CN1793001A - 一种镁－铝质强化瓷的制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及陶瓷制造技术领域，提出一种镁－铝质强化瓷的制造工艺，采用普通高岭土、镁土或滑石原料，坯料的主要组分是：烧失量1－5％、SiO255－60％、Al2O3 12－18％、MgO 15－21％、ZnO 0.5－2％、ZrO2 3－5％、BaO 0.5－3％、其它1－3％，在坯料中加入长石、硼酸、NiO复合矿化剂，在釉料中引入5－10％的纳米SiO2和1－2％的ZnO，按普通陶瓷制造工艺生产，其中将普通高岭土原料加酸改性使之增加可塑性，烧成气氛为弱还原气氛，烧成温度为1250℃，一次烧成。本发明生产能耗低，可以制得釉面硬度695kg/mm2，抗折强度235MPa，白度为85的高强度，高韧性的高档瓷器。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷技术领域，涉及一种镁-铝质强化瓷的制造工艺。
背景技术
随着人们生活水平的提高，微波炉、高温消毒碗柜、机械洗涤设备正在源源不断进入家庭，把人们从繁重的家务劳动中解放出来，有更多的时间用于学习、健身和娱乐。在中高档宾馆、酒店和企事业单位的餐厅，上述设备基本上已经普及。普通的日用陶瓷用具如碗、盘等在微波炉和高温消毒碗柜的高温环境下，以及机械洗涤设备的碰撞中，容易碰破口沿，甚至产生炸裂事故。使用强化日用陶瓷，可以避免出现事故。目前市面上的强化日用陶瓷，大多数采用高铝配方，原材料采用铝矾土或者工业氧化铝，这类材料价格高，可塑性差，成型困难，而且需要高温煅烧，制造工艺复杂，成品率低，因此生产成本普遍偏高，产品售价也偏高，妨碍了强化日用陶瓷的普及应用。
中国发明专利申请号98110110.0(公开号CN1198422A)公开了“高白度高强度低脆性陶瓷制品的制造方法”，在日用陶瓷化学成份的基础上，通过提高氧化镁的含量，降低氧化铝的含量，使陶瓷制品的机械强度和热稳定性得到提高，一定程度上解决了陶瓷材料脆性问题，由于采用廉价原材料，制造成本也比较低，但是其缺点也是明显的，原材料可塑性差，成型困难，烧成温度范围非常窄，只有20-30℃，产品容易变形，因此成品率比较低，很难在现代化工业生产中推广应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种镁-铝质强化瓷的制造工艺，其具有烧成温度低、能制造出高强度、高韧性、釉面硬度大的高档瓷器。
本发明采用以下技术方案：
一种镁-铝质强化瓷的制造工艺，其主要原材料采用高岭土、镁土或滑石，其坯料的主要组分重量百分比是：
烧失量 1-5％、
SiO2 55-60％、
Al2O3 12-18％、
MgO 15-21％、
ZnO 0.5-2％、
ZrO2 3-5％、
BaO 0.5-3％、
其它 1-3％，
坯料的其它组分包含：CaO 0.2-1.0％、K2O 0.6-1.3％、Na2O 0.2-0.7％、B2O3 0.4-1.2％、NiO 0.3-0.9％。
作为优化，在上述坯料中加入占坯料总量2-7％的复合矿化剂，复合矿化剂中长石、硼酸、NiO的重量比例为3-5∶2-3∶1。
配合上述坯料使用的釉料的主要组分重量百分比是：
烧失量 7-12％、
SiO2 63-68％、
Al2O3 9-12％、
MgO 2-4％、
CaO 3-5％、
ZnO 1-2％、
ZrO2 1-2％、
其它 2-6％。
釉料的其它组分包含BaO 0.5-1％、K2O 1-3.5％、Na2O 0.5-1.5％。
进一步的方案是在坯料中加入1-2％的ZrO2晶须代替ZrO2，加入3-5％的α-Al2O3代替Al2O3。
更进一步的方案是在所述釉料中加入5-10％的纳米SiO2代替SiO2；加入1-2％的纳米ZnO代替ZnO。
采用上述配方的镁-铝质强化瓷的制造工艺，以普通高岭土、镁土或滑石为主要原料，包括原料改性→配料球磨→过筛除铁→滤泥→练泥→陈腐→成型→干燥→施釉→干燥→烧成→检验→包装等工序，其特征在于：
