3-7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述烧成温度为1100-1150℃，烧成时间为60-80min。
9.一种根据权利要求3-8中任一项所述的制备方法得到的低膨胀陶瓷岩板，其特征在于，所述低膨胀陶瓷岩板热膨胀系数为2.5-3.5×10-6/℃(600～20℃)。
10.一种权利要求9所述的低膨胀陶瓷岩板作为家用燃气灶具面板的应用。
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