一种低膨胀高热稳定性陶瓷坯料、低膨胀高热稳定性陶瓷制
品及其制备方法
技术领域
背景技术
[0002]
热膨胀是陶瓷材料的主要性能之一，材料的抗热震性，
复合材料及其
力学性能、
镀膜和涂层、封接和梯度功能、精密测量等都与热膨胀有关。随着饮食业的快速发展和人们生活
水平的不断提高，需要经过煎～炒～烹～炸～炖～煮的多种食品丰富了普通百姓的餐桌，昔日的普通陶质炊具已很难满足人们复杂的烹饪要求，而锂质耐热日用陶瓷的抗热震性能是传统陶瓷炊具的数倍，它甚至能够承受从近1 000到20的冷热冲击并保持完好无损，而
热膨胀系数是影响陶瓷抗热震性最为主要的因素，一般认为，热膨胀系数的绝对值<2×10-2℃的材料为低膨胀，膨胀系数接近于零的材料为超低膨胀。1948年以前，主要使用的低膨胀陶瓷有：
氧化锆、堇青石和
石英玻璃，此后，相继发现铿辉石、锉霞石系统微晶玻璃、钦酸盐等具有低膨胀特性。目前的低膨胀陶瓷制品仍然存在一系列问题需要着力完善。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于克服
现有技术的缺点，提供一种低膨胀高热稳定性陶瓷坯料、低膨胀高热稳定性陶瓷制品及其制备方法。本发明制备的陶瓷制品具有热稳定性高、
膨胀率低的特点。
[0004] 本发明的目的通过以下技术方案来实现：
[0005] 一种低膨胀率高热稳定性陶瓷坯料，包括主料和烧成助剂，所述主料包括：
高岭土55-65 重量份、石英12-14重量份、锂辉石36-39重量份、锂透
长石23-25重量份、滑石2-4重量份、
硅灰石18-22重量份、堇青石10-15重量份、
碳酸钡9-12重量份、
硅酸钙8-10重量份、
硫酸钡6-11重量份、海泡石4-7重量份。
[0006] 进一步的，所述主料包括：高岭土62重量份、石英12重量份、锂辉石38重量份、锂透长石25重量份、滑石2重量份、硅灰石19重量份、堇青石13重量份、碳酸钡12重量份、硅酸钙8重量份、硫酸钡7重量份、海泡石7重量份。
[0007] 进一步的，所述烧成助剂包括：氧化锆5-12重量份、钠长石3-8重量份、
石蜡2-5重量份、粘结剂7-12重量份。
[0008] 进一步的，所述粘结剂包括：氧化锌3-7重量份、松香2-4重量份、硫酸钙7-10重量份。
[0009] 本发明还提供一种用所述低膨胀率高热稳定性陶瓷坯料制作低膨胀率高热稳定性陶瓷制品的方法，包括以下步骤：
[0010] S1配料：按照所述重量份分别称取坯料，初步
粉碎后进行
研磨，过200目筛，得坯料；
[0011] S2球磨：将S1步骤所得粉料放入
球磨机中，按照球：水：粉料＝1：1.2：0.8进行球磨后过400目筛；
[0012] S3
造粒：将S2得到的粉料送入
喷雾干燥塔中，加入粉料总
质量3％-5％的胶黏剂进行喷干造粒，得到陶瓷粉粒；
[0013] S4陈腐：将S3得到的粉粒送入陈腐均化仓进行32-48h的均化陈腐，再成型为坯体后，上釉；S5烧成：将施釉后的坯体送入窑炉中，以250℃/h的升温速率加热至1290-1320℃，保温30-40min，即得到低膨胀率高热稳定性陶瓷制品。
[0014] 进一步的，所述步骤S3所得陶瓷粉粒的粒径为8-20mm，含水率为4-5％。
[0015] 进一步的，所述步骤S3中胶黏剂为质量浓度为8％的聚乙烯醇水溶液。
[0016] 本发明的有益效果为：
[0017] (1)、本发明通过将锂辉石、锂透长石作为坯料的主料，锂质熔液熔解石英的能力较强，较低的范围就能生成热膨胀系数较低的β型锂
铝硅酸盐固熔体，并析出含锂化合物晶体，可使得整个瓷体具有较小的热膨胀系数；锂辉石
焙烧至1000℃左右时迅速转变为β型锂辉石，降低烧成
温度，降低熔体
粘度，提高高温流动性和玻化程度，，降低热膨胀系数，提高热稳定性；锂透长石具有很强的析晶能力，当其从熔体中析出时，因熔体晶格中吸纳了相当数量的 SiO2，使得熔体中游离的SiO2含量减少，因而方石英不会因熔体中SiO2过量而产生，可以减少石英晶型转变带来的体积膨胀，从而降低热膨胀系数，此外透锂长石具有增加坯料的可塑性和促进
