申请/专利权人：武汉理工大学;潮州市潮安区皓强瓷业有限公司

申请日：2019-04-28

公开（公告）日：2020-10-13

公开（公告）号：CN110028303B

主分类号：C04B33/13(20060101)

分类号：C04B33/13(20060101);C04B33/16(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.10.13#授权;2019.08.13#实质审查的生效;2019.07.19#公开

摘要：本发明涉及日用陶瓷制备技术领域，具体涉及一种利用普通日用陶瓷坯料制备的强化瓷及其制备方法，由以下质量百分比的原料制备：日用陶瓷坯料85％‑90％，滑石3％‑10％，三氟化铝1％‑3％，二氧化钛0‑1％，五氧化二钒0‑1％，氧化镧0‑1％，外加以上原料总质量5‰‑8‰的水玻璃。本发明的强化瓷以普通日用陶瓷坯料为主要原料，外加少量增强剂，所加入的滑石可与泥料中的氧化铝和二氧化硅生成堇青石，有效降低瓷坯的热膨胀系数；五氧化二钒或氧化镧可促进三氟化铝分解、并与泥料中的二氧化硅活化反应，形成针状或晶须状二次莫来石或与二氧化钛高温形成耐热震性的钛酸铝晶体，从而有效提高瓷坯的力学性能和热稳定性能。

主权项：1.一种利用普通日用陶瓷坯料制备的强化瓷，其特征在于，由以下质量百分比的原料制备：日用陶瓷坯料85%-90%，滑石3%-10%，三氟化铝1%-3%，二氧化钛0-3%，五氧化二钒0-1%和氧化镧0-1%，外加以上原料总质量5‰-8‰的水玻璃，其中二氧化钛、五氧化二钒和氧化镧三者不同时为零。

