《一种精陶质卫生陶瓷坯体及其制造方法》针对普通陶质卫生陶瓷及瓷质卫生陶瓷存在的诸多问题,对陶质卫生陶瓷坯体原料配比进行了深入研究和大量试验,优选出精陶质坯体原料组成物及各原料的添加比例。所述精陶质卫生陶瓷坯体原料中通过适量添加煅烧高岭土,控制莫来石、石英等晶相含量,减少玻璃相含量,降低其高温塑性形变,达到降低精陶质卫生陶瓷变形的目的。采用该发明的精陶质坯体配方制造卫生陶瓷产品,其干燥收缩率在3%以下,烧成收缩率在4%以下,总收缩率在7%以下,标准变形度在7毫米以下,减少卫生陶瓷制品在干燥及烧成过程中的开裂缺陷,减少烧成过程中的变形缺陷,提高制品的制造精度及合格率。原料中通过适量添加硅灰石与石英,在降低坯体的吸湿膨胀的同时,提高坯体在200℃的热膨胀系数,使釉面承受较高的压应力,因而提高了卫生陶瓷成品的抗龟裂性能,保证其具有足够长的使用寿命。该发明原料配比克服了单纯使用硅灰石,虽然能够解决釉面龟裂缺陷,但却引起坯体烧成抗折强度降低,从而导致运输、使用过程中容易破裂损坏的问题;克服了单纯采用提高坯体在200℃的热膨胀系数,虽然能够解决釉面龟裂缺陷,但却会引起釉面剥落、产品风惊炸裂的问题。
以下结合实施例对《一种精陶质卫生陶瓷坯体及其制造方法》原料组成机理进行详述:
实施例原料配方见表1:
/ |
原料配比(质量份) |
|||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
球土 |
高岭土 |
瓷土 |
高岭石 |
石英 |
煅烧高岭土 |
长石 |
硅灰石 |
|
实施例1 |
10 |
35 |
10 |
15 |
15 |
10 |
0 |
5 |
实施例2 |
10 |
30 |
13 |
10 |
15 |
10 |
2 |
10 |
实施例3 |
10 |
30 |
15 |
5 |
15 |
10 |
0 |
15 |
实施例4 |
10 |
30 |
15 |
5 |
5 |
25 |
0 |
10 |
实施例5 |
10 |
30 |
15 |
0 |
5 |
25 |
0 |
15 |
实施例6 |
10 |
30 |
15 |
5 |
15 |
10 |
5 |
10 |
实施例7 |
30 |
20 |
5 |
10 |
15 |
10 |
0 |
10 |
实施例8 |
20 |
20 |
15 |
5 |
10 |
17 |
3 |
10 |
上述原料化学成分见表2:
/ |
LOI |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O |
TiO2 |
CaO |
MgO |
K2O |
Na2O |
球土 |
11.79 |
55.15 |
26.44 |
1.65 |
0.73 |
0.77 |
0.63 |
2.01 |
0.67 |
高岭土 |
11.45 |
44.91 |
36.1 |
1.74 |
1.34 |
0.97 |
0.64 |
1.29 |
0.67 |
瓷土 |
2.29 |
77.46 |
12.99 |
0.7 |
0.15 |
0.77 |
0.47 |
4.67 |
0.76 |
高岭石 |
3.98 |
75.82 |
15.22 |
0.8 |
- |
0.94 |
0.24 |
1.75 |
0.84 |
石英 |
99.56 |
- |
0.09 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
煅烧高岭土 |
0.18 |
54.45 |
42.85 |
0.18 |
0.49 |
1.03 |
0.2 |
0.45 |
0.37 |
长石 |
