JP2011116568A - Ceramic base for sanitary ware - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、衛生陶器用陶磁器素地および衛生陶器の製造法に係り、特に衛生陶器の薄肉軽量化を可能とする、焼成強度が大きく、焼成時の熱変形量が小さく、耐熱衝撃性が優れ、また吸水率が小さい衛生陶器用陶磁器素地に関する発明である。 The present invention relates to a ceramic body for sanitary ware and a method for manufacturing sanitary ware, and in particular, enables sanitary ware to be thin and lightweight, has high firing strength, has a small amount of thermal deformation during firing, and has excellent thermal shock resistance. The invention also relates to a ceramic body for sanitary ware having a low water absorption rate.
衛生陶器は陶磁器製品の中では特に大型複雑形状であることを特徴としている。このような大型複雑形状品においては焼成時における熱変形を小さくするため、またボルト締め固定などにより部分的に加重がかかる部分があるのでその強度を確保するために、その肉厚は9〜12mm程度が必要とされていた。そのため衛生陶器は重く施工負荷がかかるという問題があり、その薄肉軽量化が求められている。衛生陶器を薄肉軽量化するためには、曲げ強度は厚みの2乗に比例すると推定できるため素地の焼成強度を大きくすることと、焼成変形量は厚みの2乗に反比例すると推定できるため素地の焼成変形量をを小さくすることの両方の課題をまず解決しなければならない。 Sanitary ware is characterized by its large and complex shape, especially among ceramic products. In such a large complex shape product, the thickness is 9 to 12 mm in order to reduce the thermal deformation during firing and to ensure the strength because there is a portion that is partially loaded by bolting and fixing. A degree was needed. For this reason, sanitary ware has a problem that it is heavy and requires a heavy work load, and its thin and light weight is required. To make sanitary ware thinner and lighter, it can be estimated that the bending strength is proportional to the square of the thickness, so that the firing strength of the substrate can be increased, and the amount of firing deformation can be estimated to be inversely proportional to the square of the thickness. Both of the problems of reducing the amount of firing deformation must first be solved.
このような陶磁器素地の焼成強度を大きくする方法や焼成変形を小さくする方法には種々の手法が考えられるが、衛生陶器特有の制約条件として素地に高い耐熱衝撃性が要求されることがあげられる。ここであげる熱衝撃には洗面器に熱湯を注ぐ場合のような熱衝撃もあるが、それ以上に重要なのは焼成中の熱衝撃である。焼成中の熱衝撃とは特に温度下げの段階で発生するものであり、例えば製品の内部はまだ高温であるにもかかわらず、製品の表面の温度が低下し、この温度差により発生する熱衝撃を指しており、衛生陶器のような大型複雑形状品においてはこの熱衝撃に起因するクラック(窯サメ)の発生の防止は大きな課題である。 Various methods are conceivable as a method for increasing the firing strength of such a ceramic body and a method for reducing the firing deformation. However, as a restriction condition unique to sanitary ware, it is required that the base material is required to have high thermal shock resistance. . The thermal shock mentioned here includes a thermal shock as when pouring hot water into the basin, but more important is the thermal shock during firing. Thermal shock during firing occurs particularly at the stage of lowering the temperature. For example, although the temperature inside the product is still high, the temperature of the product surface decreases, and the thermal shock generated by this temperature difference. In large-sized products such as sanitary ware, prevention of the occurrence of cracks (kiln sharks) due to this thermal shock is a major issue.
従来の衛生陶器用陶磁器素地とは石英、ムライトをその主要結晶相としており、これらの結晶相とその隙間を埋めるSiO2、Al2O3、およびアルカリ金属酸化物・アルカリ土類金属酸化物を主成分とするガラス相からなっている。このような陶磁器素地は陶石珪石・珪砂・粘土・長石類等の焼成フラックス原料を主成分とする陶磁器素地原料粒子を成形・焼成することにより、石英以外の原料が溶融してSiO2、Al2O3、およびアルカリ金属酸化物・アルカリ土類金属酸化物を主成分とするガラス相を形成し、このガラス相が粒子隙間を埋めていくことにより形成される。また焼成工程においては石英の一部はガラス相に溶解し、またガラス相からムライトが析出することにより、結果的に溶け残りの石英とムライトをその結晶相としその隙間を埋めるガラス相、および気孔からなる素地構造ができることになる。 The conventional ceramic body for sanitary ware has quartz and mullite as its main crystal phases, and these crystal phases and SiO 2 , Al 2 O 3 , and alkali metal oxides / alkaline earth metal oxides filling the gaps are used. It consists of a glass phase as the main component. Such a ceramic body is formed by firing and firing ceramic body raw material particles mainly composed of a fired flux raw material such as porcelain quartzite, silica sand, clay, and feldspar, so that raw materials other than quartz melt and SiO 2 , Al A glass phase mainly composed of 2 O 3 and alkali metal oxide / alkaline earth metal oxide is formed, and this glass phase is formed by filling the particle gap. In the firing process, a part of quartz is dissolved in the glass phase, and mullite is precipitated from the glass phase, so that the undissolved quartz and mullite are used as the crystalline phase to fill the gap, and the pores. A substrate structure consisting of
素地中に溶け残った石英粒子は、焼成の冷却過程において石英とガラス相の熱膨張差によってガラス相との界面に大きな引っ張り応力が発生する。この応力により石英粒子内もしくは界面に微小なクラック(マイクロクラック)が形成され、このマイクロクラックは原料中のごく微量の粗大石英粒子の存在により発生して素地強度を大きく損なうことが知られている。(非特許文献1、非特許文献2、非特許文献3参照)。しかしながらこのマイクロクラックの発生には衛生陶器のような大型複雑形状品の製造においては利点もある。即ち従来の衛生陶器用素地ではマイクロクラックを伴う石英粒子が多数存在しており、このマイクロクラックは素地強度を低下させる反面、熱衝撃応力をを緩和する役割を果たすことにより、優れた対熱衝撃性を発現させるものと考えられている。したがって従来の衛生陶器用素地においては無釉曲げ強度は40〜80MPa程度であった。 Quartz particles left undissolved in the substrate generate a large tensile stress at the interface with the glass phase due to the difference in thermal expansion between the quartz and the glass phase during the cooling process of firing. It is known that micro cracks (micro cracks) are formed in the quartz particles or at the interface due to this stress, and the micro cracks are generated due to the presence of a very small amount of coarse quartz particles in the raw material, which greatly impairs the substrate strength. . (See Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 2, and Non-Patent Document 3.) However, the occurrence of microcracks also has an advantage in the manufacture of large complex shaped products such as sanitary ware. In other words, a large number of quartz particles with microcracks exist in conventional sanitary ware bases, and while these microcracks reduce the base strength, they have excellent thermal shock resistance by reducing thermal shock stress. It is thought to express sex. Therefore, the conventional bending strength for sanitary ware was about 40 to 80 MPa.
このような素地強度の低下を招く石英をコランダムに代替することにより素地強度の向上をはかる研究が磁器の世界では行われており、既に食器や碍子の世界では一部実用化されている。具体的には磁器原料中にコランダム(αアルミナ)を10〜60wt%程度配合するものであり、機械的強度は無釉曲げ強度で100MPa以上になる(例えば特許文献1参照)。この強度はコランダム含有量が多いものほど大きくなる。 Research on improving the substrate strength by replacing corundum with quartz that causes a decrease in the substrate strength has been carried out in the world of porcelain and has already been partially put into practical use in the world of tableware and insulators. Specifically, about 10 to 60 wt% of corundum (α-alumina) is blended in the porcelain raw material, and the mechanical strength is 100 MPa or more as a bending strength (see, for example, Patent Document 1). This strength increases as the corundum content increases.