烧结的作用强；同时，根据本发明锂辉石、锂透长石和石英的重量比例，由于Li2o /SiO2比值越高，则热膨胀系数越低。因为Li2o/SiO2比值越高，形成的透锂长石含量越多，残余的SiO2含量则减少，而且透锂长石具有很强的析晶能力，当其从熔体中析出时，因熔体晶格中吸纳了相当数量的SiO2，使得熔体中游离的SiO2含量减少，可以减少石英晶型转变带来的体积膨胀，从而降低了热膨胀系数。本发明还采用堇青石作为坯料，堇青石对陶瓷材料的热性能也具有一定影响，它可在一定程度上缓和各相之间因热膨胀差异较大而产生的
晶界应力，可避免或减少坯体裂纹产生。
[0018] (2)、本发明制备工艺中采用了喷干造粒，这是由于在功能陶瓷的生产工艺中从利于烧成和固相反应进行的
角度考虑，希望获得超细的原料颗粒，但粉料越细，
比表面积越大，流动性越差，干压成型时不容易均匀的充满模具，经常出现成型件有空洞、边角不致密、层裂、弹性失效的问题，因此采用造粒工艺解决这一问题。同时，本发明采用聚乙烯醇水溶液作为胶黏剂，这种胶黏剂有足够的黏性，以保证良好的成型性和坯体的机械强度；经高温锻烧能全部挥发，坯体中不留或少留胶黏剂残留杂质；工艺简单，没有
腐蚀性，对陶瓷性能无不良影响。本发明工艺采用1290-1320℃的烧成温度，陶瓷烧成温度的高低直接影响坯体中的晶体、液相的组成和数量以及气孔的形貌和数量，透锂长石晶体的含量增加，降低了材料的热膨胀系数，当烧成温度进一步升高到1330℃，坯体中玻璃相含量较多，反而提高了坯体的热膨胀系数，因此本发明配料的最佳烧成温度为1290-1320℃。
具体实施方式
[0019] 下面结合具体
实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
[0020] 实施例1
[0021] 制备低膨胀率高热稳定性陶瓷制品的方法，包括以下步骤：
[0022] S1配料：按照重量份分别称取坯料，初步粉碎后进行研磨，过200目筛；
[0023] S2球磨：将S1步骤所得粉料放入球磨机中，按照球：水：粉料＝1：1.2：0.8进行球磨后过400目筛；
[0024] S3造粒：将S2得到的粉料送入喷雾干燥塔中，加入粉料总质量3％的质量浓度为8％的聚乙烯醇水溶液进行喷干造粒，粒径为8mm，含水率为3％，得到陶瓷粉粒；
[0025] S4陈腐：将S3得到的粉粒送入陈腐均化仓进行32h的均化陈腐，再成型为坯体后，上釉，均化陈腐有利于坯料的氧化和
水解反应的进行从而改善泥料的性能。
[0026] S5烧成：将施釉后的坯体送入窑炉中，以250℃/h的升温速率加热至1290℃，保温30min，即得到低膨胀率高热稳定性陶瓷制品。
[0027] 实施例2
[0028] 制备低膨胀率高热稳定性陶瓷制品的方法，包括以下步骤：
[0029] S1配料：按照重量份分别称取坯料，初步粉碎后进行研磨，过200目筛；
[0030] S2球磨：将S1步骤所得粉料放入球磨机中，按照球：水：粉料＝1：1.2：0.8进行球磨后过400目筛；
[0031] S3造粒：将S2得到的粉料送入喷雾干燥塔中，加入粉料总质量4％的质量浓度为8％的聚乙烯醇水溶液进行喷干造粒，粒径为12mm，含水率为4％，得到陶瓷粉粒；
[0032] S4陈腐：将S3得到的粉粒送入陈腐均化仓进行37h的均化陈腐，再成型为坯体后，上釉，均化陈腐有利于坯料的氧化和水解反应的进行从而改善泥料的性能。
[0033] S5烧成：将施釉后的坯体送入窑炉中，以250℃/h的升温速率加热至1300℃，保温32min，即得到低膨胀率高热稳定性陶瓷制品。
[0034] 实施例3
[0035] 一种制备低膨胀率高热稳定性陶瓷制品的方法，包括以下步骤：
[0036] S1配料：按照重量份分别称取坯料，初步粉碎后进行研磨，过200目筛；