全文数据：一种利用普通日用陶瓷坯料制备的强化瓷及其制备方法技术领域本发明涉及日用陶瓷制备技术领域，具体涉及一种利用普通日用陶瓷坯料制备的强化瓷及其制备方法。背景技术我国是陶瓷生产和消费大国，陶瓷总产量位居世界第一。陶瓷工业庞大的生产规模也产生超高的能耗、大量矿物原料的消耗以及环境污染等一系列问题。此外，我国陶瓷产品质量普遍不高，难于适应人们日常生活对日用陶瓷制品的机械强度、热稳定性和耐磨性要求。为生产制备具有良好机械强度、能够适应机械洗涤和经受器械碰撞而不受损的日用陶瓷，国内外进行了大量强化瓷的研究，目前已开发生产出高铝质、高硅质、镁质和骨质强化瓷等制品。高铝质强化瓷通过在传统日用陶瓷配料中外加10％-30％工业氧化铝，增加瓷坯中刚玉相、减少石英及玻璃相的含量，依靠均匀分布的刚玉相弥散增强，促进针状或网状的莫来石生成，以达到强化坯体的目的；但由于氧化铝含量增加，烧成温度一般高于1350℃，原料成本和能耗显著增加。高硅强化瓷以细小和均匀分散的石英为主晶相，晶界数量增加，使裂纹扩展路径和不规则性增加，有效阻碍裂纹的扩展，从而提高陶瓷制品的机械强度；但石英在升温或降温过程伴随的晶形转变和体积变化，易引起微裂纹的发生，影响陶瓷的力学性能和热稳定性能。镁质强化瓷由于掺入了大量滑石，尽管滑石可有效增加坯体的致密度和机械强度，但大量掺入滑石会导致坯料塑性降低，烧成范围减小，且相组成中顽火辉石的晶型转变易导致坯体的体积变化，产生开裂现象。骨质瓷又称作骨灰瓷，在粘土-石英-长石的三元系统上掺入大量的磷酸盐类骨粉制备而成。由于骨粉用量大、且其价格要远高于其他制瓷原料，极大限制骨质瓷的生产与应用，另外其热稳定性较差、强度略低、工艺控制难度大的致命弱点仍未突破。相较于传统的强化瓷，国内极少有学者和企业技术人员系统利用普通日用陶瓷坯料，开发低成本和高强日用瓷的研究和产品开发。发明内容本发明的目的之一在于提供一种利用普通日用陶瓷坯料制备的强化瓷，具有较好的强度的同时还具有良好的热震性。本发明的目的之二在于提供一种利用普通日用陶瓷坯料制备的强化瓷的制备方法，利用传统日用陶瓷为主要原料，通过添加少许增强剂，既降低日用陶瓷的烧成温度，又有效提高传统陶瓷的强度和热稳定性，工艺简单，节能降耗。本发明实现目的之一所采用的技术方案是：一种利用普通日用陶瓷坯料制备的强化瓷，由以下质量百分比的原料制备：日用陶瓷坯料85％-90％，滑石3％-10％，三氟化铝1％-3％，二氧化钛0-3％，五氧化二钒0-1％和氧化镧0-1％，外加以上原料总质量5‰-8‰的水玻璃。本发明的强化瓷以普通日用陶瓷坯料为主要原料，外加少量增强剂：滑石、三氟化铝、二氧化钛、五氧化二钒和氧化镧，选取水玻璃为电解质，混合料在高温烧制过程中，所加入的滑石可与泥料中的氧化铝和二氧化硅生成堇青石，有效降低瓷坯的热膨胀系数；五氧化二钒或氧化镧可促进三氟化铝分解、并与泥料中的二氧化硅活化反应，形成针状或晶须状二次莫来石或与二氧化钛高温形成耐热震性的钛酸铝晶体，使之形成彼此交织成网增强坯体的强度，从而有效提高瓷坯的力学性能和热稳定性能。优选地，所述日用陶瓷坯料由黏土、长石和石英为主要原料配置而成，其化学组成为：Al2O319％-25％，SiO265％-75％，R2O+RO4％-6％，其中K2O+Na2O不低于2.5％。优选地，所述日用陶瓷坯料的化学组成为：Al2O322％，SiO273％，K2O3％，MgO0.5％，CaO0.5％，Na2O1％。优选地，所述滑石为烧滑石，所述滑石、三氟化铝、二氧化钛、五氧化二钒和氧化镧的粒度为通过100-180目标准筛。本发明实现目的之二所采用的技术方案是：一种所述的利用普通日用陶瓷坯料制备的强化瓷的制备方法，包括以下步骤：1按比例将陶瓷坯料、滑石、三氟化铝、二氧化钛、五氧化二钒和水玻璃进行配料，得到混合物料；2向所述步骤1的混合物料中加入一定量的水，湿法球磨制成泥浆或再经榨泥制成可塑泥料；3将步骤2得到的泥浆或可塑泥料经成型、脱模和烘干后，坯体在1210-1260℃条件下一次烧结制成，随炉冷却后即可得到强化瓷体。步骤3中，将步骤2中的泥浆或者可塑泥料采用注浆成型或可塑辊压成型，将制备好的坯体置于空气中自然风干后，置于80-100℃的烤房中继续干燥；将干燥后的坯体置于耐火板上，在高温炉中升温至设定的烧成温度，并保温30-60min，自然冷却后从高温炉中取出，得到高机械强度的强化瓷体。本发明的制备方法将混合料经湿法球磨制成泥浆或再经榨泥制成可塑泥料，陶瓷坯体可根据产品的形状大小，选取注浆成型或可塑辊压成型制备。