一方素地の焼成変形量を小さくする方法としては、前述のようなコランダムを配合した素地において、素地原料を微粒化する方法が開示されている(例えば、特許文献2参照)。この方法では素地原料の微粒化により素地の焼結性が向上するのを利用して、添加する焼成フラックス量を減らし、焼成時の素地の軟化による変形を低減させている。
しかしながらこの方法では素地中の石英粒子も微粒になるため石英粒子に発生するマイクロクラック量が減少し、素地の耐熱衝撃性が低下する。なお石英粒子が小さくなるとマイクロクラックが発生しなくなる理由は、ガラス相との熱膨張率差により発生する応力も小さくなるためであると考えられている。この耐熱衝撃性の低下を防ぐ方法として、粒径が調整された珪砂等の石英原料を後添加して混合することにより、素地中の石英の微粒化を防ぐ方法も開示されている(例えば特許文献2参照)。
On the other hand, as a method for reducing the firing deformation amount of the substrate, a method of atomizing the substrate raw material in the substrate containing the corundum as described above is disclosed (for example, see Patent Document 2). This method utilizes the fact that the sinterability of the substrate is improved by atomizing the substrate raw material, thereby reducing the amount of the calcination flux to be added and reducing deformation due to the softening of the substrate at the time of calcination.
However, in this method, the quartz particles in the substrate also become fine particles, so the amount of microcracks generated in the quartz particles is reduced, and the thermal shock resistance of the substrate is reduced. The reason why the microcracks are not generated when the quartz particles are small is considered to be that the stress generated by the difference in thermal expansion coefficient from the glass phase is also small. As a method for preventing this decrease in thermal shock resistance, a method for preventing the atomization of quartz in the substrate by post-adding and mixing a quartz raw material such as silica sand whose particle size is adjusted (for example, patents) is also disclosed. Reference 2).
また素地原料を微粒化する方法は素地の強度向上にも効果があることが知られている。素地原料の微粒化による強度向上のメカニズムについては、素地中に残留する粗大粒子や気孔などの欠陥が減少することによるものがひとつであり、さらに素地中の石英粒子の関与が考えられている。陶石、粘土、長石を原料とする素地のように、素地中に石英を含む素地においては、素地原料の微粒化にともない石英粒子中または石英粒子とガラス相の界面におけるマイクロクラックが減少する。マイクロクラックは素地中に存在する1種の欠陥であり、素地強度を低下させるものである。したがってマイクロクラック量の減少は素地強度の向上につながる。またマイクロクラックの減少によって、マイクロクラックの発生により解放されなかった、石英とガラス相の熱膨張差によって生じた応力が石英とガラス相の界面に残留することになり、この残留応力が素地強度を向上させる働きをするものと考えられている。したがって素地中の石英粒子の存在は、素地原料の微粒化によってよりいっそうの強度向上の効果をもたらす。ただしこれは耐熱衝撃性の低下という問題点と裏腹の効果である。 Moreover, it is known that the method of atomizing the base material is effective in improving the strength of the base material. Regarding the mechanism of strength improvement by atomization of the raw material, one is due to the reduction of defects such as coarse particles and pores remaining in the base material, and the involvement of quartz particles in the base material is considered. In a substrate containing quartz in the substrate, such as a substrate made of porcelain stone, clay, and feldspar, microcracks in the quartz particles or at the interface between the quartz particles and the glass phase decrease as the substrate material is atomized. A microcrack is a kind of defect existing in the substrate, and reduces the strength of the substrate. Therefore, a reduction in the amount of microcracks leads to an improvement in substrate strength. In addition, due to the reduction of microcracks, the stress caused by the difference in thermal expansion between quartz and glass phase, which was not released due to the occurrence of microcracks, remains at the interface between quartz and glass phase, and this residual stress increases the substrate strength. It is thought to work to improve. Therefore, the presence of quartz particles in the substrate brings about an effect of further improving the strength by atomizing the substrate raw material. However, this is the problem of lowering thermal shock resistance and the opposite effect.
上述のようなコランダム配合による強度向上手段では、コランダム配合量が多いほど強度は向上する反面、次の2点の問題が発生する。第一の問題点はコランダムは石英やガラス相に比べるとその重量が大きいため、せっかく高強度にして薄肉軽量化しようとしても、素地の比重が大きくなって実質的にはそれほどの軽量化にはつながらないという点である。また第二の問題点はアルミナのようなコランダムを大量に含む原料は高価であるということである。これらの問題点を解決するためにコランダムを含む原料として焼成するとコランダムおよびムライトを生成する天然鉱石原料またはそれをか焼してコランダムおよびムライトを生成させた原料を用いる方法も開示されている(例えば特許文献3、特許文献4参照)。しかしながらこの方法をもってしてもやはりコランダムの混合による重量増は避けられないし、またこのような天然原料はアルミナよりは安価であるものの、衛生陶器に通常用いられる原料である、陶石・粘土・長石等に比べるとまだ高価である。 In the strength improvement means by corundum blending as described above, the strength increases as the corundum blending amount increases, but the following two problems occur. The first problem is that corundum is heavier than quartz or glass phase, so even if you try to make it stronger and thinner and lighter, the specific gravity of the substrate will increase and the weight will be substantially reduced. It is not connected. The second problem is that a raw material containing a large amount of corundum such as alumina is expensive. In order to solve these problems, a method of using a natural ore raw material that generates corundum and mullite when calcined as a raw material containing corundum or a raw material that is calcined to generate corundum and mullite is also disclosed (for example, (See Patent Document 3 and Patent Document 4). However, even with this method, weight increase due to mixing of corundum is inevitable, and such natural raw materials are cheaper than alumina, but are the raw materials usually used for sanitary ware, pottery stone, clay and feldspar. It is still expensive compared to etc.
また原料の微粒化とフラックス量の調整により強度の向上と焼成時の変形量を低減させる方法には、素地の耐熱衝撃性が低下するため、焼成時に冷却過程におけるヒートショックのため窯サメが発生しやすくなり、またコランダム配合素地のような高い強度発現の効果は得られないという問題点がある。 In addition, the method of improving strength by reducing the atomization of raw materials and adjusting the amount of flux reduces the thermal shock resistance of the substrate, which causes kiln sharks due to heat shock during cooling during firing. In addition, there is a problem that the effect of high strength cannot be obtained as in the case of a corundum-containing base.
このような問題点を解決するために焼成時の変形量を小さくすると共に素地の熱膨張係数を小さくする方法も開示されている(例えば特許文献5参照)。この方法では比重増・価格増につながるコランダムの配合量をそれほど大きくすることなく、高強度でかつ焼成変形が小さな素地を製造することが可能となっているが、耐熱衝撃性の向上という意味では充分ではなく、天然原料の銘柄・ロット差などのバラツキの要因により、窯サメは発生しやすくなっている。 In order to solve such problems, a method of reducing the amount of deformation during firing and reducing the thermal expansion coefficient of the substrate is also disclosed (see, for example, Patent Document 5). With this method, it is possible to produce a substrate with high strength and small firing deformation without increasing the blending amount of corundum that leads to increase in specific gravity and price, but in terms of improving thermal shock resistance Kiln sharks are more likely to occur due to inconsistent factors such as differences in brands and lots of natural raw materials.
また焼成時の変形量を低減させる別の方法としては強熱減量の小さい材料を使用することによりガラス相の量を減らし、焼成収縮を小さくすると共に焼成時の変形を抑える方法も開示されている(例えば特許文献6参照)。しかしながらこの方法を採用するとシャモットのような素地を焼き締めるのが難しくなるような原料を使用せざるを得なくなるため焼成素地の吸水率は15〜20%程度と非常に大きく、これを水廻りの衛生陶器として用いるには凍害や耐汚染性に問題がある。 As another method for reducing the amount of deformation during firing, a method of reducing the amount of glass phase by using a material with a small loss on ignition, reducing the shrinkage during firing and suppressing the deformation during firing is also disclosed. (For example, refer to Patent Document 6). However, if this method is adopted, raw materials such as chamotte that are difficult to bake down must be used, so the water absorption rate of the calcined base is very large, about 15 to 20%. When used as sanitary ware, there are problems with frost damage and contamination resistance.
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、本発明の課題は、特に薄肉軽量化に適した高強度で焼成変形量が小さく、また窯サメの発生がない高い耐熱衝撃性を持つ衛生陶器素地を提供することである。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to provide a high thermal shock resistance that is particularly suitable for reduction in thickness and weight, has a small amount of firing deformation, and does not generate kiln sharks. It is to provide a sanitary ware body with.
