低成本高档硬质日用细瓷的研制

1、低成本高档硬质日用细瓷的研制摘 要：本文针对目前fi用细瓷存在的问题，以提高高档h用细瓷的 内外性能为目标，选择li2()-na2()-k2()-mg()-a 1203-si()2多元系为坯体的 基本组成物系，通过坯料釉料试验研究，研制出一种高档日用细瓷。不仅 牛产制造成本大幅度降低，产甜质量也有了很大提高，尤其是产品的白度、 硬度、热稳定性等性能指标显著提高。关键词：日用细瓷；低成本；硬质1引言近年来，国际市场对高档日用瓷的需求不断增加。从目前国内高档 日用瓷的生产现状來看，虽然骨质瓷为市场上公认的高档日用细瓷产品， 其白度和釉面质量上佳，但骨质瓷生产成本比较高，原料来源日趋紧张； 滑石质瓷

2、成形效率低、烧成温度范围窄、牛产过程难以控制；高档长石质 瓷、石英瓷烧成温度在1400°c左右，能耗高，对辅助材料性能要求高、消 耗大，生产成本居高不下。而且，骨质瓷、滑石质瓷热震稳定性差的问题 也一直难以解决。因此，开发烧成温度低、生产过程易控制、生产成本较 低、内在性能优良的高档日用细瓷新产品迫在眉睫。笔者以提高骨质瓷的釉面质量水平为目标，结合企业生产实际，开展 了新型高档日用细瓷项目的研究。经过近三年的潜心研究，成功地开发出 了透明度和白度高、热稳定性优良、瓷质细腻、低成本的高档日用细瓷新 产品。新产品的各项性能指标均达到或超过了 gb/3532-2009日用瓷器 国家标准，并

3、经过中试生产摸索，获得了一系列的新产品生产工艺参数。 目前该新产品已止常投入大生产。现将本项目的研制生产情况介绍如下。2配方设计思路依照性能-结构-工艺-组成的关系，首先对新产品的基本组成进行设 计。高档fi用细瓷的基本要求是：在釉血质量和规整度好的前提下，白度 和透光度要高。影响口度和透光度的主要因素是坯休中着色离子的数量和 配位状态、玻璃相的数量以及玻璃相与晶相的折射率z差。欲解决现有高 档日用瓷原料成本高、烧成温度高、牛产过程难以控制等问题，并达到高 档口用细瓷内在性能的要求。首先要对坯体组成的基木物系进行选择，坯 体的基本组成物系应满足：(1) 在较低温度下出现大量的液相。在该温度附近

4、液相量随温度 变化不敏感，且液相粘度较高；(2) 提供基本化学组分的原料来源丰富、成本低；(3) 应能保证足够量的可塑性原料的引入。以往fi用陶瓷的组成拘泥于三元物系，难以满足这些要求。根据“多 相物系随着组元数的增加，系统开始岀现液相的温度降低”这一基本特性, 采用多组元熔剂组合与原料来源广泛的a1203-si02系配合的 r20-r0-a1203-s102多元物系可以解决上述难题。由于缺乏多组元物系的资料，我们分别就各熔剂对a1203-s102性能的影响进行了分析:(1) 在k2o-a12o3-sio2系中开始岀现液相的温度为1140°c,在 na2o-a12o3-sio2系中开

5、始出现液相的温度也为1140°c；(2) 在li2o-a12o3-sio2系中开始出现液相的温度为980°c,在坯 体组成对应的高硅区域，液相线密集，说明该区域内液相量随温度变化不 敏感，并且当烧成温度波动时坯体的液相量变化较小。此外，li +半径小, l1-0键的键强较大，对玻璃网络有较强的积聚作用,可减小坯体的热膨胀;(3) 在li2o-mgo-a12o3-sio2系中，坯体对应的组成范围完全熔融 温度较低。即虺0与其它r20组分配合具有较强的熔剂作用。mg2+离子半 径小、荷电量大，有利于玻璃体热膨胀的减小。综上所述，选择 li20-na20-k20-mg0-a 12