(1)在原料改性工序中将普通高岭土置于反应罐内，加入高浓度的无机酸进行改性，使普通高岭土中SiO2的重量比为43-52％，Al2O3的重量比为32-38％范围，并具有高的塑性；
(2)在烧成工序中：烧成气氛为弱还原气氛，烧成温度为1250±50℃。
与现有技术对比，本发明有如下实质性特点和显著进步：
本发明采用日用陶瓷生产所用高岭土、镁土或滑石原料，在坯料中引入α-Al2O3和ZrO晶须，以及长石、硼酸、NiO复合矿化剂，在釉料中引入纳米SiO2和ZnO，一次烧成，可以制得强度大，高韧性，釉面硬度高，耐磨性好，光洁发亮的高档瓷器；本发明原材料价格低，制造容易，烧成温度低，节约能源。
具体实施方式
下面通过可行实施例对本发明作进一步的说明：
实施例一
采用常规的陶瓷制造工艺，以普通高岭土、镁土或滑石为主要原料，配以其它辅助原料进行配方比例调整，包括原料改性→配料球磨→过筛除铁→滤泥→练泥→陈腐→成型→干燥→施釉→干燥→烧成→检验→包装等工序，其中有如下提高成品性能的措施：
1)在原料改性工序中将普通高岭土放在反应罐内，加入浓酸改性，使普通高岭土的成分为SiO2 49-52％，Al2O3 34-36％，且具有高的塑性。
2)按上述坯料的配方比例调整配料，使符合要求。在坯料中加入4％的α-Al2O3和1.5％的ZrO2晶须，加入4％复合矿化剂，复合矿化剂中长石、硼酸、NiO的比例为3∶3∶1。
3)配料后进行球磨、除铁、过筛、滤泥、练泥、陈腐；球磨22小时，测量细度在万孔筛余在0.02％，合格后放泥浆，通过磁选机除去泥浆中铁质后进行抽浆滤泥，水份控制在25％后进行第一次真空练泥，入库存放陈腐时间为15-20天，再加工练泥2-3次。
4)产品成型：胚品成型后在60℃烘干约一小时后拆模，用定型板把胚品定型后再进烘干房大约5小时，等胚品干燥后(干燥度85-90％)，进行筛选修胚，合格后送施釉工序。
5)胚品施釉：施釉前，将胚品内、外上水，在胚品吸入了少量水份后，再隔4-5小时方可上釉，并进行检查，必要时进行修釉。
6)产品装窑烧成：采用低温慢烧(使成弱还原气氛)，采用小火慢烧，使胚品上水份完全去掉(大约3-4小时)，温度在850℃后再进入中火烧成，一直到温度1250℃，进行后期保温至1270℃停火，完成烧成全过程。
本实例中坯料和釉料的化学成份见表一
表一
| 烧失量 | SiO2 | Al2O3 | MgO | ZnO | ZrO2 | CaO | BaO | K2O | Na2O | B2O3 | NiO | 总量 | |
| 坯料 | 2.0 | 57.0 | 14.8 | 15.9 | 0.6 | 4.2 | 1.0 | 1.1 | 1.2 | 0.7 | 0.6 | 0.5 | 99.6 |
| 釉料 | 7.6 | 67.5 | 10.5 | 2.0 | 2.0 | 1.5 | 3.2 | 1.0 | 3.2 | 1.3 | - | - | 99.8 |
在釉料中加入8％的纳米SiO2和代替SiO2；加入2％的纳米ZnO和代替ZnO。
本发明获得的多晶强化瓷产品有如下优良性能：
(1)吸水率：小于0.11％；
(2)光泽度：105；
(3)釉面硬度：695kg/mm2；
(4)抗折强度：235Mpa；
(5)热稳定性：220-20℃水中一次性热交换不炸裂；
(6)白度：85。
实施例二
采用常规的陶瓷制造工艺，以普通高岭土、镁土或滑石为主要原料，配以其它辅助原料进行配方比例调整，包括原料改性→配料球磨→过筛除铁→滤泥→练泥→陈腐→成型→干燥→施釉→干燥→烧成→检验→包装等工序，其中有如下提高成品性能的措施：
1)原料改性工序中将普通高岭土放在反应罐内，加入浓酸改性，使普通高岭土的成分为SiO2 46-49％，Al2O3 32-34％，且具有高的塑性。
2)按上述坯料的配方比例调整配料，使符合要求。在坯料中加入3％的Al2O3晶须和2％的ZrO2晶须，加入5％的复合矿化剂，复合矿化剂中长石、硼酸、NiO的重量比例为5∶2.5∶1。