上記目的を達成するために請求項1記載の発明によれば、ガラス相と結晶相からなり、結晶相の主成分を石英とする衛生陶器用陶磁器素地であって、前記衛生陶器用陶磁器素地の切断面をレーザー顕微鏡(対物レンズ10倍)を用いて1mm2以上の大きさの視野で10画面以上観察したときの80μm以上の石英粒子の存在確率が1mm2あたり1個以下であることを特徴とする衛生陶器用陶磁器素地を提供することにより、素地の耐熱衝撃性を損なうような石英粒子全体の微粒化を伴うことなしに、マイクロクラック発生による強度低下を防ぐことができるため、高強度でありながら焼成変形量が小さく、また高い耐熱衝撃性を持つ衛生陶器の製造が可能となった。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a ceramic body for sanitary ware comprising a glass phase and a crystal phase, wherein the main component of the crystal phase is quartz, The existence probability of quartz particles of 80 μm or more is 1 or less per 1 mm 2 when the cut surface is observed with a laser microscope (10 × objective lens) in a field of view of 1 mm 2 or more for 10 screens or more. By providing a ceramic base material for sanitary ware, it is possible to prevent a decrease in strength due to the occurrence of microcracks without accompanying the atomization of the entire quartz particles that impair the thermal shock resistance of the base material. In spite of this, it became possible to produce sanitary ware with a small amount of firing deformation and high thermal shock resistance.
また、請求項2記載の発明によれば、吸水率を大きくするシャモットのような原料を使うことなしに前記衛生陶器用陶磁器素地の吸水率が3wt%以下であることを特徴とする衛生陶器用陶磁器素地を提供することができるため、高強度であることと耐汚染性・耐凍害性の両立が可能となった。 Further, according to the invention described in claim 2, the hygroscopic rate of the sanitary ware ceramic body is 3 wt% or less without using a raw material such as chamotte which increases the water absorption rate. Since a ceramic body can be provided, both high strength and resistance to contamination and frost damage can be achieved.
また、請求項3記載の発明によれば、粗粒石英分の除去によりマイクロクラックの発生による強度低下を防止することができるため、前記衛生陶器用陶磁器素地の無釉曲げ強度が100MPa以上であることを特徴とする衛生陶器用陶磁器素地を提供することができ、衛生陶器の薄肉化を破損などの危険性なく達成することが可能となった。 Further, according to the invention described in claim 3, since the strength reduction due to the generation of microcracks can be prevented by removing the coarse quartz component, the unglazed bending strength of the ceramic body for sanitary ware is 100 MPa or more. This makes it possible to provide a sanitary ware ceramic body, which can achieve sanitary ware thickness reduction without risk of damage.
また、請求項4記載の発明によれば、前記衛生陶器用陶磁器素地を構成する主成分の組成がSiO2:45〜69wt%、Al2O3:20〜45wt%であり、Na2O、K2O、Li2Oからなる群から選ばれた少なくとも1種の成分とCaO、MgO、BaOからなる群から選ばれた少なくとも1種の成分との和:3〜6wt%であり、結晶相主成分として前記石英とムライトを、あるいは石英とムライトとコランダムを含み、該石英の含有量が5〜30wt%であり、該ムライトの含有量が10〜30wt%であり、該コランダムの含有量が0〜20wt%であることを特徴とする衛生陶器用陶磁器素地を提供することにより、さらに高強度でありながら焼成変形量が小さく、また高い耐熱衝撃性を持つ衛生陶器の製造が可能となった。 Further, according to the invention of claim 4, wherein the composition of the main component of the sanitary ware for ceramic green body SiO 2: 45~69wt%, Al 2 O 3: a 20 to 45 wt%, Na 2 O, The sum of at least one component selected from the group consisting of K 2 O and Li 2 O and at least one component selected from the group consisting of CaO, MgO, and BaO: 3 to 6 wt%, and the crystal phase The main component includes the quartz and mullite, or quartz, mullite, and corundum, the quartz content is 5 to 30 wt%, the mullite content is 10 to 30 wt%, and the corundum content is By providing a ceramic body for sanitary ware characterized by being 0 to 20 wt%, it is possible to produce sanitary ware with high strength, small amount of fired deformation, and high thermal shock resistance. It became.
また、請求項5記載の発明によれば、前記コランダムが、前記衛生陶器要陶磁器素地の原料として用いられる焼成したばん土頁岩に含まれるものであることを特徴とする衛生陶器用陶磁器素地を提供することにより、より低コストで耐熱衝撃性に優れた衛生陶器の製造が可能となった。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a ceramic body for sanitary ware, wherein the corundum is contained in a fired porcelain shale used as a raw material of the sanitary ware required ceramic body. This makes it possible to manufacture sanitary ware with superior thermal shock resistance at lower cost.
また、請求項6記載の発明によれば、無釉曲げ強度が100MPa以上であり、耐熱衝撃性が160℃以上であることを特徴とする衛生陶器用陶磁器素地を提供することにより、薄肉化しても窯サメの発生がない耐熱衝撃性に優れた軽量の衛生陶器の製造が可能となった。 Further, according to the invention described in claim 6, by providing a ceramic base for sanitary ware, characterized in that the unglazed bending strength is 100 MPa or more and the thermal shock resistance is 160 ° C. or more. In addition, it has become possible to manufacture lightweight sanitary ware with excellent thermal shock resistance without generation of kiln sharks.
また、請求項7記載の発明によれば、前記衛生陶器用陶磁器素地の製造工程における焼成工程での無釉テストピースによる焼成変形量が17mm以下であることを特徴とする衛生陶器用陶磁器素地を提供することにより、薄肉でシャープな形状の衛生陶器の製造が可能となった。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the sanitary ware ceramic body according to claim 7, wherein the sanitary ware ceramic body has a firing deformation amount of 17 mm or less in the firing process in the firing process of the sanitary ware ceramic body manufacturing process. By providing, it became possible to manufacture sanitary ware with a thin and sharp shape.
本発明によれば、高強度で焼成変形が小さくかつ耐熱衝撃性に優れた衛生陶器要素地、及びその製造方法を提供することにより、薄肉軽量の衛生陶器を可能とするという効果がある。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, there exists an effect of enabling a thin-walled lightweight sanitary ware by providing the sanitary ware element ground which is high intensity | strength, has small baking deformation, and was excellent in the thermal shock resistance, and its manufacturing method.
本発明における衛生陶器用陶磁器素地はガラス相と結晶相からなる。そして結晶相の主成分としては石英を含んでおり、1mm2あたりの80μm以上の石英粒子が1個以下であることをその特徴としている。石英粒子の粗粒分として、80μm以上の石英粒子の存在確率が1mm2あたり1個を超えると、素地強度が低下する不具合が生じる。なお好ましい1mm2あたりの80μm以上の石英粒子の個数に下限はなく0個であっても差し支えないが、工業的には0.01個以下にするのはコストアップの要因となる。 The ceramic body for sanitary ware according to the present invention comprises a glass phase and a crystal phase. The main component of the crystal phase is quartz, which is characterized by one or less quartz particles of 80 μm or more per 1 mm 2 . When the existence probability of quartz particles of 80 μm or more exceeds 1 per 1 mm 2 as the coarse particles of the quartz particles, there is a problem that the substrate strength is lowered. The preferable number of quartz particles of 80 μm or more per 1 mm 2 is not limited and may be zero, but industrially, it is 0.01 or less because of cost increase.
ここで定義する粗粒石英粒子の存在確率は、素地の切断面を顕微鏡で1mm2以上の大きさの視野で10画面以上観察し1辺が80μm以上の石英粒子の数を数えることにより決定するものとする。即ち、1mm2の大きさの顕微鏡視野を100画面観察して、80μm以上の石英粒子が合計200個観察されたとすると、存在確率は1mm2あたり2個であると計算できる。
なお石英粒子は不定形をしているのでそのさしわたしで最大の距離を石英粒子の粒径とする。例えば90μm×10μmの長方形の粒子が顕微鏡視野で観察されたとするとこれも80μm以上の粒子とカウントする。
The existence probability of coarse quartz particles defined here is determined by observing 10 or more screens of the cut surface of the substrate with a microscope in a field of view of 1 mm 2 or more and counting the number of quartz particles having a side of 80 μm or more. Shall. That is, if 100 microscopic fields having a size of 1 mm 2 are observed on 100 screens and a total of 200 quartz particles of 80 μm or more are observed, the existence probability can be calculated to be 2 per 1 mm 2 .
