仿玉質(zhì)瓷的研制*

馬玉峰1 彭 群1 王 坤1 翟新崗2

(1 山東省安華瓷業(yè)有限公司 山東 德州 253100)(2 德州市樂(lè)華陶瓷潔具有限公司 山東 德州 253000)

摘 要 筆者研究了在高白泥中添加合適助熔劑，獲得瓷質(zhì)通透、細(xì)膩、如脂似玉的效果。通過(guò)對(duì)助熔劑的用量和引入方式進(jìn)行試驗(yàn)，拓寬了陶瓷的燒成范圍，使燒后瓷質(zhì)的透光度、吸水率、強(qiáng)度等指標(biāo)均達(dá)到日用陶瓷的標(biāo)準(zhǔn)。最終得出，當(dāng)外加預(yù)處理碳酸鉀含量為1%～3%、鋰瓷石為6%～10%時(shí)，產(chǎn)品性能良好。同時(shí)試驗(yàn)了多種電解質(zhì)的解膠性能，使泥漿性能滿足生產(chǎn)使用的要求。

關(guān)鍵詞 仿玉質(zhì)瓷 強(qiáng)度 透光度 熱穩(wěn)定性

前言

骨質(zhì)瓷瓷質(zhì)細(xì)膩通透，質(zhì)地潔白，長(zhǎng)期以來(lái)成為各國(guó)的貴族用瓷，是世界上唯一公認(rèn)的高檔瓷。鎂質(zhì)瓷是國(guó)內(nèi)研發(fā)的一種高檔日用陶瓷，瓷質(zhì)細(xì)膩乳白、薄胎呈半透明狀、具有脂肪光澤、手摸有滑膩感。因骨質(zhì)瓷、鎂質(zhì)瓷用料考究、工藝復(fù)雜，燒成范圍窄且易變形，所以制作過(guò)程較普通日用陶瓷困難，生產(chǎn)技術(shù)普及難度大。筆者以普通高白日用陶瓷泥為基礎(chǔ)，通過(guò)在坯體中增加鉀、鋰含量的方式，既保證了燒成范圍的寬度，適合于工業(yè)生產(chǎn)，又提高了瓷質(zhì)的白度和透光度，使其達(dá)到如脂似玉的效果。該新型高檔瓷品種的研制成功，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在陶瓷泥漿中增加鉀、鈉、鋰、鈣、鎂等堿金屬及堿土金屬的加入量能顯著降低坯體的燒成溫度。但引入較多鈣、鎂容易造成坯體收縮率增大，不利于批量生產(chǎn)，產(chǎn)品易變形、坯體表面易形成堿皮等缺陷；引入較多的鈉，會(huì)使坯體燒成范圍變窄產(chǎn)品易變形。本實(shí)驗(yàn)采用增加Li2O、K2O含量來(lái)拓寬燒成范圍，以提高產(chǎn)品的透光度、熱穩(wěn)定性及燒后強(qiáng)度。但常用的鋰長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石無(wú)法滿足配方的需要，而碳酸鉀易溶于水、碳酸鋰微溶于水，直接加入泥漿會(huì)影響泥漿及坯體的性能，因此本試驗(yàn)采取預(yù)處理碳酸鉀、碳酸鋰的方式加入到泥漿。

例如，體育項(xiàng)目“擲鉛球”是一項(xiàng)力量運(yùn)動(dòng)，在教學(xué)擲鉛球的技術(shù)動(dòng)作時(shí)，體育老師不僅要演示手托鉛球，身體微傾，用力蹬轉(zhuǎn)，使勁擲出的動(dòng)作要領(lǐng)，并且要邊講解邊示范，還要關(guān)注鉛球出手后的飛行軌跡，對(duì)于這一系列的動(dòng)作拆解，老師若運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)鉛球作示范演示，無(wú)論是老師的體力還是學(xué)生的安全都得不到保障，且容易出現(xiàn)動(dòng)作變形，飛行偏離正常的軌跡，基于標(biāo)準(zhǔn)鉛球較重的原因，老師不妨用較輕的實(shí)心球來(lái)取代，讓學(xué)生在老師的反復(fù)講解和示范演示中掌握擲鉛球的動(dòng)作要領(lǐng)，也可避免老師因體力不支而出現(xiàn)示范動(dòng)作變形的情況。

表1 原料化學(xué)成分(wt%)

SiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaOMgOK2ONa2OLi2O燒失總量9#白泥65．2321．930．040．040．060．045．961．32-5．2599．96鋰瓷石70．1716．570．060．002．130．133．492．421．373．4299．76鉀長(zhǎng)石68．4917．390．090．000．410．119．682．90-0．8199．88碳酸鋰工業(yè)純碳酸鉀工業(yè)純

1.2 試驗(yàn)用原料

試驗(yàn)選用9#配方，用高白泥、鋰瓷石、鉀長(zhǎng)石、碳酸鋰、碳酸鉀等作為原料，采用固定陶瓷泥漿基礎(chǔ)配方不變，直接外加助熔劑的方式，研究了不同助熔劑用量對(duì)燒成溫度及瓷質(zhì)的影響，原料化學(xué)組成見(jiàn)表1。