3)配料后进行球磨、除铁、过筛、滤泥、练泥、陈腐；球磨22小时，测量细度在万孔筛余在0.02％，合格后放泥浆，通过磁选机除去泥浆中铁质后进行抽浆滤泥，水份控制在25％后进行第一次真空练泥，入库存放陈腐时间为15-20天，再加工练泥2-3次。
4)产品成型：胚品成型后在60℃烘干约一小时后拆模，用定型板把胚品定型后再进烘干房大约5小时，等胚品干燥后(干燥度85-90％)，进行筛选修胚，合格后送施釉工序。
5)胚品施釉：施釉前，将胚品内、外上水，在胚品吸入了少量水份后，再隔4-5小时方可上釉，并进行检查，必要时进行修釉。
6)产品装窑烧成：采用低温慢烧(使成弱还原气氛)，采用小火慢烧，使胚品上水份完全去掉(大约3-4小时)，温度在850℃后再进入中火烧成，一直到温度1240℃，进行后期保温至1260℃停火，完成烧成全过程。
本实例中坯料和釉料的化学成份见表二
表二
| 烧失量 | SiO2 | Al2O3 | MgO | ZnO | ZrO2 | CaO | BaO | K2O | Na2O | B2O3 | NiO | 总量 | |
| 坯料 | 4.0 | 55.5 | 13.5 | 17.3 | 1.0 | 3.2 | 0.7 | 1.9 | 0.9 | 0.5 | 0.8 | 0.6 | 99.9 |
| 釉料 | 11.8 | 63.5 | 11.8 | 3.0 | 1.2 | 2.0 | 4.2 | 0.6 | 1.0 | 0.6 | - | - | 99.7 |
在釉料中加入10％的纳米SiO2代替SiO2；加入1.0％的纳米ZnO代替ZnO。
本发明获得的多晶强化瓷产品有如下优良性能：
(1)吸水率：小于0.11％；
(2)光泽度：100；
(3)釉面硬度：680kg/mm2；
(4)抗折强度：210Mpa；
(5)热稳定性：220-20℃水中一次性热交换不炸裂；
(6)白度：81。
实施例三
采用常规的陶瓷制造工艺，以普通高岭土、镁土或滑石为主要原料，配以其它辅助原料进行配方比例调整，包括原料改性→配料球磨→过筛除铁→滤泥→练泥→陈腐→成型→干燥→施釉→干燥→烧成→检验→包装等工序，其中有如下提高成品性能的措施：
1)原料改性工序中将普通高岭土放在反应罐内，加入浓酸改性，使普通高岭土的成分为SiO2 43-46％，Al2O3 36-38％，且具有高的塑性。
2)按上述坯料的配方比例调整配料，使符合要求。在坯料中加入5％的Al2O3晶须和1.0％的ZrO2晶须，加入6％的复合矿化剂，复合矿化剂中长石、硼酸、NiO的重量比例为3∶2∶1。
3)配料后进行球磨、除铁、过筛、滤泥、练泥、陈腐；球磨22小时，测量细度在万孔筛余在0.02％，合格后放泥浆，通过磁选机除去泥浆中铁质后进行抽浆滤泥，水份控制在25％后进行第一次真空练泥，入库存放陈腐时间为15-20天，再加工练泥2-3次。
4)产品成型：胚品成型后在60℃烘干约一小时后拆模，用定型板把胚品定型后再进烘干房大约5小时，等胚品干燥后(干燥度85-90％)，进行筛选修胚，合格后送施釉工序。
5)胚品施釉：施釉前，将胚品内、外上水，在胚品吸入了少量水份后，再隔4-5小时方可上釉，并进行检查，必要时进行修釉。
6)产品装窑烧成：采用低温慢烧(使成弱还原气氛)，采用小火慢烧，使胚品上水份完全去掉(大约3-4小时)，温度在850℃后再进入中火烧成，一直到温度1220℃，进行后期保温至1250℃停火，完成烧成全过程。
本实例中坯料和釉料的化学成份见表三
表三
| 烧失量 | SiO2 | Al2O3 | MgO | ZnO | ZrO2 | CaO | BaO | K2O | Na2O | B2O3 | NiO | 总量 | |
| 坯料 | 1.5 | 58.5 | 12.0 | 18.7 | 1.0 | 3.6 | 0.3 | 0.6 | 1.0 | 0.7 | 1.0 | 0.8 | 99.7 |
| 釉料 | 9.5 | 65.0 | 9.5 | 3.9 | 1.8 | 1.1 | 4.8 | 0.8 | 2.2 | 1.0 | - | - | 99.6 |