Since the quartz particles are indefinite, the maximum distance is the size of the quartz particles. For example, if 90 μm × 10 μm rectangular particles are observed in the microscope field, they are also counted as particles of 80 μm or more.
本発明における衛生陶器用陶磁器素地の吸水率は好ましくは3wt%以下、さらに好ましくは0.1wt%以下である。吸水率が好ましい値より大きくなると衛生陶器の使用環境において吸水が発生して凍害が発生したり、耐汚染性に問題が生じたりする。なお好ましい吸水率に下限はないが、工業的には0.001%以下にするのはコストアップの要因となる。このように吸水率が小さく焼き締めるためにはシャモットのような仮焼粘土を用いることは好ましくなく、また後述するようにフラックス成分の量を調節する必要がある。 The water absorption rate of the ceramic body for sanitary ware in the present invention is preferably 3 wt% or less, more preferably 0.1 wt% or less. If the water absorption rate is higher than a preferable value, water absorption occurs in the environment where the sanitary ware is used, and frost damage occurs or a problem arises in contamination resistance. Although there is no lower limit to the preferred water absorption rate, industrially setting it to 0.001% or less causes a cost increase. In order to sinter with such a small water absorption rate, it is not preferable to use calcined clay such as chamotte, and it is necessary to adjust the amount of the flux component as described later.
本発明における衛生陶器用陶磁器素地の無釉曲げ強度は好ましくは100MPa以上である。無釉曲げ強度が100MPaより小さいと衛生陶器の薄肉軽量化を行うのに十分な
強度を確保することができない。なお好ましい無釉曲げ強度には上限はないが、工業的には300MPa以上のものは経済的に生産することが難しい。この曲げ強度を上げる手段として、本発明においては石英粒子の粗粒分をなるべく少なくする手段を採用している。
The unglazed bending strength of the sanitary ware ceramic body in the present invention is preferably 100 MPa or more. When the bendingless bending strength is less than 100 MPa, it is not possible to secure sufficient strength for reducing the thickness and weight of sanitary ware. Although there is no upper limit to the preferred bending strength, it is difficult to produce economically those having 300 MPa or more industrially. As means for increasing the bending strength, the present invention employs means for reducing the coarse content of quartz particles as much as possible.
本発明における好ましい衛生陶器素地の構成は、主成分の組成がSiO2:45〜69wt%、Al2O3:20〜45wt%であり、Na2O、K2O、Li2Oからなる群から選ばれた少なくとも1種の成分とCaO、MgO、BaOからなる群から選ばれた少なくとも1種の成分との和:3〜6wt%であり、結晶相主成分として前記石英とムライトを、あるいは石英とムライトとコランダムを含み、該石英の含有量が5〜30wt%であり、該ムライトの含有量が10〜30wt%であり、該コランダムの含有量が0〜20wt%である構成である。SiO2の比率が好ましい上限以上になると、粘土やフラックスなどの必要成分を十分な量調合できなくなるので素地の可塑性が低下したり焼結が十分に進まなくなったリする。またSiO2の比率が好ましい下限以下になると十分な石英分を素地に配合できなるなるため、焼成変形量が大きくなり過ぎる。Al2O3の比率が好ましい上限以上になると素地中に含まれるコランダムの量が多すぎるようになり、素地コストが上昇したり比重が大きくなりすぎて軽量化につながらなくなる。Al2O3の比率が好ましい下限以下になると、粘土の配合量が少なくなり過ぎて成形時の素地の可塑性に悪影響を及ぼす。Na2O、K2O、Li2Oからなる群から選ばれた少なくとも1種の成分とCaO、MgO、BaOからなる群から選ばれた少なくとも1種の成分との和が好ましい上限を超えると、素地の焼成変形が大きくなりすぎ、好ましい下限を超えると焼き締りが低下する。本発明における好ましい結晶相の成分は前記石英を必須とし、またガラス相から析出するムライトも必須である。石英が好ましい上限を超えると素地の焼結性が低下し、また好ましい下限を超えると素地の焼成変形が大きくなりすぎる。またムライトの量は粘土分の量の相関があり、ムライト量が好ましい上限を超えると素地の乾燥収縮量が大きくなり過ぎ、また好ましい下限を超えると素地の可塑性が不充分となる。本発明における結晶相成分としてはさらにコランダムを含んでも良い。コランダムは大量に加えると強度は大きくなるもののコストアップや比重増大につながる。そこでコランダムの含有量は好ましくは0〜20wt%であるがさらに好ましくは0〜10wt%であり、必要な強度を確保できる限り、なるべく少ないことが好ましく、0であっても差し支えない。 The composition of the sanitary ware body preferred in the present invention is a group consisting of Na 2 O, K 2 O, and Li 2 O, with the composition of the main components being SiO 2 : 45 to 69 wt%, Al 2 O 3 : 20 to 45 wt%. The sum of at least one component selected from the group consisting of CaO, MgO, BaO and at least one component selected from the group consisting of CaO, MgO, and BaO: 3 to 6 wt%, and the quartz and mullite as crystal phase main components, or Quartz, mullite, and corundum are included, the content of the quartz is 5 to 30 wt%, the content of the mullite is 10 to 30 wt%, and the content of the corundum is 0 to 20 wt%. When the ratio of SiO 2 exceeds the preferable upper limit, it becomes impossible to prepare a sufficient amount of necessary components such as clay and flux, so that the plasticity of the substrate is lowered or the sintering is not sufficiently advanced. If the SiO 2 ratio is less than the preferred lower limit, a sufficient amount of quartz can be added to the substrate, so that the amount of firing deformation becomes too large. When the ratio of Al 2 O 3 exceeds the preferable upper limit, the amount of corundum contained in the substrate becomes too large, and the substrate cost increases or the specific gravity becomes too large to reduce the weight. If the ratio of Al 2 O 3 is less than the preferred lower limit, the amount of clay will be too small, which will adversely affect the plasticity of the substrate during molding. When the sum of at least one component selected from the group consisting of Na 2 O, K 2 O, Li 2 O and at least one component selected from the group consisting of CaO, MgO, BaO exceeds a preferred upper limit The firing deformation of the substrate becomes too large, and when the preferred lower limit is exceeded, the shrinkage is reduced. The preferred component of the crystal phase in the present invention is the above-mentioned quartz, and mullite precipitated from the glass phase is also essential. If quartz exceeds the preferred upper limit, the sinterability of the substrate will decrease, and if the preferred lower limit is exceeded, the firing deformation of the substrate will become too large. The amount of mullite has a correlation with the amount of clay. If the amount of mullite exceeds the preferable upper limit, the amount of drying shrinkage of the substrate becomes too large, and if the amount exceeds the preferable lower limit, the plasticity of the substrate becomes insufficient. The crystal phase component in the present invention may further contain corundum. Adding a large amount of corundum increases the strength but increases the cost and the specific gravity. Therefore, the corundum content is preferably 0 to 20 wt%, more preferably 0 to 10 wt%. It is preferably as small as possible as long as necessary strength can be ensured, and may be 0.
本発明における衛生陶器素地の構成は以上に述べた通りであるがこの素地の最大の特性は高強度であると共に、耐熱衝撃性に優れていることである。即ち従来技術においては素地の微粒化により石英を微粒化してマイクロクラックの発生を抑えることは素地の高強度化には効果があるが、この手法では素地の耐熱衝撃性が低下するため、窯サメの発生には悪影響が出るとされていた。しかしながら本発明においては80μm以上の石英粒子の存在確率を1mm2あたり1個以下に抑えることによりマイクロクラックの発生を極力抑えて高強度であるというメリットを保持しながら、耐熱衝撃性を同時に向上させることができた。 The structure of the sanitary ware base in the present invention is as described above, but the maximum characteristic of this base is high strength and excellent thermal shock resistance. In other words, in the prior art, it is effective to increase the strength of the substrate by suppressing the occurrence of microcracks by atomizing the quartz by atomizing the substrate, but this method reduces the thermal shock resistance of the substrate, so that the kiln shark It was said that the occurrence of this would be adversely affected. However, in the present invention, by suppressing the existence probability of quartz particles of 80 μm or more to 1 or less per 1 mm 2 , the thermal shock resistance is simultaneously improved while maintaining the merit of high strength by suppressing the generation of microcracks as much as possible. I was able to.
