高强度高抗热震性陶瓷素坯的制备方法技术

一种制备高强度、高抗热震性的陶瓷素坯的方法，包括以下步骤：把制备素坯的原料成型，所说的制备素坯的原料主要包括：通过烧成可以形成刚玉的天然矿物原料，或通过煅烧上述可形成刚玉的天然矿物原料所得的物料，通过烧成可以形成莫来石的天然矿物原料，或通过煅烧上述可形成莫来石的天然矿物原料所得的物料，粘土原料和熔剂，如长石、霞石或白云石；然后把成型后的制备素坯的原料烧成。与传统技术制备的素坯相比，这种方法可以生产成本低的，具有高强度、和优良的抗热震性的陶瓷素坯。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种以低成本制造陶瓷素坯的方法，这种素坯具有高机械强度和高抗热震性。已知用刚玉代替由石英、长石和粘土三组分系统组成的陶瓷素坯中的石英，可以得到具有高强度的陶瓷素坯。通过用含有刚玉晶体的刚玉作氧化铝的原料，代替用作石英原料的石英或含有石英、长石和粘土的瓷石，可以使陶瓷素坯中存在的结晶态石英被刚玉代替。以制备素坯的原料总重量为基准，氧化铝的加入量一般在10～50wt％范围内。石英/长石/粘土三组分陶瓷素坯包括分散在玻璃基体中的石英和莫来石，其中的玻璃基体主要由SiO2组成。另一方面，作为改进素坯强度的传统技术，如上面所讨论的，使用含有刚玉晶体的氧化铝原料代替用作石英原料的石英或含有石英、长石和粘土的瓷石，可以生产含有刚玉、石英和莫来石颗粒为晶相的陶瓷素坯，并且通过氧化铝颗粒的加入，提高了强度。由于其质量和稳定的来源，这里所用的一种氧化铝源是含有刚玉晶体的氧化铝，在工业上一般通过Bayer法生产。此外，也已经使用了熔融法生产的氧化铝。，与陶瓷素坯中常用的原料相比，这些用于传统技术中的氧化铝原料是相当昂贵的，因此所得的素坯也是昂贵的。这大大地限制了它的应用，目前这样的素坯仅用于某些高级餐具瓷和某些工业瓷中。此外，用上述的传统技术生产的高强度陶瓷素坯存在着抗热震性低的问题。石英/长石/粘土三组分陶瓷素坯具有非常优良的抗热震性。因此，可以用这种素坯生产大尺寸的陶瓷制品，如卫生瓷，甚至在通过烧成后的冷却过程遇到热冲击也不会产生任何裂纹。此外，这种素坯可以用于生产要求高抗热震性的洗面具等卫生陶瓷。由于在这种素坯中存在的微裂纹的影响，这种素坯具有优良的抗热震性，据推测定微裂纹、石英颗粒和抗热震性之间具有下列关系。如上已经讨论的，石英/长石/粘土三组分陶瓷素坯具有包括分散在玻璃基质中的石英和莫来石颗粒的组织。石英的热膨胀系数明显大于玻璃基质的热膨胀系数，因此，由于烧成后的冷却过程中观察到的这些组分的体积变化的差值所产生的应力，在石英颗粒和玻璃基质的界面上形成微裂纹。用SEM(扫描电子显微镜)可以观察到这一现象。此外，这样形成的微裂纹的量与石英颗粒的量成正比。这样的微裂纹的存在可以吸收由于热冲击产生的应力，因此防止了裂纹的扩展。所以，微裂纹的含量越高，素坯的抗热震性越高。另一方面，用氧化铝代替石英作为素坯原料的传统技术制备的高强度陶瓷素坯在抗热震性方面低于石英/长石/粘土三组分陶瓷素坯。在这样的高强度陶瓷素坯中，几乎素坯中的所有石英颗粒被氧化铝颗粒取代。氧化铝颗粒的热膨胀系数约等于玻璃基质的热膨胀系数，所以在其界面上不能形成微裂纹。因此，减少了素坯中的微裂纹量，从而导致了抗热震性的降低。用传统技术生产的高强度陶瓷素坯的这种低的抗热震性是其应用于大尺寸陶瓷制品和其他要求具有高抗热震性的陶瓷制品的一个障碍。如上所讨论的，用传统技术生产的高强度陶瓷素坯存在下列两个主要问题。更具体地说，与石英/长石/粘土三组分陶瓷素坯相比，要求较高的成本，在抗热震性方面也低于后者。因此，本专利技术的目的是解决上述的两个问题，更具体地说，提供一种以较低的成本制造具有优良的强度和抗热震性的陶瓷素坯的方法。根据本专利技术的一个方面，提供一种制造陶瓷素坯的方法，包括下列步骤把主要包括通过烧成可以形成刚玉的天然矿物原料或通过煅烧上述可形成刚玉的天然矿物原料而得到的物料、通过烧成可以形成莫来石的天然矿物原料或通过煅烧上述可形成莫来石的天然矿物原料而得到的物料、粘土质原料和熔剂的制备素坯的原料成型，然后把成型后的制备素坯的原料烧成。根据本专利技术的另一方面，提供了一种制备陶瓷素坯的方法，包括下列步骤把主要包括通过烧成可以形成刚玉和莫来石的天然矿物原料或通过煅烧上述可以形成刚玉和莫来石的天然矿物原料而得到的物料；粘土质物料和熔剂组成的制备素坯的原料成型，然后把成型后的制备素坯的原料烧成。