CN1264777C - 增强强化日用瓷的制造工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种增强强化日用瓷的制造工艺方法，即采用天然瓷土为坯体主要原料制成的含有纳米莫来石晶粒和细化刚玉晶粒以增强强化日用瓷的制造方法。本发明属陶瓷化学工业技术领域。本发明采用传统常规的陶瓷工业基本技术及基本制造工艺流程和步骤，其特征在于具有特定设计的日用瓷瓷坯和瓷釉的氧化物成分化学试及原料配方。本发明采用以瓷土为坯体主要原料，通过加入预处理过的工业氧化铝超细粉、滑石粉和稀土氧化物、生产含有纳米莫来石和细化刚玉晶粒强化相的高强度、热稳定性好的高档强化日用瓷。

Description

增强强化日用瓷的制造工艺方法

技术领域

本发明涉及一种增强强化日用瓷的制造工艺方法，更具体地说，本发明涉及一种采用以瓷土为坯体主要原料，并加入其他成分，使其生成含有纳米莫来石晶粒和细化刚玉晶粒以增强强化日用瓷的制造方法。本发明属陶瓷化学工业技术领域。

背景技术

强化日用瓷是国内外市场上十分畅销的高档日用瓷。它的主要特点是材质的抗冲击强度和抗折强度高，热稳定性好。强化日用瓷制品不易碰破口沿、并可适用于高温消毒、机械洗涤及微波炉快速升温加热食品。因此，强化日用瓷被中、高档宾馆、酒店和企事业单位的餐厅广泛使用。目前，国内外强化日用瓷的材质有多种类型，已开发生产的有高铝质、高硅质、镁质或引入白云母、磷灰石、氧化钛等原料补强的强化瓷，但在国内外市场潜力最大的还是高铝质强化日用瓷。这是因为高铝质强化瓷不仅具有优异的机械性能，还具有优良的化学稳定性和电气性能，并且生产成本较低，所以近年来受到了在国内外陶瓷行业的普遍重视，已成为重要的发展方向。但目前国际上多采用在高岭土-石英-长石三元系统的长石质瓷中加入一定量刚玉的办法，改善坯体的结构，提高其强度和热稳定性能等，刚玉的引入还会提高瓷的白度。这种方案的不足之处是高岭土中着色氧化物较多，会影响产品的白度，长石和刚玉用量过多，坯料工艺性能较差，难于成型。例如，日本的刚玉强化瓷中，刚玉的加入量达到30％以上，烧成温度在1420℃以上。由于刚玉为人工原料，成本高，且由于刚玉的引入，制品的烧成温度高，能源耗费大，对窑炉设备要求高。另外，国内外高铝质强化日用瓷坯体的显微结构中，以微米莫来石和刚玉晶粒为主要晶相，强化相在坯体中分散的均匀性不高，对日用瓷的质量也有影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种以天然瓷土原料为主生产的含有纳米莫来石晶粒和细化的刚玉晶粒增强的强化日用瓷及其制造方法。本发明的又一目的在于以瓷土为坯体主要原料，通过加入预处理过的工业氧化铝超细粉、滑石粉和稀土氧化物，生产含有纳米莫来石和细化刚玉晶粒强化相的高强度和热稳定性的高档强化日用瓷。

本发明的目的是通过下述技术方案来达到的：

本发明的一种增强强化日用瓷的制造工艺方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

A.设定日用瓷瓷坯和瓷釉的氧化物成分化学式及瓷坯和瓷釉的原料配方：

a.瓷坯的氧化物成分化学式及原料配方为：

a).瓷坯氧化物成分化学式为：

$\left.\begin{array}{cc}0.0989& K_{2}O\\ 0.0231& N{a}_{2}O\\ 0.0085& \mathrm{CaO}\\ 0.0358& \mathrm{MgO}\end{array}\right\}\left.\begin{array}{cc}0.9955& A{l}_2{O}_3\\ 0.0045& F{e}_2{O}_3\end{array}\right\}\begin{array}{cc}1.9069& \mathrm{Si}{O}_2\\ 0.0030& \mathrm{Ti}{O}_2\end{array};$

b).瓷坯的原料配方(wt％)：

瓷土                     70        高岭土     9

经处理和煅烧的工业氧化铝 21        外加滑石粉 2-3

外加添加剂氧化钇         1～3；

b.瓷釉氧化物成分化学式及原料配方为：

a).瓷釉氧化物成分化学式：

$\left.\begin{array}{cc}0.2031& K_{2}O\\ 0.0788& N{a}_{2}O\\ 0.0159& \mathrm{CaO}\\ 0.3996& \mathrm{MgO}\\ 0.0740& L{i}_{2}O\\ 0.1909& \mathrm{ZnO}\\ 0.0377& \mathrm{BaO}\end{array}\right\}\left.\begin{array}{cc}0.5703& {\mathrm{Al}}_2{O}_3\\ 0.0083& F{e}_2{O}_3\end{array}\right\}\begin{array}{cc}5.1583& \mathrm{Si}{O}_2\\ 0.0056& T{\mathrm{iO}}_2\end{array};$

b).瓷釉的原料配方(wt％)