本発明における衛生陶器素地の好ましい耐熱衝撃性温度は160℃以上であり、この耐熱衝撃性温度は80μm以上の石英粒子の存在確率をなるべく小さくすることにより大きくすることが可能である。なお耐熱衝撃性の測定方法・評価方法については後述の実施例において詳述する。 The preferred thermal shock resistance temperature of the sanitary ware body of the present invention is 160 ° C. or higher, and this thermal shock resistance temperature can be increased by reducing the existence probability of quartz particles of 80 μm or higher as much as possible. The measurement method / evaluation method of thermal shock resistance will be described in detail in the examples described later.
以上のように従来相反する要素とされてきた強度と耐熱衝撃性の両立を可能とした本技術は、無釉曲げ強度で100MPa以上で耐熱衝撃性が160℃以上というこれまでの衛生陶器では達成不可能な高いレベルで高強度化と高耐熱衝撃性化を達成し、薄肉軽量の衛生陶器の生産が可能となった。 As described above, this technology that enables both strength and thermal shock resistance, which have been considered to be conflicting elements, has been achieved with conventional sanitary ware that has a bending strength of 100 MPa or higher and a thermal shock resistance of 160 ° C or higher. Achieved high strength and high thermal shock resistance at an unacceptable high level, making it possible to produce thin and light sanitary ware.
このような衛生陶器用陶磁器素地は陶石、珪石、珪砂、粘土、コランダム含有原料、焼結フラックス原料等から選ばれた陶磁器素地原料を、焼成後の素地中の石英粒子が1mm2あたりの80μm以上の該石英粒子が1個以下になるように水中に分散混合・粒度調整を施したスラリーを調製し、該スラリーを鋳込成形し、成形体を乾燥後、必要な部分に施釉し、1100〜1300℃で焼成することにより製造することができる。陶石・珪石・珪砂・粘土・焼結フラックス原料等はその原料中に含まれる石英分を除いて溶融してガラス相を形成し、そのガラス相中からムライトが析出する。また珪石・珪砂はその大部分が、また陶石・粘土・焼結フラックス原料等はその一部が石英結晶からなっており、その石英結晶の一部はガラス相中に溶解する。したがって原料中に含まれる石英の粒径は焼成体中に含まれる石英の粒径とは一致せず、焼成体中の石英粒子は原料中の石英粒子の周辺部分がガラス相中に溶解して径が小さくなり、原料中の微粒の石英粒子はガラス相中に完全に溶解してしまう。 Such sanitary ware for ceramic green body pottery stone, silica, silica sand, clay, corundum-containing raw material, a ceramic green body material selected from sintered flux material such as quartz particles in the matrix after firing per 1 mm 2 80 [mu] m A slurry prepared by dispersing and mixing and adjusting the particle size in water so that the number of the quartz particles is 1 or less is prepared, the slurry is cast-molded, the molded body is dried, and then applied to a necessary portion. It can manufacture by baking at -1300 degreeC. Porcelain stone, silica stone, silica sand, clay, sintered flux raw material, etc. are melted by removing the quartz contained in the raw material to form a glass phase, and mullite is precipitated from the glass phase. Further, most of the quartzite and quartz sand, and part of the ceramic stone, clay, and sintered flux raw material are made of quartz crystals, and some of the quartz crystals are dissolved in the glass phase. Therefore, the particle size of the quartz contained in the raw material does not match the particle size of the quartz contained in the fired product, and the quartz particles in the fired product are dissolved in the glass phase around the quartz particles in the raw material. The diameter is reduced, and the fine quartz particles in the raw material are completely dissolved in the glass phase.
したがって石英粒子の粒度コントロールは原料中の粒度コントロールではなく、焼成条件等を考慮して焼成体中の石英の粒度を測定することにより行わなければならない。80μm以上の粗粒分をなるべく少なくする手段としては、まずは陶石・長石・粘土・フラックス原料などの石英結晶を含む原料を用いる場合、なるべく粗粒の石英を含まない銘柄を選ぶことである。粗粒の石英を含む原料を粉砕工程において細かくする手段を用いては、全体的な平均粒度が細かくなりすぎて、素地の耐熱衝撃性が低下してしまう結果になる。 Therefore, the particle size control of the quartz particles must be performed by measuring the particle size of the quartz in the fired body in consideration of the firing conditions, not the particle size control in the raw material. As a means for reducing the coarse particle size of 80 μm or more as much as possible, first, when using a raw material containing quartz crystals such as porcelain stone, feldspar, clay and flux raw material, a brand free from coarse quartz as much as possible is selected. If the raw material containing coarse-grained quartz is made fine in the pulverization step, the overall average particle size becomes too fine, resulting in a decrease in the thermal shock resistance of the substrate.
また、全体的な平均粒度を細かくしすぎると素地の成形時の可塑性が低下するという不具合も生じる。なお好ましいスラリーの平均粒径は4μm以上8μm以下である。また粗粒石英源となる石英分を多く含む原料については、別途粉砕工程を設けて細かくしておいてからスラリーに混合する手段を用いることもできる。 In addition, if the overall average particle size is too fine, there is a problem that the plasticity at the time of forming the substrate is lowered. A preferable average particle size of the slurry is 4 μm or more and 8 μm or less. In addition, a raw material containing a large amount of quartz serving as a coarse quartz source may be provided with a separate pulverization step and finely mixed, and then mixed with the slurry.
また、石英分を陶石・粘土・フラックス原料等に含まれる石英分から採るのではなく粒度コントロールされた珪砂から採ることもできる。しかしながら陶石・粘土・フラックス原料として石英分を実質的に全く含まないものは高価な銘柄が多いので経済性を考慮しながら使用を検討する必要がある。 In addition, the quartz content can be obtained not from the quartz content contained in porcelain stone, clay, flux raw material, etc., but from quartz sand whose particle size is controlled. However, since there are many expensive brands of porcelain stone, clay, and flux materials that do not contain quartz at all, it is necessary to consider their use in consideration of economy.
ただすべての石英分を粒度コントロールされた珪砂から採る場合においても、その粒度コントロールされた珪砂はそのごく一部に粗粒の石英分を含む場合がある。したがって石英分をすべて粒度コントロールされた珪砂を用いる場合でも、また石英分を陶石・珪石・粘土・フラックス原料等からとる場合においても、篩い通しにより粗粒分を除くことは確実な方法である。これはスラリー中の粗粒分の大半は石英分であることから有効な手段であるが、ただし前述のように原料中の石英の粒径と焼成体中の石英の粒径は異なるし、また特に陶石を粉砕した時に生じる粗粒石英分は高いアスペクト比を持つので中止しなければならない。例えば目開き80μm以下の篩を用いれば、焼成時に石英粒子の周囲がガラス相に溶けて径が小さくなるために焼成体中には80μm以上の粒子は絶対に存在しないかというとそうではない。アスペクト比が高い粒子、例えば100μm×30μm×30μmの粒子は80μmの篩の目開きを簡単に通過してしまう。また一般的にふるいの目開きが小さい篩にスラリーを通すのは篩に目詰まりが生じるので工業的には難しく、好ましい篩の目開きは90μm以上である。 Even when all the quartz content is taken from the silica sand whose particle size is controlled, the silica sand whose particle size is controlled may contain a coarse quartz content in a small part thereof. Therefore, it is a reliable method to remove coarse particles by sieving, even when using silica sand whose particle size is controlled for all quartz, and when taking quartz from porcelain stone, silica stone, clay, and flux materials. . This is an effective means because most of the coarse particles in the slurry are quartz, but as mentioned above, the quartz particle size in the raw material and the quartz particle size in the fired body are different, and In particular, the coarse-grained quartz produced when crushing ceramics has a high aspect ratio and must be stopped. For example, if a sieve having an aperture of 80 μm or less is used, the periphery of the quartz particles dissolves in the glass phase during firing, and the diameter becomes small. Therefore, it is not the case that particles of 80 μm or more are absolutely not present in the fired body. Particles having a high aspect ratio, for example, 100 μm × 30 μm × 30 μm, easily pass through the 80 μm sieve mesh. In general, it is industrially difficult to pass the slurry through a sieve having a small sieve opening, because the sieve is clogged. A preferable sieve opening is 90 μm or more.