0.47 |
72.88 |
14.1 |
0.3 |
- |
0.65 |
0.45 |
6.94 |
4.43 |
硅灰石 |
1.68 |
50.16 |
0.28 |
0.8 |
70.14 |
45.32 |
0.7 |
0.32 |
0.23 |
瓷质卫生陶瓷坯体与《一种精陶质卫生陶瓷坯体及其制造方法》上述各实施例的精陶质卫生陶瓷坯体的物理性能见表3:
/ |
吸浆速度(毫米/45分钟) |
干燥收缩率(%) |
烧成收缩率(%) |
总收缩率(%) |
变形度(毫米) |
吸水率(%) |
干燥抗折强度(兆帕) |
烧成抗折强度(兆帕) |
200℃膨胀系数(10-6/K) |
吸湿膨胀率(%) |
抗龟裂性能 |
瓷质卫生陶瓷坯体 |
6.1 |
3.1 |
9.5 |
12.3 |
23.6 |
0.2 |
5.4 |
81.2 |
5.3 |
- |
无裂 |
实施例1 |
6.3 |
2.6 |
3.9 |
6.4 |
7.5 |
10.1 |
5.3 |
58.6 |
8.6 |
0.22 |
稀疏裂纹 |
实施例2 |
6.2 |
2.6 |
3.6 |
6.1 |
6.9 |
10.8 |
5.3 |
53.5 |
7.7 |
0.09 |
无裂 |
实施例3 |
6.1 |
2.5 |
3.4 |
5.8 |
6.6 |
11.8 |
5.4 |
45.8 |
6.3 |
0.06 |
无裂 |
实施例4 |
6.2 |
2.4 |
3.1 |
5.4 |
5.3 |
13.5 |
5.3 |
43.2 |
5.4 |
0.16 |
稀疏裂纹 |
实施例5 |
6.2 |
2.3 |
3.1 |
5.3 |
5.1 |
13.9 |
5.2 |
39.3 |
5.8 |
0.08 |
无裂 |
实施例6 |
6.3 |
2.5 |
4.3 |
6.7 |
8.6 |
8.2 |
5.3 |
72.5 |
7.5 |
0.09 |
无裂 |
实施例7 |
5.1 |
2.8 |
3.2 |
5.9 |
5.8 |
8.8 |
6.5 |
65.4 |
8.1 |
0.07 |
无裂 |
实施例8 |
5.8 |
2.5 |
3.2 |
5.6 |
6.5 |
9.6 |
5.8 |
63.8 |
7.3 |
0.07 |
无裂 |
从表3可看出,《一种精陶质卫生陶瓷坯体及其制造方法》所有实施例坯体的收缩、变形均远远低于瓷质卫生陶瓷坯体。实施例1的硅灰石含量较低,釉面出现稀疏裂纹;实施例2、3的釉面中硅灰石含量的增加,釉面无龟裂现象。实施例4釉面出现稀疏裂纹,而实施例5比实施例4的硅灰石含量多,则实施例5无龟裂现象;这表明随着硅灰石含量的增加,釉面抗龟裂能力增强。
实施例3与2相比,硅灰石含量增加,虽然抗龟裂能力提高,但烧成抗折强度下降;可见硅灰石含量必须控制在合理的范围之内。
实施例2与实施例4的硅灰石含量相同,但实施例4的高岭石和石英含量较少,煅烧高岭土的含量较多,导致配方化学组成中的SiO2含量降低、Al2O3含量增加,使200℃的热膨胀系数降低,致使实施例4坯体的釉面所受的压应力减小,所以釉面出现稀疏裂纹。这表明随着配方中高SiO2含量的高岭石和石英的减少,相应的高Al2O3含量的煅烧高岭土的增加,坯体的抗龟裂能力下降;因此要提高釉面抗龟裂能力,就要增加石英等高SiO2含量的原料。
实施例6与实施例2坯体的釉面均无龟裂现象,但实施例6的长石含量增加,使坯体的吸水率下降、烧成抗折强度提高,同时也使坯体的烧成收缩、总收缩、变形增加;因此为了兼顾吸水率、烧成抗折强度与收缩、变形的平衡,长石的含量需控制在合理的范围之内,以小于5(质量份)为宜。