泥漿用電解質(zhì)為常規(guī)電解質(zhì)，如水玻璃、腐植酸鈉等，另外引入高效減水劑PC67、美國(guó)仙水復(fù)合解膠。

本研究在前期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)9#高白泥外加鋰瓷石、鉀長(zhǎng)石，碳酸鋰、碳酸鉀進(jìn)行了系統(tǒng)研究，調(diào)整優(yōu)化后坯體10#配方組成如表2所示。

(ⅰ) f-1(U)∈τ。事實(shí)上由U∈σCSI，U∈σ,又f:(X,τ)→(Y,σ)連續(xù),于是f-1(U)∈τ。

表2 10#配坯體方化學(xué)成分(wt%)

SiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaOMgOK2ONa2OLi2O燒失總量59．5624．810．0600．110．107．761．570．115．6099．68

1.3 工藝過(guò)程

圖1 燒成曲線

先將碳酸鉀、碳酸鋰與泥料粉、氧化鋁粉、石英混合均勻后，經(jīng)高溫煅燒，磨細(xì)后，加入高白泥漿中，注漿成形。鋰瓷石、鉀長(zhǎng)石球磨加細(xì)后加入高白泥漿中，注漿成形。坯體經(jīng)干燥、修抹后直接氧化焰燒成，不施釉。燒成采用隧道窯燒成，最高燒成溫度為1 230 ℃，燒成曲線如圖1所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 泥漿流動(dòng)性測(cè)試結(jié)果

泥漿固定比重為1.70 g/mL，用涂-4粘度計(jì)測(cè)試不同電解質(zhì)加入量對(duì)泥漿流動(dòng)性、稠化度影響，其流變性見(jiàn)表3。

表3 不同電解質(zhì)的流變性

電解質(zhì)加入量(wt%)PC67美國(guó)仙水復(fù)合解膠水玻璃腐植酸鈉流速(s)稠化度0．120．250．101091．670．200．100．10741．730．250．05941．440．250．10751．070．0150．250．15801．100．0150．25651．13

2.2 瓷坯理化性能測(cè)試結(jié)果

按輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《QB/T 4254-2011》，采用TXY型數(shù)顯陶瓷吸水率測(cè)試儀測(cè)吸水率、SQ005陶瓷熱穩(wěn)定性測(cè)試儀測(cè)熱穩(wěn)定性；采用WD型數(shù)顯白度儀、77C-瓷胎透光度儀、SKZ型數(shù)顯式抗折儀，分別測(cè)試瓷坯的白度、透光度和抗折強(qiáng)度。9#、10#配方對(duì)比測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 測(cè)試結(jié)果

白度(%)透光度(%)吸水率(%)熱穩(wěn)定性抗折強(qiáng)度(MPa)9#配方8471．0520～160℃熱交換一次不炸31510#配方82110．0820～160℃熱交換一次不炸300

2.3 結(jié)果分析

2.3.1 關(guān)于泥漿流動(dòng)性問(wèn)題

本公司所用水中的游離Cl-、SO42-等含量較高，水質(zhì)較硬。這些離子易被泥漿中的高價(jià)陽(yáng)離子如Ca2+、Mg2+吸引，使整個(gè)泥漿體系中膠粒的靜電荷變低，因而斥力減少，引力增大，泥漿有絮凝傾向，從而使泥漿的流動(dòng)性降低。

“雨課堂”提供了填空題、單選題、多選題、主觀題、投票等互動(dòng)設(shè)置，教師提前設(shè)置題目，課堂發(fā)布，學(xué)生在手機(jī)上即時(shí)作答，答題結(jié)果當(dāng)即反饋給教師，方便及時(shí)評(píng)估學(xué)生知識(shí)點(diǎn)掌握情況。在具體的教學(xué)過(guò)程中，采用分組討論，提前設(shè)置主觀題“中美貿(mào)易摩擦對(duì)航運(yùn)業(yè)的影響”“大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)+背景下，船舶經(jīng)紀(jì)人將何去何從”等，學(xué)生分組查閱資料并展開(kāi)激烈討論，踴躍發(fā)表自己觀點(diǎn)，大大提高上課質(zhì)量。同時(shí)也可發(fā)布試卷，進(jìn)行課堂測(cè)驗(yàn)。

從表3可以看出，傳統(tǒng)電解質(zhì)水玻璃對(duì)泥漿解膠效果較差；腐植酸鈉對(duì)本泥漿的解膠性能優(yōu)于水玻璃，但也不理想；用水玻璃+腐植酸鈉+美國(guó)仙水復(fù)合解膠，泥漿流速仍在70 s以上，不能滿足本公司注漿成形要求。

同時(shí)從表3還可以看出，PC67這類高效減水劑對(duì)泥漿的解膠水性能較好且用量較少。復(fù)合使用美國(guó)仙水+PC67解膠泥漿，總用量在0.25%～0.35%可以滿足注漿成形的要求。