また、本発明における衛生陶器用素地の原料であるコランダム含有原料として好ましいのは焼成したばん土頁岩である。焼成したばん土頁岩は主成分としてコランダム結晶とムライト結晶を含み、アルミナをコランダム結晶として単独で加える場合と比較して強度は若干低下するものの耐熱衝撃性は向上する。なお原料として用いられるコランダム結晶は石英結晶の場合と異なりガラス相中にはほとんど溶解しないため、原料中の粒子結晶径がほぼそのまま焼成体中の結晶径となる。好ましいコランダム粒子の平均系は2μm〜20μmであり、20μmを超えると強度向上の効果が十分ではなく、2μmより小さくなると分散性が悪くなる。 Also preferred as the corundum-containing raw material, which is a raw material for the sanitary ware base material in the present invention, is a calcined clay shale. The calcined porphyry shale contains corundum crystals and mullite crystals as main components, and the thermal shock resistance is improved, although the strength is slightly reduced as compared with the case where alumina is added alone as corundum crystals. Since the corundum crystal used as the raw material hardly dissolves in the glass phase unlike the case of the quartz crystal, the particle crystal diameter in the raw material almost becomes the crystal diameter in the fired body. The average system of corundum particles is preferably 2 μm to 20 μm. If it exceeds 20 μm, the effect of improving the strength is not sufficient, and if it is smaller than 2 μm, the dispersibility becomes worse.
本発明において用される素地原料を構成する石英・コランダム以外の鉱物を以下にあげる。セリサイト、カオリナイト、パイロフィライト、ディッカイト、ハロイサイトといった粘土鉱物は成形時の可塑性向上のために加えられ、粘土・陶石の主要構成成分である。フラックス鉱物としてはカリ長石、ソーダ長石、カルシウム長石、ドロマイト、ウォラストナイト、ネフェリンサイアナイト、タルク、ペタライト、カルサイト、マグネサイト、炭酸バリウム等をあげることができ、これらはNa2O、K2O、Li2O、CaO、MgO、BaOなどの焼結助剤として働くフラックス成分源となる鉱物である。 The minerals other than quartz and corundum constituting the raw material used in the present invention are listed below. Clay minerals such as sericite, kaolinite, pyrophyllite, dickite and halloysite are added to improve plasticity during molding and are the main constituents of clay and ceramic stone. Examples of the flux minerals include potassium feldspar, soda feldspar, calcium feldspar, dolomite, wollastonite, nepheline sianite, talc, petalite, calcite, magnesite, barium carbonate, and the like. These are Na 2 O, K 2. It is a mineral serving as a flux component source that acts as a sintering aid such as O, Li 2 O, CaO, MgO, BaO.
また、本発明における衛生陶器用素地の成形方法はスラリーを用いた鋳込成形であるが、そのスラリーを製造するにおいては原料粉体を水中に分散させる必要があり、そのためには解膠剤が用いられる。解膠剤としては水ガラス、炭酸ナトリウム、フミン酸ナトリウム、ポリアクリル酸ナトリウム、アクリル酸オリゴマーアンモニウム塩などを用いることができる。また成形体の強度が特に必要な場合にはスラリーにバインダーを加えることもでき、各種エマルジョン系バインダー、カルボキシルメチルセルロースナトリウム、ポリビニルアルコール、デキストリン、アラビアゴム、トラガガントゴム、メチルセルロース、ペプトン、水溶性デンプン、コロイダルシリカなどのバインダーを用いることができる。 Further, the method for forming a sanitary ware base material according to the present invention is cast molding using a slurry. In order to produce the slurry, it is necessary to disperse the raw material powder in water. Used. As the peptizer, water glass, sodium carbonate, sodium humate, sodium polyacrylate, acrylic acid oligomer ammonium salt, or the like can be used. In addition, when the strength of the molded body is particularly necessary, a binder can be added to the slurry. Various emulsion binders, sodium carboxymethyl cellulose, polyvinyl alcohol, dextrin, gum arabic, tragagant rubber, methyl cellulose, peptone, water-soluble starch, colloidal silica A binder such as can be used.
スラリーの調製方法はシリンダーミル・ビーズミルなどを用いた湿式粉砕工程でも、粒度コントロールされた原料を用いたブランジャー混合でも良いが、前述のような粗粒石英分の管理を行う必要がある。調製が終了したスラリーは石膏鋳込成形や加圧鋳込成形を用いて成形され、その後乾燥・施釉・1100〜1300℃の温度で焼成という従来技術の工程を経て衛生陶器になる。 The slurry may be prepared by wet pulverization using a cylinder mill, bead mill or the like, or by blender mixing using a raw material whose particle size is controlled, but it is necessary to manage the coarse quartz as described above. The prepared slurry is formed using gypsum casting or pressure casting, and then becomes a sanitary ware through the steps of the prior art of drying, glazing, and firing at a temperature of 1100 to 1300 ° C.
この焼成工程における好ましい焼成変形量は17mm以下であり、好ましい範囲を超えると十分な薄肉軽量化が難しくなる。なお好ましい焼成変形量には下限値はないが、工業的には焼成変形量を5mm以下にすることは難しい。なおここで言う焼成変形量の測定方法については実施例において詳述する。このように焼成変形量を小さく抑えるためには前述のように平均粒径を小さくすることによりフラックス成分量を抑えても焼結が進むようにする必要があるが、単純に粉砕により平均粒径を小さくしていくと耐熱衝撃性が悪化する。そこで本発明における技術である、粗粒石英粒子の存在確率を小さくすることにより、強度・焼成変形・耐熱衝撃性の3つの値を薄肉軽量化衛陶に適した値にコントロールすることが可能となり、現行の衛生陶器から20〜30%の薄肉軽量化が可能となる。 The preferred amount of firing deformation in this firing step is 17 mm or less, and if it exceeds the preferred range, it will be difficult to reduce the thickness and weight sufficiently. Although there is no lower limit for the preferred amount of firing deformation, it is difficult to make the amount of firing deformation 5 mm or less industrially. In addition, the measuring method of the amount of baking deformation said here is explained in full detail in an Example. As described above, in order to suppress the amount of firing deformation to be small, it is necessary to allow sintering to proceed even if the amount of flux components is suppressed by reducing the average particle size as described above. The thermal shock resistance deteriorates as the value is reduced. Therefore, by reducing the existence probability of coarse-grained quartz particles, which is a technology in the present invention, it becomes possible to control the three values of strength, fired deformation, and thermal shock resistance to values suitable for thin-walled lightweight sanitary ware. It is possible to reduce the thickness and weight by 20-30% from the current sanitary ware.
以下に本発明の実施例を説明する。
表1は、実施例で使用した原料の化学組成を示す。これらはすべて天然原料であり、示した化学組成は代表値である。また含有鉱物はXRD定量分析により推定したものであり、それぞれの鉱物の純粋な化学組成の合計とは誤差がある。
Examples of the present invention will be described below.
Table 1 shows the chemical composition of the raw materials used in the examples. These are all natural raw materials, and the chemical compositions shown are representative values. The minerals contained are estimated by XRD quantitative analysis, and there is an error from the sum of the pure chemical composition of each mineral.
陶石はセリサイト系、カオリナイト系で低純度と高純度のものを用い、高純度のものはほぼ純粋な粘土鉱物であるセリサイト、カオリナイトであるが、低純度のものは大量に石英分を含んでいる。蛙目粘土、長石も石英分を含んでいる。焼成ばん土頁岩は天然原料であるばん土頁岩を仮焼してコランダム約80wt%、ムライト約10wt%、ガラス成分約10wt%の組成にしたものである。カオリン鉱物とは、カオリナイト以外にデイカイト、パイロフィライト、ハロイサイトも含めたものであり、このカオリン鉱物とセリサイトの総量が全原料に含まれる粘土鉱物量である。 Porcelain stones are sericite-type and kaolinite-type low-purity and high-purity ones. High-purity ones are sericite and kaolinite, which are almost pure clay minerals. Contains minutes. Sasame clay and feldspar also contain quartz. The calcined porphyry shale is obtained by calcining natural porphyry shale shale to a composition of about 80 wt% corundum, about 10 wt% mullite, and about 10 wt% glass component. The kaolin mineral includes not only kaolinite but also daykite, pyrophyllite and halloysite, and the total amount of kaolin mineral and sericite is the amount of clay mineral contained in all raw materials.