在釉料中加入6％的纳米SiO2代替SiO2；加入1.5％的纳米ZnO代替ZnO。
本发明获得的多晶强化瓷产品有如下优良性能：
(1)吸水率：小于0.11％；
(2)光泽度：99；
(3)釉面硬度：670kg/mm2；
(4)抗折强度：210Mpa；
(5)热稳定性：200-20℃水中一次性热交换不炸裂；
(6)白度：82。
从上述的三个个实施例中可以看出，由于本发明在生产中引入长石、硼酸、NiO复合矿化剂，降低烧成温度，拓宽烧成温度范围，提高产品致密性。引入少量α-Al2O3，可以诱导其它Al2O3生长出长柱状的晶体，其弹性模量远大于玻璃相和莫来石相，即可提高材料的断裂韧性；引入ZrO2晶种，引导ZrO2生成四方相晶体，有增韧作用，引入纳米SiO2，其与部分ZrO2反应生成锆英石，熔化在玻璃相中，增加玻璃相粘度，有利于烧成温度的拓宽，同时抑制了莫来石晶体的长粗长大，使其保持针状交织网结构，瓷体的晶体骨架加强；这样，Al2O3、莫来石、ZrO2、镁铝晶体等多种晶体及玻璃体，形成多晶共存互相交织成网状体系，大大地提高了产品的强度和韧性。
本发明解决了同类强化瓷如高铝强化瓷、高硅强化瓷、镁质强化瓷在制造过程存在的问题，实现了工业化大生产；本发明的原材料成本仅为650-750元/吨，泥浆具有良好的塑性，满足各种成型方法：阳模、阴模、高压注浆、空心注浆等；坏体干燥强度高，半成品率大于98％；烧成温度低，比高铝强化瓷、高硅强化瓷、镁质强化瓷烧成温度低60-80℃，节约能源，烧成范围宽，生产正品率为95％以上。本发明属于国内首创，产品各项性能指标超过其它强化瓷的指标。
Claims (9)
1.一种镁-铝质强化瓷的制造工艺，其主要原材料采用高岭土、镁土或滑石，其特征在于坯料的主要组分重量百分比是：
烧失量 1-5％、
SiO2 55-60％、
Al2O3 12-18％、
MgO 15-21％、
ZnO 0.5-2％、
ZrO2 3-5％、
BaO 0.5-3％、
其它 1-3％，
2.如权利要求1所述的镁-铝质强化瓷的制造工艺，其特征在于坯料的其它组分包含：CaO 0.2-1.0％、K2O 0.6-1.3％、Na2O 0.2-0.7％、B2O3 0.4-1.2％、NiO 0.3-0.9％。
3.如权利要求1或2所述的镁-铝质强化瓷的制造工艺，其特征在于：在坯料中加入1-2％的ZrO2晶须代替ZrO2，加入3-5％的α-Al2O3代替Al2O3。
4、如权利要求1或2所述的镁-铝质强化瓷的制造工艺，其特征在于：在坯料中加入2-7％复合矿化剂，复合矿化剂中长石、硼酸、NiO的重量比例为3-5∶2-3∶1。
5.如权利要求1所述的镁-铝质强化瓷的制造工艺，其特征在于配合所述坯料使用的釉料的主要组分重量百分比是：
烧失量 7-12％、
SiO2 63-68％、
Al2O3 9-12％、
MgO 2-4％、
CaO 3-5％、
ZnO 1-2％、
ZrO2 1-2％、
其它 2-6％。
6.如权利要求5所述的镁-铝质强化瓷的制造工艺，其特征在于：釉料的其它组分包含有：BaO 0.5-1％、K2O 1-3.5％、Na2O 0.5-1.5％。
7.如权利要求5或6所述的镁-铝质强化瓷的制造工艺，其特征在于：在釉料中加入5-10％的纳米SiO2和代替SiO2。
8.如权利要求5或6所述的镁-铝质强化瓷的制造工艺，其特征在于：在釉料中加入1-2％的纳米ZnO和代替ZnO。
9.如权利要求1或2或5或6所述的镁-铝质强化瓷的制造工艺，以普通高岭土、镁土或滑石为主要原料，包括原料改性→配料球磨→过筛除铁→滤泥→练泥→陈腐→成型→干燥→施釉→干燥→烧成→检验→包装等工序，其特征在于：
(1)在原料改性工序中将普通高岭土置于反应罐内，加入高浓度的无机酸进行改性，使普通高岭土中SiO2的重量比为43-52％，Al2O3的重量比为32-38％范围，并具有高的塑性；
(2)在烧成工序中，烧成气氛为弱还原气氛，烧成温度为1250±50℃。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20060628 |