长石                     37        易熔釉土 16

滑石                     13        石英沙   15

经处理和煅烧的工业氧化铝 4         碳酸钡   1.5

氧化锌                   3.5       锂辉石   10

B.强化日用瓷的坯料及釉料的制备，其工艺流程和步骤为：

a.瓷坯坯料的制备：配料→球磨到270目筛余0.5％以下→除铁过筛→榨泥→三次真空练泥→备用；

b.瓷釉釉料的制备：配料→球磨到300目筛余0.5％以下→除铁过筛→备用；

c.滚压成型生产工艺：滚压成型，坯料水分22～24％→脱膜→干燥→补内水，上内釉，釉浆料波美度68～70→补外水，上外釉，釉浆料波美度48～50→入匣→装窑车；

d.烧成：采用燃油或燃气隧道窑烧成，烧成工艺参数为：

最高烧成温度：1330～1400℃

烧成气氛：弱氧化性气氛

最高温度烧成时间：2小时

入窑水份：＜4％。

本发明的一种增强强化日用瓷的制造工艺方法，采用了可塑形较好的瓷土为主要原料，代替了过去传统所用的长石，可大大改善瓷坯坯料的工艺性能；该瓷土含有较多的Al₂O₃，其要求的Al₂O₃含量＞25％、可塑指数＞0.5％。较多的Al₂O₃含量可使在烧成过程中与SiO₂形成力学性能优良的莫来石相，此外，在瓷坯制备所用的瓷土原料的选择过程中，尽量选用Na₂O的含量低的原料，保证最终瓷坯氧化物成分中Na₂O/K₂O＜4，这也是本发明的强化日用瓷具有高强度和高热稳定性能的重要原因之一。采用的工业氧化铝细粉原料需经过高温处理，磨细后转变成超细粉，不仅可以改善坯体的成型性能，还可降低烧成温度。坯料中加入滑石粉可有利于莫来石的形成，降低瓷化温度，扩大烧成温度范围。氧化钇的引入可起到细化晶粒的作用，阻止刚玉相、莫来石相在烧成过程中过分长大，使强化瓷的微观结构中，强化相的分布更加均匀，有利于进一步提高坯体的强度、热稳定性能和抗冲击性能。

本发明方法制得的强化日用瓷样品经显微结构分析，瓷坯体通过扫描电镜(SEM)微观形貌照片，可见到坯体中晶相量达到40％以上，由大量的针状莫来石晶体、粒状刚玉晶体和少量石英晶体组成。针状莫来石晶体的直径在20nm以下，具有较大的长/径比。莫来石相形成网络状，网络状的莫来石能够阻碍晶界的滑移和裂纹的扩展，大大地提高强化瓷的热稳定性能。刚玉晶粒的尺寸在1μm以下，均匀的分布在莫来石针状晶体中间，起到了弥散强化作用。

在本发明强化日用瓷釉层的显微结构照片(SEM)中，可见釉层均匀致密。而且坯釉结合紧密。

本发明利用莫来石和刚玉(α-Al₂O₃)作为强化相。刚玉相的弹性模量(41.0×10¹⁰N/m²)远大于玻璃和莫来石相，将其嵌入坯体可大大提高日用瓷的硬度和抗折强度。但是高弹性模量的刚玉相，对提高强化瓷的抗冲击强度不利。通过控制原料成分和烧成工艺制度使坯体中生成大量的针状莫来石相，并形成网络。莫来石的抗折强度(＞140MPa)和硬度，仅次于刚玉相，但是弹性模量较小。所以，构成网络的针状莫来石相的存在，有助于坯体抗冲击强度的提高。此外，莫来石的膨胀系数与玻璃相十分接近，有助于减少大裂纹，提高瓷的断裂韧性。尤其是纳米莫来石的生成更大程度地改善了坯体的强度、韧性和热稳定性能。