坯体脱模后，经烘干和高温烧制陶瓷制品，本发明原料来源广泛，设备简单，且操作方便，生产效率高；工艺流程简单，不影响陶瓷生产的原有工艺流程。本发明的制备方法可在1210℃-1260℃范围内调节产品的烧成温度，低于传统日用陶瓷烧结温度20-70℃，可节约大量能耗。本发明的制备方法既降低日用陶瓷的烧成温度，又有效提高传统陶瓷的强度和热稳定性，可为传统日用陶瓷生产提供一种节能降耗、提高产品质量的技术途径，对日用强化瓷的生产具有重要的技术和经济价值。优选地，所述步骤2中，球磨制备泥浆时的物料：水：磨球介质＝1:0.35-0.4:1.2，所得泥浆的含水为35％-40％，触变性为1.6-2.2。优选地，所述步骤2中，可塑泥料由湿法球磨制成的泥浆经真空榨泥后制得，其含水率为15％-20％。优选地，所述步骤3中，坯体烧制过程中，先以4-6℃min的速率升温至850-950℃，再以2-4℃min的速率升温至1210-1260℃，保温30min后自然冷却至室温，即得所述强化瓷体。本发明的有益效果为：本发明的强化瓷以普通日用陶瓷坯料为主要原料，外加少量增强剂：滑石、三氟化铝、二氧化钛、五氧化二钒和氧化镧，选取水玻璃为电解质，混合料在高温烧制过程中，所加入的滑石可与泥料中的氧化铝和二氧化硅生成堇青石，有效降低瓷坯的热膨胀系数；五氧化二钒或氧化镧可促进三氟化铝分解、并与泥料中的二氧化硅活化反应，形成针状或晶须状二次莫来石或与二氧化钛高温形成耐热震性的钛酸铝晶体，使之形成彼此交织成网增强坯体的强度，从而有效提高瓷坯的力学性能和热稳定性能，所得产品附加值高，成本低廉，有利于大规模生产推广。本发明的制备方法将混合料经湿法球磨制成泥浆或再经榨泥制成可塑泥料，陶瓷坯体可根据产品的形状大小，选取注浆成型或可塑辊压成型制备，坯体脱模后，经烘干和高温烧制陶瓷制品，本发明原料来源广泛，设备简单，且操作方便，烧结范围宽广，生产效率高；工艺流程简单，不影响陶瓷生产的原有工艺流程，易于工业规模化生产。本发明的制备方法可在1210℃-1260℃范围内调节产品的烧成温度，低于传统日用陶瓷烧结温度20-70℃，可节约大量能耗。本发明的制备方法既降低日用陶瓷的烧成温度，又有效提高传统陶瓷的强度和热稳定性，可为传统日用陶瓷生产提供一种节能降耗、提高产品质量的技术途径，对日用强化瓷的生产具有重要的技术和经济价值。本发明中所制备的强化瓷坯体的体积密度介于2.3-2.5gcm3，抗折强度在110-130MPa，比传统日用陶瓷坯弯曲强度提高25％-48％。具体实施方式为更好的理解本发明，下面的实施例是对本发明的进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1称取普通日用陶瓷坯料90％、滑石3％、三氟化铝3％、二氧化钛2％、五氧化二钒1％、氧化镧1％，外加以上原料总质量6‰的水玻璃。按照料：水：磨球介质＝1:0.35:1.2配料，湿法球磨物料1h，所得泥浆的含水为35％-40％，触变性为1.6-2.2，将所得泥浆倒入准备好的石膏模具中。经石膏模具吸浆1.5-2h后，倒出剩余泥浆，并静置1h后脱模，所得坯体放于烘房中烘干。将制备好的干坯放入窑炉中，由室温以4℃min的速率快速升温至850℃，再以2℃min的速率缓慢升温至1260℃，保温60min，烧制结束后随路冷却，得到强化瓷制品。所述日用陶瓷坯料的化学组成为：Al2O322％，SiO273％，K2O3％，MgO0.5％，CaO0.5％，Na2O1％。制得的强化瓷制品吸水率0.25％，密度2.42gcm3，弯曲强度122.4MPa，与传统日用陶瓷坯料在1280℃烧成后相比，降低烧成温度20℃，强度提高了39.2％。经180-200℃热交换无裂纹产生。实施例2：称取普通日用陶瓷坯料85％、滑石10％、三氟化铝3％、二氧化钛1％、五氧化二钒1％，外加以上原料总质量5‰的水玻璃。按照料：水：磨球介质＝1:0.35:1.2配料，湿法球磨物料2h，所得泥浆的含水为35％-40％，触变性为1.6-2.2，将所得泥浆倒入准备好的石膏模具中。经石膏模具吸浆1.5-2h后，倒出剩余泥浆，并静置1h后脱模，所得坯体放于烘房中烘干。将制备好的干坯放入窑炉中，由室温以6℃min的速率快速升温至850℃，再以4℃min的速率缓慢升温至1210℃，保温30min，烧制结束后随路冷却，得到强化瓷制品。所述日用陶瓷坯料的化学组成为：Al2O322％，SiO273％，K2O3％，MgO0.5％，CaO0.5％，Na2O1％。