表2及び表3に本発明における比較例及び実施例にかかる素地の使用原料、原料中の含有組成鉱物、原料平均粒子系、焼成温度、素地組成、粗粒石英量、及び素地物性を示す。それぞれの表示方法、調合方法、測定方法、評価方法は下記の通りである。
表2、表3における原料調合有無とは、表1に示す各原料を用いたことをあらわしており、それぞれの調合比を合計すると表2・表3に示す原料中鉱物組成の比になっている。
それぞれの組成の原料に水と解膠剤として粘性が200−400CPの範囲となるように解膠剤としての水ガラスを添加し、ボールミルで粉砕してスラリーを調製した。なおスラリーの体積濃度はスラリー中の粉の体積濃度で49−52vol%である。スラリー中の原料の平均粒径はレーザー散乱方式の粒度分布測定装置(日機装(株)製マイクロトラックMT-3000)で測定し、累積体積50%の粒径で表示した。
Tables 2 and 3 show the raw materials used for the bases according to the comparative examples and examples in the present invention, the contained composition minerals in the raw materials, the raw material average particle system, the firing temperature, the base composition, the amount of coarse quartz, and the physical properties of the bases. Each display method, preparation method, measurement method, and evaluation method are as follows.
The presence / absence of raw material preparation in Tables 2 and 3 indicates that the raw materials shown in Table 1 were used, and when the respective preparation ratios were summed, the ratio of the mineral composition in the raw materials shown in Tables 2 and 3 was obtained. Yes.
Water glass as a peptizer was added to the raw materials of each composition so that the viscosity of water and peptizer was in the range of 200-400 CP, and pulverized with a ball mill to prepare a slurry. The volume concentration of the slurry is 49-52 vol% in terms of the volume concentration of the powder in the slurry. The average particle size of the raw material in the slurry was measured with a laser scattering type particle size distribution measuring device (Microtrack MT-3000 manufactured by Nikkiso Co., Ltd.) and displayed as a particle size with a cumulative volume of 50%.
次にこのスラリーを石膏型に流し込み、後述する所定の形状のテストピースを作成した。それぞれのテストピースは乾燥後、1200℃、ソーキング時間30分にて焼成した。
それぞれの素地の化学組成は焼成素地のXRF分析により行い、各酸化物の量を定量した。各焼成素地のXRD分析においては石英・ムライト・コランダム以外のピークは観察できず、またコランダムのピークが観察できたものは原料としてコランダムを加えたものだけであった。そこでXRD分析により、焼成素地中のムライト・石英・コランダムを定量した。素地組成における結晶相の量はムライト・石英・コランダムの量の総計で表示しガラス相の量は100%から上記結晶相の量を差し引いた量として表示した。また焼成フラックス量は素地の化学組成のうちNa2O、K2O、CaO、MgOの量の総計として表示した。
Next, this slurry was poured into a gypsum mold to prepare a test piece having a predetermined shape to be described later. Each test piece was baked after drying at 1200 ° C. for 30 minutes.
The chemical composition of each substrate was determined by XRF analysis of the calcined substrate, and the amount of each oxide was quantified. In the XRD analysis of each calcined substrate, peaks other than quartz, mullite, and corundum could not be observed, and the corundum peaks could only be observed when corundum was added as a raw material. Therefore, XRD analysis was used to quantify mullite, quartz, and corundum in the fired substrate. The amount of crystal phase in the base composition was expressed as the total amount of mullite, quartz and corundum, and the amount of glass phase was expressed as 100% minus the amount of crystal phase. Moreover, the amount of calcination flux was displayed as the total amount of Na 2 O, K 2 O, CaO, and MgO in the chemical composition of the substrate.
粗粒石英量は以下のようにして求めた。テストピースの切断面をラップし、フッ酸0.5wt%溶液に1時間浸漬した。洗浄・乾燥後サンプルを共焦点レーザー顕微鏡(オリンパスOLS1100)を用いて石英粒子を観察した。なお観察条件は対物レンズ10倍で視野範囲は1.28mm×0.96mm(1.23mm2)とした。なお図1に実施例2の、図2に比較例1の観察例を示す。黒く見えるマトリックス相がガラス相であり、白い粒子が石英結晶粒子である。なおムライト結晶粒子はガラス相に覆われているためにこの写真では観察できないがフッ酸によるエッチング条件をもっと厳しくしてガラス相を溶解させると観察することができる。なお実施例2における白い粒子には微量含まれているコランダム粒子も含まれるが、コランダム粒子はすべて30μm以下の粒径まで微粉砕されている。それぞれの視野におけるさしわたしの最大径で80μm以上の石英粒子の数をカウントした。そしてそれぞれのサンプルで任意の10箇所以上を測定し、その平均から1mm2あたりの80μm以上の石英粒子の個数を計算した。 The amount of coarse-grained quartz was determined as follows. The cut surface of the test piece was wrapped and immersed in a 0.5 wt% hydrofluoric acid solution for 1 hour. After washing and drying, the sample was observed for quartz particles using a confocal laser microscope (Olympus OLS1100). The observation conditions were 10 times the objective lens and the field of view range was 1.28 mm × 0.96 mm (1.23 mm 2 ). FIG. 1 shows an observation example of Example 2, and FIG. The matrix phase that appears black is the glass phase, and the white particles are the quartz crystal particles. The mullite crystal particles are covered with the glass phase and cannot be observed in this photograph, but can be observed when the glass phase is dissolved by stricter etching conditions with hydrofluoric acid. The white particles in Example 2 include corundum particles contained in a trace amount, but all the corundum particles are finely pulverized to a particle size of 30 μm or less. In each field of view, I counted the number of quartz particles with a maximum diameter of 80 μm or more. Then, 10 or more arbitrary positions were measured for each sample, and the number of quartz particles of 80 μm or more per 1 mm 2 was calculated from the average.
素地物性のうち吸水率は、完全乾燥したテストピースを2時間煮沸し、さらに24時間放置したときの重量増加率で評価した。焼成収縮率は焼成前後でのテストピースの径方向の長さ変化より求めた。強度は、φ13×130mmのテストピースにより、スパン100mm、クロスヘッドスピード2.5mm/minの条件で3点曲げ方法で測定した。焼成変形量は、幅30mm、厚み15mm、長さ260mmの未焼成の試験片を焼成時にスパン200mmで支持しておき、焼成後のたわみ量と試験片の厚みを測定した。このときのたわみ量は焼成後の試験片の厚みの二乗に反比例するので、次の式で、厚みが10mmの時に換算したたわみ量を焼成変形量とした。
焼成変形量=たわみ量測定値×(焼成後の試験片の厚み)2/102
Of the physical properties, the water absorption rate was evaluated by the rate of weight increase when a completely dried test piece was boiled for 2 hours and allowed to stand for 24 hours. The firing shrinkage was determined from the change in the length of the test piece in the radial direction before and after firing. The strength was measured by a three-point bending method using a test piece of φ13 × 130 mm under a span of 100 mm and a crosshead speed of 2.5 mm / min. Regarding the amount of firing deformation, an unfired test piece having a width of 30 mm, a thickness of 15 mm, and a length of 260 mm was supported with a span of 200 mm during firing, and the amount of deflection after firing and the thickness of the test piece were measured. Since the amount of deflection at this time is inversely proportional to the square of the thickness of the test piece after firing, the amount of deflection converted when the thickness is 10 mm is defined as the amount of firing deformation in the following equation.