本发明的强化日用瓷产平与国内外部分强化瓷产品的性能比较见下表

                                国内外部分强化瓷产品的性能比较

性能	国际	台湾强化瓷	日本强化瓷	白玉瓷	国内某厂强化瓷	强化瓷新产品
							白度	＞70	81.9	-	72.11	75.8	＞75
光泽度	＞85	105	-	88.7	-	＞102.4
							热稳定性	180-20℃热交换一次不裂	200-20℃热交换一次不裂	-	180-20℃热交换一次不裂	180-20℃热交换一次不裂	＞220-20℃热交换一次不裂
抗折强度MPa	-	103.2	122.0	60.5	132.2	＞160
							抗冲击强度kJ/m2	-	3.36	3.60	1.53	3.62	3.67
釉面维氏硬度MPa	-	6272	6958	6160	6370	6530

由上表可知，本发明方法制造的强化日用瓷具有较明显的优良性能。

具体实施方式

现将本发明的具体实施例叙述于后：

本发明的增强强化日用瓷的制造工艺方法包括如下步骤：

A.设定特殊的日用瓷瓷坯和瓷釉的氧化物成分化学式及瓷坯和瓷釉的原料配方：

a.瓷坯的氧化物成分化学式及原料配方为：

a).瓷坯氧化物成分化学式为：

$\left.\begin{array}{cc}0.0989& K_{2}O\\ 0.0231& N{a}_{2}O\\ 0.0085& \mathrm{CaO}\\ 0.0358& \mathrm{MgO}\end{array}\right\}\left.\begin{array}{cc}0.9955& {\mathrm{Al}}_2{O}_3\\ 0.0045& {\mathrm{Fe}}_2{O}_3\end{array}\right\}\begin{array}{cc}1.9069& {\mathrm{SiO}}_2\\ 0.0030& {\mathrm{TiO}}_2\end{array};$

b).瓷坯的原料配方(wt％)：

瓷土(云南易门地区产)          70

高岭土(宣威产)                9

经处理和煅烧的工业氧化铝      21

外加滑石粉(广西产)                2-3

外加添加剂氧化钇                  1～3；

瓷坯坯料的各原料的化学成分如下表所示：

                       坯料的原料化学成分分析结果(重量％)

成分％	瓷土	高岭土	工业氧化铝	滑石粉	氧化钇
						SiO2	60.60	41.08	-	58.06	-
Al2O3	25.94	39.81	＞99.5	0.37	-
						Fe2O3	1.03	0.51	-	0.08	-
CaO	0.28	0.96	-	3.87	-
						MgO	0.40	0.52	-	28.02	-
K2O	4.28	0.15	-	0.08	-
						Na2O	0.35	0.04	-	0.10	-
Y2O3	-	-	-	-	＞99.8
						I.L	7.12	16.85	-	9.10	-

工业氧化铝是白色松散的结晶粉末，主要为γ-Al₂O₃相组成的多孔球形聚集体。在配料使用前，必须经过处理和煅烧，使其完全转变成α-Al₂O₃相，工业氧化铝中加入1～4％的滑石粉和氧化钇，混和均匀，磨细，经1450℃焙烧3小时后，破碎、磨细至粒度小于1μm。

b.瓷釉氧化物成分化学式及原料配方为：

a).瓷釉氧化物成分化学式：

$\left.\begin{array}{cc}0.2031& K_{2}O\\ 0.0788& N{a}_{2}O\\ 0.0159& \mathrm{CaO}\\ 0.3996& \mathrm{MgO}\\ 0.0740& L{i}_{2}O\\ 0.1909& \mathrm{ZnO}\\ 0.0377& \mathrm{BaO}\end{array}\right\}\left.\begin{array}{cc}0.5703& A{l}_2{O}_3\\ 0.0083& F{e}_2{O}_3\end{array}\right\}\begin{array}{cc}5.1583& \mathrm{Si}{O}_2\\ 0.0056& \mathrm{Ti}{O}_2\end{array}$

b).瓷釉的原料配方：

长石(湖南平江产和个旧产)    37

易熔釉土(个旧产)            16

滑石粉(广西产)              13

石英沙(羊街产)              15

经处理和煅烧的工业氧化铝    4

碳酸钡                      1.5

氧化锌                      3.5

锂辉石                        10

瓷釉釉料的各原料及化学成分如下表所示：

                           瓷釉釉料各原料的化学成分(重量％)

化学成分	湖南平江长石	个旧长石	个旧易熔釉土	广西滑石粉	石英沙	工业氧化铝	锂辉石	氧化锌
									SiO2	71.18	59.80	57.84	58.06	98.60	-	75.62	-
Al2O3	13.48	24.70	24.97	0.37	1.23	＞99.5	18.65	-
									Fe2O3	0.30	0.16	0.12	0.08	0.08	-	0.08	-
CaO	0.34	0.56	2.30	3.87	0.26	-	-	-
									MgO	0.67	0.24	0.44	28.02	0.096	-	-	-
K2O	13.25	4.88	3.20	0.08	-	-	0.35	-
									Na2O	4.20	5.96	0.10	-	-	0.25	-
Y2O3		-	-	-	-	-	-	-									-
	Li2O								-	-	-	-	-	-	5.04	＞99.8
I.L		0.51	7.12	3.98	9.10	0.12	-	-									-