实施例7与实施例2相比,球土的含量大幅增加,是坯体的干燥强度大幅提高,这有利于减少成型坯体的开裂;但同时也使坯体的吸浆速度下降,这会延长注浆工人操作时间,降低生产效率,并且缩短注浆模型使用寿命,因此,球土的含量应控制在合理的范围之内,以小于30(质量份)为宜。
实施例8的各项性能指标均较为理想,是《一种精陶质卫生陶瓷坯体及其制造方法》的精陶质卫生陶瓷坯体配方的优选方案。
参看图1、图2,X-射线衍射仪对瓷质卫生陶瓷坯体和实施例8的坯体矿物组成进行XRD分析比较可看出知,实施例8坯体的石英、莫来石晶相含量比瓷质坯体均大幅增加,玻璃相含量大幅降低,这是精陶质坯体具有远低于瓷质坯体变形度的根本原因。由图2可知,实施例8坯体产生了钙长石晶相,表明坯料中的硅灰石在高温烧结过程中与钾长石或钠长石发生反应,一部分形成钙长石,一部分形成钙玻璃相,晶体比玻璃具有更低的表面能,不发生吸湿膨胀。钙长石的生成,有利于降低坯体的吸湿膨胀率,含钙的玻璃相比含碱金属玻璃相具有较高的化学稳定性,不易被水溶析,吸湿膨胀低。因此,在坯料中引入硅灰石,可降低坯体的吸湿膨胀率,保证了釉面的抗龟裂能力。
《一种精陶质卫生陶瓷坯体及其制造方法》精陶质卫生陶瓷坯体的制造方法,包括原料称取、泥浆制备、注浆成型、脱模干燥等步骤。
在泥浆制备步骤中,将按照配方量称取的原料加入水、电解质,在球磨机中研磨至350目筛余细度占6-10%;经过过筛、除铁、陈腐,调整泥浆性能至合适,制备成注浆成型用泥浆,泥浆成型性能工艺参数见表4。
精陶质泥浆 物理性能 |
浓度 (克/200毫升) |
细度 (350目筛余%) |
V0(秒) |
V30(秒) |
吸浆速度 (毫米/45分钟) |
控制范围 |
360-380 |
6-10 |
50-70 |
110-130 |
5-6.5 |
与2010年3月前已有技术相比,《一种精陶质卫生陶瓷坯体及其制造方法》主要的区别是泥浆的颗粒细度要细很多。泥浆的颗粒度越细小,反应活性越高,这使造成釉面针孔的杂质的高温分解过程提前,在釉面熔融之前即充分分解排出,从而可以减少釉面针孔缺陷的发生。由于产品釉面针孔缺陷很少,无需使用化妆土来减少针孔,简化了生产工艺,消除了因使用化妆土不当而造成的滚釉等缺陷,提高了生产效率和产品合格率。2010年3月前已有技术由于陶质泥浆的颗粒粗大,杂质在釉面熔融之后仍然继续大量挥发逸出,冷却后在釉层表面留下针孔缺陷,故需要在坯体与釉层之间使用化妆土抑制有害杂质气体的挥发以减少针孔,这样虽然减少了针孔缺陷,但却增加工艺的复杂性,不但增加了生产成本,而且增加了滚釉等其它缺陷的发生率。
将调整好性能的泥浆注入所需的产品的石膏模型或树脂模型中,采用石膏模型注浆在60~90分钟之间,采用树脂模型高压注浆在30~60分钟之后脱模。脱模后的试样先在30-50℃的环境下干燥12小时,然后再放入电热干燥箱中,在105~110℃下干燥12小时;将脱模后的产品放置在干燥室内进行干燥,根据温湿度曲线控制干燥温度和湿度,最高干燥温度一般小于80℃,湿度小于90%。
《一种精陶质卫生陶瓷坯体及其制造方法》精陶质卫生陶瓷坯体,采用手工或机械手方法,将性能调整合适的釉浆喷涂于坯体表面,釉层总厚度为0.4~1.0毫米。所述釉浆的适宜物理性能见表5。
釉浆物理性能 |
浓度(克/200毫升) |
350目筛余(%) |
流动性V0(秒) |
干燥速度(分钟/5毫升) |
控制范围 |
355-365 |
0.05-0.1 |
50-100 |
15-30 |
将干燥好的施釉的试样与产品放在隧道窑或梭式窑内烧成卫生陶瓷制品,烧成制度如下:烧成周期为16~21小时,最高烧成温度为1200~1250℃,保温时间为30~60分钟,氧化气氛。