Firing deformation amount = amount of deflection measurements × (thickness after firing of the test piece) 2/10 2
耐熱衝撃性は、幅25×厚み10×長さ110mmの焼成したテストピースを、所定温度で3時間保持した後、水中に投入して急冷し、クラック発生の有無をチェックし評価した。そして10℃ずつ急冷温度を上げていき、クラックが生じない最大温度差を耐熱衝撃性として示した。 The thermal shock resistance was evaluated by holding a fired test piece having a width of 25 × thickness of 10 × length of 110 mm at a predetermined temperature for 3 hours, and then cooling it by placing it in water to check for the occurrence of cracks. The rapid cooling temperature was increased by 10 ° C., and the maximum temperature difference at which no cracks occurred was shown as thermal shock resistance.
比較例1は、従来より衛生陶器の生産に使用されている一般的な素地である。このような素地では、衛生陶器のような大型複雑形状品を薄肉にて試作した場合、製品の変形が大きく生産に不適当である。 The comparative example 1 is a general base material conventionally used for the production of sanitary ware. In such a substrate, when a large complex shape product such as sanitary ware is prototyped with a thin wall, the deformation of the product is large and it is not suitable for production.
比較例2は、比較例1を微粒化することにより素地強化と焼成変形の低減を図った、従来技術の素地である。このような素地では、耐熱衝撃性が大幅に低下するために窯サメが発生しやすくなり、また素地の可塑性が悪く加工性の悪化、乾燥キレの発生が大きいこと等から生産性が悪いという問題がある。 Comparative Example 2 is a prior art substrate in which the substrate is strengthened and firing deformation is reduced by atomizing Comparative Example 1. In such a substrate, the thermal shock resistance is greatly reduced, so that it is easy to generate kiln sharks, and the substrate is poor in plasticity, the workability is deteriorated, and the production of dry cracks is large. There is.
比較例3は、高純度セリサイト陶石、高純度カオリン陶石および高純度の石英粒子を用い、90μm目開きの篩通しにより粗粒を除去した素地である。この素地では石英粒子が粗いため篩通しをしてもアスペクト比が大きな粗粒石英粒子を除くことができず、また平均粒径も粗いため強度が低く、焼成変形が大きくなるため、薄肉衛生陶器の作製に不適である。 Comparative Example 3 is a substrate from which coarse particles are removed by sieving with an opening of 90 μm using high-purity sericite porcelain, high-purity kaolin porcelain and high-purity quartz particles. In this substrate, since the quartz particles are coarse, coarse quartz particles with a large aspect ratio cannot be removed even through sieving, and because the average particle size is also coarse, the strength is low and the firing deformation is large. It is unsuitable for making.
比較例4は、比較例1の調合比をベースとした素地ににばん土頁岩を添加し、素地の高強度化を図った素地である。この素地では、コランダムの添加効果により強度は向上するものの、粗粒石英の存在により薄肉化による軽量効果が得られるほどの強度は得られておらず、また平均粒径も粗いため焼成変形も大きい。 The comparative example 4 is a base material in which a base clay is added to the base material based on the mixing ratio of the comparative example 1 to increase the strength of the base material. In this substrate, the strength is improved by the addition effect of corundum, but the strength to obtain the light weight effect due to thinning is not obtained due to the presence of coarse quartz, and the average particle size is also coarse, so the firing deformation is large. .
比較例5は、比較例2と同様に比較例1を微粒化したものであるが、素地の可塑性が悪化しないよう粒度をやや粗く設計してある。この場合は強度の向上効果があまり得られない。 Comparative Example 5 is obtained by atomizing Comparative Example 1 in the same manner as Comparative Example 2, but the particle size is designed to be slightly coarse so that the plasticity of the substrate does not deteriorate. In this case, the effect of improving the strength is not obtained so much.
比較例6は、粗粒石英を90μm目開きの篩通しにより除去した素地であるが、平均粒径が粗いため粗粒石英を充分に除くことができず、強度の向上効果があまり得られない。 Comparative Example 6 is a substrate obtained by removing coarse quartz by passing through a sieve having an opening of 90 μm. However, since the average particle size is coarse, the coarse quartz cannot be sufficiently removed, and the effect of improving the strength is not obtained so much. .
比較例7は、比較例3の素地に含まれる高純度石英を、調合前にあらかじめ粉砕し微粒化しておき、素地を作製したものである。この素地では、やや強度の向上が見られるが、100Mpa以上の高い強度は得られていない。 In Comparative Example 7, high purity quartz contained in the base material of Comparative Example 3 was pulverized and atomized in advance before preparation to prepare a base material. In this substrate, the strength is slightly improved, but a high strength of 100 Mpa or more is not obtained.
以上のようにすべての比較例の素地は80ミクロン以上の粗粒石英のの存在確率は1mm2あたり3個以上あり、また耐熱衝撃性も低い。また耐熱衝撃性、強度、焼成変形量を総合して評価して衛生陶器の薄肉化には向いていない。 As described above, the bases of all the comparative examples have a probability of existence of coarse quartz of 80 microns or more per 3 mm 2 and have low thermal shock resistance. Moreover, it is not suitable for thinning sanitary ware by comprehensively evaluating the thermal shock resistance, strength, and amount of fire deformation.
実施例1は、比較例7をベースにして、粗粒石英を90μm目開きの篩通しにより除去した素地である。 Example 1 is a base material obtained by removing coarse-grained quartz through a sieve having an opening of 90 μm, based on Comparative Example 7.
実施例2乃至4は、ばん土頁岩を原料として添加している。
実施例2は、比較例3を微粒化してばん土頁岩を添加したものであるが、素地の可塑性が悪化しないよう粒度が細かすぎないように調節している。
実施例3は、実施例2を90μm目開きの篩通しにより粗粒石英をさらに除去した素地である。
実施例4は実施例3中の陶石に含まれる石英を用いず、高純度セリサイト陶石、高純度カオリン陶石および粉砕により微粒化した高純度の石英粒子を用い、さらに90μm目開きの篩通しにより粗粒石英を除去した素地である。
In Examples 2 to 4, a clay shale is added as a raw material.
In Example 2, Comparative Example 3 was atomized and added with porphyry shale, but the particle size was adjusted so as not to be too fine so as not to deteriorate the plasticity of the substrate.
Example 3 is a substrate obtained by further removing coarse quartz from Example 2 by passing through a sieve having an opening of 90 μm.
Example 4 does not use the quartz contained in the porcelain stone of Example 3, but uses high-purity sericite porcelain, high-purity kaolin porcelain, and high-purity quartz particles atomized by pulverization, and further has an opening of 90 μm. This is a substrate from which coarse quartz is removed by sieving.
ばん土頁岩に含まれるコランダムは素地強化になり、また耐熱衝撃性の向上にも効果があるが、粗粒石英分の除去と組み合わせることにより、コストアップ、比重増大につながるコランダム量を10wt%未満に抑え、コランダムによる素地強化の効果を効率よく引き出すことが出来る。 Corundum contained in the porphyry shale strengthens the substrate and is effective in improving thermal shock resistance, but when combined with the removal of coarse-grained quartz, the amount of corundum leading to increased cost and specific gravity is less than 10 wt% The effect of strengthening the substrate by corundum can be efficiently extracted.
以上のようにすべての実施例の素地は80μm以上の粗粒石英の存在確率が1mm2あたり1個以下であり、高い耐熱衝撃性を呈する。また耐熱衝撃性、強度、焼成変形量を総合して評価して衛生陶器の薄肉化には向いている素地であって、現行の衛生陶器から20〜30%の薄肉軽量化を可能とする。
As described above, in the substrates of all the examples, the existence probability of coarse quartz of 80 μm or more is 1 or less per 1 mm 2 and exhibits high thermal shock resistance. Moreover, it is a base suitable for thinning sanitary ware by comprehensively evaluating the thermal shock resistance, strength, and amount of fired deformation, and can reduce the thickness and weight by 20-30% from the current sanitary ware.
本発明の衛生陶器用陶磁器素地は、焼成強度が大きく、焼成時の熱変形量が小さく、耐熱衝撃性に優れているため、衛生陶器の薄肉軽量化に利用可能である。
The ceramic body for sanitary ware according to the present invention has a high firing strength, a small amount of thermal deformation during firing, and is excellent in thermal shock resistance. Therefore, it can be used to make sanitary ware thinner and lighter.
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