制得的强化瓷制品吸水率0.47％，密度2.41gcm3，弯曲强度123.1MPa，与传统日用陶瓷坯料在1280℃烧成后相比，降低烧成温度70℃，强度提高了40％。经180-200℃热交换后稍有裂纹。实施例3：称取普通日用陶瓷坯料88％、滑石8％、三氟化铝1％、二氧化钛3％，外加以上原料总质量8‰的水玻璃。按照料：水：磨球介质＝1:0.35:1.2配料，湿法球磨物料1.5h，所得泥浆的含水为35％-40％，触变性为1.6-2.2，将所得泥浆倒入准备好的石膏模具中。经石膏模具吸浆1.5-2h后，倒出剩余泥浆，并静置1h后脱模，所得坯体放于烘房中烘干。将制备好的干坯放入窑炉中，由室温以5℃min的速率快速升温至900℃，再以3℃min的速率缓慢升温至1230℃，保温45min，烧制结束后随路冷却，得到强化瓷制品。所述日用陶瓷坯料的化学组成为：Al2O322％，SiO273％，K2O3％，MgO0.5％，CaO0.5％，Na2O1％。制得的强化瓷制品吸水率0.26％，密度2.4gcm3，弯曲强度117.6MPa，与传统日用陶瓷坯料在1280℃烧成后相比，降低烧成温度50℃，强度提高了33.8％。经180-200℃热交换无裂纹产生。实施例4：称取普通日用陶瓷坯料89％、滑石5％、三氟化铝2％、二氧化钛3％、五氧化二钒0.5％、氧化镧0.5％，外加以上原料总质量7‰的水玻璃。按照料：水：磨球介质＝1:0.35:1.2配料，湿法球磨物料1h，所得泥浆的含水为35％-40％，触变性为1.6-2.2，将所得泥浆倒入准备好的石膏模具中。经石膏模具吸浆1.5-2h后，倒出剩余泥浆，并静置1h后脱模，所得坯体放于烘房中烘干。将制备好的干坯放入窑炉中，由室温以6℃min的速率快速升温至900℃，再以3℃min的速率缓慢升温至1250℃，保温30min，烧制结束后随路冷却，得到强化瓷制品。所述日用陶瓷坯料的化学组成为：Al2O322％，SiO273％，K2O3％，MgO0.5％，CaO0.5％，Na2O1％。制得的强化瓷制品吸水率0.19％，密度2.42gcm3，弯曲强度127.8MPa，与传统日用陶瓷坯料在1280℃烧成后相比，降低烧成温度30℃，强度提高了45.4％。经180-200℃热交换无裂纹产生。实施例5：称取普通日用陶瓷坯料90％、三氟化铝3％、五氧化二钒1％、二氧化钛3％、滑石2％、氧化镧1％，外加以上原料总质量6‰的水玻璃。按照料：水：磨球介质＝1:0.4:1.2配料，湿法球磨物料1h，所得泥浆的含水为35％-40％，触变性为1.6-2.2，将泥浆在真空榨泥中除去多余水分，控制泥料含水率15-20％，制得可塑泥料，。将泥料用辊压机可塑辊压成型后放于烘箱中烘干。将制备好的干坯放入窑炉中，由室温以6℃min的速率快速升温至900℃，再以3℃min的速率缓慢升温至1260℃，保温30min，烧制结束后随路冷却，得到强化瓷制品。所述日用陶瓷坯料的化学组成为：Al2O322％，SiO273％，K2O3％，MgO0.5％，CaO0.5％，Na2O1％。制得的强化瓷制品吸水率0.26％，密度2.36gcm3，弯曲强度110.5MPa，与传统日用陶瓷坯料在1280℃烧成后相比，降低烧成温度20℃，强度提高了25.7％。经180-200℃热交换无裂纹产生。实施例6：称取普通日用陶瓷坯料90％、滑石6％、三氟化铝3％、五氧化二钒1％，外加以上原料总质量6‰的水玻璃。按照料：水：磨球介质＝1:0.4:1.2配料，湿法球磨物料1h，所得泥浆的含水为35％-40％，触变性为1.6-2.2，将泥浆在真空榨泥中除去多余水分，控制泥料含水率15-20％，制得可塑泥料。将泥料用辊压机可塑辊压成型后放于烘箱中烘干。将制备好的干坯放入窑炉中，由室温以6℃min的速率快速升温至900℃，再以3℃min的速率缓慢升温至1250℃，保温30min，烧制结束后随路冷却，得到强化瓷制品。所述日用陶瓷坯料的化学组成为：Al2O322％，SiO273％，K2O3％，MgO0.5％，CaO0.5％，Na2O1％。制得的强化瓷制品吸水率0.19％，密度2.44gcm3，弯曲强度129.5MPa，与传统日用陶瓷坯料在1280℃烧成后相比，降低烧成温度30℃，强度提高了47.3％。经180-200℃热交换无裂纹产生。以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