[0037] S2球磨：将S1步骤所得粉料放入球磨机中，按照球：水：粉料＝1：1.2：0.8进行球磨后过400目筛；
[0038] S3造粒：将S2得到的粉料送入喷雾干燥塔中，加入粉料总质量4％的质量浓度为8％的聚乙烯醇水溶液进行喷干造粒，粒径为14mm，含水率为4％，得到陶瓷粉粒；
[0039] S4陈腐：将S3得到的粉粒送入陈腐均化仓进行40h的均化陈腐，再成型为坯体后，上釉，均化陈腐有利于坯料的氧化和水解反应的进行从而改善泥料的性能。
[0040] S5烧成：将施釉后的坯体送入窑炉中，以250℃/h的升温速率加热至1300℃，保温35min，即得到低膨胀率高热稳定性陶瓷制品。
[0041] 实施例4
[0042] 一种制备低膨胀率高热稳定性陶瓷制品的方法，包括以下步骤：
[0043] S1配料：按照重量份分别称取坯料，初步粉碎后进行研磨，过200目筛；
[0044] S2球磨：将S1步骤所得粉料放入球磨机中，按照球：水：粉料＝1：1.2：0.8进行球磨后过400目筛；
[0045] S3造粒：将S2得到的粉料送入喷雾干燥塔中，加入粉料总质量5％的质量浓度为8％的聚乙烯醇水溶液进行喷干造粒，粒径为17mm，含水率为5％，得到陶瓷粉粒；
[0046] S4陈腐：将S3得到的粉粒送入陈腐均化仓进行46h的均化陈腐，再成型为坯体后，上釉，均化陈腐有利于坯料的氧化和水解反应的进行从而改善泥料的性能。
[0047] S5烧成：将施釉后的坯体送入窑炉中，以250℃/h的升温速率加热至1310℃，保温38min，即得到低膨胀率高热稳定性陶瓷制品。
[0048] 实施例5
[0049] 一种制备低膨胀率高热稳定性陶瓷制品的方法，包括以下步骤：
[0050] S1配料：按照重量份分别称取坯料，初步粉碎后进行研磨，过200目筛；
[0051] S2球磨：将S1步骤所得粉料放入球磨机中，按照球：水：粉料＝1：1.2：0.8进行球磨后过400目筛；
[0052] S3造粒：将S2得到的粉料送入喷雾干燥塔中，加入粉料总质量5％的聚乙烯醇水溶液进行喷干造粒，粒径为20mm，含水率为5％，得到陶瓷粉粒；
[0053] S4陈腐：将S3得到的粉粒送入陈腐均化仓进行48h的均化陈腐，再成型为坯体后，上釉，均化陈腐有利于坯料的氧化和水解反应的进行从而改善泥料的性能。
[0054] S5烧成：将施釉后的坯体送入窑炉中，以250℃/h的升温速率加热至1320℃，保温40min，即得到低膨胀率高热稳定性陶瓷制品。
[0055] 上述实施例的坯料成分如下表1所示：
[0056] 表1各实施例的坯料成分
[0057]项目 高岭土 石英 锂辉石 锂透长石 滑石 硅灰石 堇青石 碳酸钡 硅酸钙 硫酸钡 海泡石 实施例1 55 12 36 23 2 18 10 9 8 6 4
实施例2 62 12 38 25 2 19 13 12 8 7 7
实施例3 60 13 37 24 3 20 13 10 9 8 6
实施例4 62 13 38 24 3 21 14 11 9 10 6
实施例5 65 14 39 25 4 22 15 12 10 11 7
[0058] 通过对实施例1-实施例5所制得的低膨胀率高热稳定性陶瓷制品进行硬度和膨胀系数的测试，所得结果如下表2所示：
[0059] 表2测试结果
[0060]
[0061] 其中，热稳定性测试方法可参照：GB/T2580-2002；
[0062] 膨胀系数的测定方法为GB/T 16535-2008精细陶瓷线热膨胀系数试验方法。
[0063] 从实验数据中可以看出实施例2为最优实施例。
[0064] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、
修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附
权利要求的保护范围内。