所说的熔剂优选的是选自由长石、霞石和白云石组成的组中。附图说明图1表示根据本专利技术制备的一种卫生瓷(洗面具)的立面图和平面图。图2表示根据本专利技术制备的一种卫生瓷(坐便器)的立面图和平面图。用传统技术制备的陶瓷素坯，其中用氧化铝代替石英作为原料，通过增加替代石英的氧化铝的量或氧化铝的加入量可以改善其强度。但是，如果增大替代石英的氧化铝的量，由于石英颗粒产生的微裂纹的量减少，因此，损害了所得的素坯的抗热震性。在这样的条件下，一般建议保留适量的石英颗粒使得抗热震性不会损害太多。然而，如果保留石英颗粒及因此产生的微裂纹，所得的素坯具有低的强度。因此，象传统技术那样，仅通过控制石英颗粒的量和氧化铝的加入量来制备具有高强度和优良抗热震性的素坯是不可能的。如上所讨论的，上述的素坯的制备需要这样一种设计，即改善素坯的抗热震性而不降低其强度。本专利技术的专利技术者已经进行了各种研究，注意到素坯中晶体颗粒之间的热膨胀系数的差异，提出了一种改善素坯的抗热震性而不降低其强度的方法。素坯的抗热震性一般可以用下式表示ΔT∝σ(1-ν)καE其中，ΔT代表抗热震性，σ代表强度，ν代表泊松比，κ代表热导率；α代表热膨胀系数，E代表杨氏模量。该式表明如果降低热膨胀系数而保持其他物理性质不变，可以提高抗热震性。本专利技术者根据上述发现，研究了热膨胀系数小于氧化铝和石英颗粒的晶体颗粒，发现通过向素坯中加入莫来石颗粒可以改善素坯的抗热震性。莫来石的热膨胀系数为5.5×10-6℃，小于石英和氧化铝(刚玉)的热膨胀系数(分别为25×10-6℃和8×10-6℃)。莫来石还存在于石英/长石/粘土三组分陶瓷素坯中，和石英组分被氧化铝代替的高强度陶瓷素坯中。其量在百分之几到十几的数量级上。但是，在这种情况下，莫来石不存在于用于素坯的原料中，而是在烧成过程中从素坯的玻璃相中的Al2O3和SiO2通过结晶而形成的。这样结晶的莫来石颗粒的颗粒尺寸约为1μm，通常为针状结晶。在素坯中均匀形成的莫来石量由素坯原料的组成和素坯烧成条件决定。通过增加形成晶体颗粒的莫来石量可以改善素坯的抗热震性。所以，有可能通过增加用氧化铝代替石英的高强度陶瓷素坯中的莫来石量得到高强度、高抗热震性的陶瓷素坯。有两种用于增加莫来石量的方法。一种方法是简单的，即用莫来石作为素坯原料。这是制备要求的素坯的最简单的方法。但是，如果用莫来石作为素坯原料，就必须使用人工制备的莫来石，因为莫来石不是天然出产的物质。所以，它比通常使用的素坯原料更贵，其使用导致了生产成本的提高。另一种方法是控制素坯原料的组成在莫来石容易结晶的范围内。这种方法已经用来制备莫来石瓷，但是，在素坯原料和其烧成条件受到很大限制的时候，难以进一步增加莫来石量，使其超过目前达到的水平。目前要解决的一个问题是研究一种制备高强度、高抗热震性的便宜的陶瓷素坯的方法。在这方面，有必要设计一种节约成本的方法，用于增加素坯中的莫来石量，或者用于用氧化铝(刚玉)代替素坯中存在的石英。一种增加莫来石含量的方法是使用铝土页岩、铝矾土、红柱石、蓝晶石或硅线石等通过烧成形成莫来石的天然矿物原料，或者通过煅烧上述可形成莫来石的天然矿物原料所得到的物料，作为制备素坯的原料的配料。这种通过使用上述的天然矿物原料增加莫来石含量的方法，可以生产出具有改善了的抗热震性的便宜的陶瓷素坯。用氧化铝(刚玉)代替素坯中存在的石英的另一种方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备高强度、高抗热震性的陶瓷素坯的方法，包括以下步骤：把制备素坯的原料成型，所说的制备素坯的原料主要包括：通过烧成可以形成刚玉的天然矿物原料，或通过煅烧上述可形成刚玉的天然矿物原料所得的物料；通过烧成可以形成莫来石的天然矿物 原料，或通过煅烧上述可形成莫来石的天然矿物原料所得的物料；粘土原料；熔剂，然后把成型后的制备素坯的原料烧成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：古贺直树，种生正规，西川俊也，松本彰夫，
申请(专利权)人：东陶机器株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]