B.强化日用瓷的坯料及釉料的制备，其制备工艺流程和步骤为：

a.瓷坯坯料的制备：配料→球磨至270目筛余0.5％以下→除铁过筛→榨泥→三次真空练泥→备用；

b.瓷釉釉料的制备：配料→球磨至300目筛余0.5％以下→除铁过筛→备用；

c.滚压成型生产工艺：滚压成型，坯料水分22～24％→脱膜→干燥→补内水，上内釉，釉浆料波美度68～70→补外水，上外釉，釉浆料波美度48～50→入匣→装窑车；

d.烧成：采用燃油或燃气隧道窑烧成，烧成工艺参数为：

最高烧成温度：1400℃

烧成气氛：弱氧化性气氛

最高温度烧成时间：2小时

入窑水份：＜4％。

Claims (3)

1.一种增强强化日用瓷的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

A.设定日用瓷瓷坯和瓷釉的氧化物成分化学式及瓷坯和瓷釉的原料配方：

a.瓷坯的氧化物成分化学式及原料配方为：

a).瓷坯氧化物成分化学式为：

$\left.\begin{array}{cc}0.0989& K_{2}O\\ 0.0231& N{a}_{2}O\\ 0.0085& \mathrm{CaO}\\ 0.0358& \mathrm{MgO}\end{array}\right\}\left.\begin{array}{cc}0.9955& {\mathrm{Al}}_2{O}_3\\ 0.0045& {\mathrm{Fe}}_2{O}_3\end{array}\right\}\begin{array}{cc}1.9069& {\mathrm{SiO}}_2\\ 0.0030& {\mathrm{TiO}}_2\end{array};$

b).瓷坯的原料配方(wt％)：

      瓷土                    70         高岭土       9

      经处理和煅烧的工业氧化铝21         外加滑石粉   2-3

      外加添加剂氧化钇        1～3；

b.瓷釉氧化物成分化学式及原料配方为：

a).瓷釉氧化物成分化学式：

$\left.\begin{array}{cc}0.2031& K_{2}O\\ 0.0788& {\mathrm{Na}}_{2}O\\ 0.0159& \mathrm{CaO}\\ 0.3996& \mathrm{MgO}\\ 0.0740& {Li}_{2}O\\ 0.1909& \mathrm{ZnO}\\ 0.0377& \mathrm{BaO}\end{array}\right\}\left.\begin{array}{cc}0.5703& {\mathrm{Al}}_2{O}_3\\ 0.0083& {\mathrm{Fe}}_2{O}_3\end{array}\right\}\begin{array}{cc}5.1583& {\mathrm{SiO}}_2\\ 0.0056& {\mathrm{TiO}}_2\end{array};$

b).瓷釉的原料配方(wt％)

      长石                      37       易熔釉土     16

      滑石粉                    13       石英沙       15

      经处理和煅烧的工业氧化铝  4        碳酸钡       1.5

      氧化锌                    3.5      锂辉石       10

B.强化日用瓷的坯料及釉料的制备，其工艺流程和步骤为：

a.瓷坯坯料的制备：配料→球磨到270目筛余0.5％以下→除铁过筛→榨泥→三次真空练泥→备用；

b.瓷釉釉料的制备：配料→球磨到300目筛余0.5％以下→除铁过筛→备用；

c.滚压成型生产工艺：滚压成型，坯料水分22～24wt％→脱膜→干燥→补内水，上内釉，釉浆料波美度68～70→补外水，上外釉，釉浆料波美度48～50→入匣→装窑车；

d.烧成：采用燃油或燃气隧道窑烧成，烧成工艺参数为：

        最高烧成温度：1330～1400℃

        烧成气氛：弱氧化性气氛

        最高温度烧成时间：2小时

        入窑水份：＜4％。

2.根据权利要求1所述的一种增强强化日用瓷的制备方法，其特征在于所述的瓷坯原料中的瓷土的Al₂O₃含量＞25％、可塑指数＞0.5％。

3.根据权利要求1所述的一种增强强化日用瓷的制备方法，其特征在于经处理和煅烧的工业氧化铝中处理和煅烧过程为在工业氧化铝中加入1-4％的滑石粉和氧化钇，混合均匀，磨细，经1450℃焙烧3小时后，破碎、磨细至粒度小于1μm。