6、03-si02多元系为坯体的基本组成物系。根据本项目的研制目标和高档日用细瓷的性能要求，我们确定了拟 解决的问题和采用的工艺：(1) 采用一次烧成，烧成温度为12001220°c；(2) 综合各技术、经济指标选择坯体原料；(3) 依据所选基本组成物系，确定能满足烧成温度、成形性能和 产詁理化指标的坯体配方；(4) 选择满足工艺条件且与坯体相匹配的釉料配方。3坯体配方的确定按照既满足坯体基本物系组成，又保证原料来源稳定、工艺性能好等 条件，我们选择石英、高岭土、生砂、长石、滑石、含锂瓷土、唐县土、 于寺土等为坯体原料。原料的化学组成见表1。综合考虑坯料的成形、烧成和理化指标等因素，配合

7、以计算机辅助 设计，经过反复的试验分别确定了注浆泥、滚压泥的配方，其坯体化学组 成见表2。注浆泥、滚压泥的坯式分别见式(1)和式(2)o注浆泥坯式如下：滚压泥坯式如下：经测定，泥料的工艺性能分别见表3和表4,注浆泥、滚压泥坯体的 热膨胀系数见表5o坯体的烧结温度：注浆泥:11801215°c；滚压泥： 11701210°co从以上试样的烧制情况和检测结果看，制品中气孔极少，已较好地 完成了成瓷反应；坯体的显微结构均匀，达到了项目的预期目标。4釉料配方的确定依据坯料配方的有关数据，参考本公司原有的釉料配方，以提高坯 釉适应能力、提高釉面光泽度等物理性能为出发点，同时全面考虑釉

8、浆生 产工艺性能的配方设计原则。在传统长石釉的基础上引入大量瓷粉及烧氧 化锌等添加剂，以提高釉料的始熔温度、降低高温粘度，克服釉泡等缺陷。 通过实验表明，制品的釉面光泽度、平整度、釉面硬度等都有了显著提高。 同时，引入大量的瓷粉，加强了离子间的相互扩散，增强了坯釉结合以及 中间层的形成，有效提高了制品的抗热震性能。运用遗传算法及计算机辅助设计，通过多次试验确定了釉料配方， 其化学组成、配方计算系数、釉料配方性能预测和膨胀系数指标分别见表 6至表9o釉式如下：按上述配方制好釉浆后，施于前面试验成功的坯体上，按新的烧成 制度进行烧成，此釉料的性能及烧后釉面质量见表10o试验结果显示其白度达到72%

9、,釉面质量达到了较高水平。这主要是 釉料中li20. mgo和zno的含量有所增加。li20是碱金属氧化物中最强的 熔剂，能急剧加速釉的熔融过程，并提高釉的光泽度、化学稳定性和弹性。 mgo在高温下提供游离氧，降低熔体粘度，起助熔作用。mgo的另外一个 重要作用是降低釉的膨胀系数和提高制甜的热稳定性。此外，釉配方中zno 的含量略有增加，能在较大范围内起到良好的助熔作用，并可降低釉的膨 胀系数、提高折射率，使釉面光泽度、白度等性能得到改善。由于釉烧工艺的合理控制以及坯釉配方的适宜匹配，形成了良好的 坯釉中间层，且釉料的膨胀系数略小于坯体的膨胀系数，使釉烧冷却后产 牛了最大可能的釉层压应力，制甜

10、的热稳定性达到了 20020°c热交换一 次不裂，釉面硬度较高。5生产主要工艺参数工艺流程： 主要工艺参数如下:(1) 滚压泥：细度0. 15g/500ml万孔筛余，陈腐期3天，水分为 21%22%。(2) 注浆泥：细度0. 35g/500ml万孔筛余，陈腐期3天，比重为1718。(3) 釉浆：细度0. 05g/500ml万孔筛余，比重为1.381.40。(4) 烧成：采用燃气隧道窑，一次烧成。烧成温度为12001220°c, 烧成周期为6. 5ho6产品主要技术经济指标产甜主要技术经济指标见表11。7结论(1) 选择li20-na20-k20-mg0-a 1203-si02多元系统为基本组成物 系，利用混合熔剂效应，可有效提高日用陶瓷的内外甜质；