权利要求：1.一种利用普通日用陶瓷坯料制备的强化瓷，其特征在于，由以下质量百分比的原料制备：日用陶瓷坯料85％-90％，滑石3％-10％，三氟化铝1％-3％，二氧化钛0-1％，五氧化二钒0-1％和氧化镧0-1％，外加以上原料总质量5‰-8‰的水玻璃。2.根据权利要求1所述的利用普通日用陶瓷坯料制备的强化瓷，其特征在于：所述日用陶瓷坯料由黏土、长石和石英为主要原料配置而成，其化学组成为：Al2O319％-25％，SiO265％-75％，R2O+RO4％-6％，其中K2O+Na2O不低于2.5％。3.根据权利要求2所述的利用普通日用陶瓷坯料制备的强化瓷，其特征在于：所述日用陶瓷坯料的化学组成为：Al2O322％，SiO273％，K2O3％，MgO0.5％，CaO0.5％，Na2O1％。4.根据权利要求1所述的利用普通日用陶瓷坯料制备的强化瓷，其特征在于：所述滑石为烧滑石，所述滑石、三氟化铝、二氧化钛、五氧化二钒和氧化镧的粒度为通过100-180目标准筛。5.一种如权利要求1-4任一项所述的利用普通日用陶瓷坯料制备的强化瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1按比例将陶瓷坯料、滑石、三氟化铝、二氧化钛、五氧化二钒和水玻璃进行配料，得到混合物料；2向所述步骤1的混合物料中加入一定量的水，湿法球磨制成泥浆或再经榨泥制成可塑泥料；3将步骤2得到的泥浆或可塑泥料经成型、脱模和烘干后，坯体在1210-1260℃条件下一次烧结制成，随炉冷却后即可得到强化瓷体。6.根据权利要求5所述的利用普通日用陶瓷坯料制备的强化瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，球磨制备泥浆时的物料：水：磨球介质＝1:0.35-0.4:1.2，所得泥浆的含水为35％-40％，触变性为1.6-2.2。7.根据权利要求5所述的利用普通日用陶瓷坯料制备的强化瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，可塑泥料由湿法球磨制成的泥浆经真空榨泥后制得，其含水率为15％-20％。8.根据权利要求5所述的利用普通日用陶瓷坯料制备的强化瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤3中，坯体烧制过程中，先以4-6℃min的速率升温至850-950℃，再以2-4℃min的速率升温至1210-1260℃，保温30-60min后自然冷却至室温，即得所述强化瓷体。

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