2.3.2 配方研制過(guò)程中遇到的問(wèn)題

1)助熔劑加入量。在9#基礎(chǔ)配方中單純加入鉀、鋰助熔劑能明顯降低坯體的燒成溫度，但在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)燒成時(shí)坯體易變形。從9#、10#坯體配方化學(xué)成分對(duì)比可以看出，10#配方中鉀、鈉總量增加了2.05%，而石英含量減少了5.67%，隨著強(qiáng)助熔劑的增加，石英含量的減少，坯體中出現(xiàn)的低共熔體增多，其耐火度明顯降低進(jìn)而導(dǎo)致坯體軟化變形。為了解決坯體變形問(wèn)題，試驗(yàn)通過(guò)減少石英含量、增加氧化鋁含量，使液相的高溫粘度增大，且能提高坯體耐火度。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，坯體中鉀、鈉總含量控制在9.5wt%以下，氧化鋁含量控制在24.5%以上時(shí)，瓷坯變形較小。

2)坯體透光度。從表4可以看出，在燒成溫度為1 230 ℃，9#配方吸水率略高，為1.08%，這說(shuō)明該泥料瓷化溫度偏高；而10#配方吸水率只有0.08%，完全瓷化。隨著坯料中的鉀、鈉、鋰助熔劑增加，瓷坯在高溫下生成的玻璃相相應(yīng)增多，坯體中大氣孔被填充，氣孔率降低，吸水率減小。根據(jù)資料，玻璃相折射率為1.5，石英折射率為1.55，莫來(lái)石折射率為1.64，坯體中玻璃相增多，所以其透光度明顯增加，由7%增加到11%。同時(shí)隨著透光度增加，瓷坯白度略有降低，由84降低到82。

3)坯體熱穩(wěn)定性。由于10#配方中鉀、鈉總含量較高，所以熱穩(wěn)定性較差。為了解決瓷坯熱穩(wěn)定性問(wèn)題，考慮往坯體中引入含鋰原料和氧化鋁粉。一般含鋰的礦物都有較低的熱膨脹性，能經(jīng)受急劇的溫度變化而不被破壞，抗熱震性能好。Al2O3可以提高瓷坯的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，因此，在10#配方中通過(guò)引入鋰瓷石和鋁粉來(lái)提高熱穩(wěn)定性。從表4中可以看出，瓷坯熱穩(wěn)定性沒(méi)有降低。

4)坯體抗折強(qiáng)度。晶相、玻璃相、氣相是構(gòu)成陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)，而顯微結(jié)構(gòu)對(duì)強(qiáng)度的影響尤為明顯。三者在瓷坯中的空間關(guān)系決定了陶瓷材料的強(qiáng)度及其性能。減少陶瓷坯體的氣孔率能提高強(qiáng)度，10#配方比9#配方吸水率低，從側(cè)面可以反映出坯體中氣孔率低，有利于提高坯體強(qiáng)度。玻璃相的增多明顯會(huì)使坯體強(qiáng)度下降，10#配方中鉀、鈉含量增加有利于生成玻璃相，所以鉀鈉助熔劑的加入量要控制在一定范圍內(nèi)，以保證坯體強(qiáng)度。提高坯體中氧化鋁含量，有利于促進(jìn)莫來(lái)石晶相的形成，莫來(lái)石含量增多坯體強(qiáng)度會(huì)增大。綜合平衡吸水率、鉀鈉含量、鋁含量這三者之間的關(guān)系，經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)篩選出來(lái)10#配方，抗折強(qiáng)度仍然有300 MPa。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)研究，將碳酸鉀、石英、高鋁粘土按一定比例高溫預(yù)處理后添加到泥漿中，使配方中鉀含量在7%～8%，鋁含量在24%～25%時(shí)，瓷胎的白度和透光度能達(dá)到最佳值；而鋰瓷石加入量在5%～8%時(shí)，能有效提高產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性。在合理的燒成制度下，瓷質(zhì)能達(dá)到如脂似玉的效果。

在產(chǎn)業(yè)組織理論中，市場(chǎng)集中度是衡量市場(chǎng)壟斷力量、考察市場(chǎng)結(jié)構(gòu)的首要因素。房地產(chǎn)業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，同其他產(chǎn)業(yè)的關(guān)聯(lián)度很高，也是中國(guó)當(dāng)前供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重要一環(huán)，精準(zhǔn)分析房地產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)集中度，有助于深刻了解房地產(chǎn)市場(chǎng)結(jié)構(gòu)和資源配置情況，進(jìn)而推動(dòng)房地產(chǎn)業(yè)供給側(cè)改革，優(yōu)化市場(chǎng)結(jié)構(gòu)，防范金融風(fēng)險(xiǎn)，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展。

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3 王志義,李輝.高級(jí)日用鎂質(zhì)瓷的研究[J].中國(guó)陶瓷,2005,41(3):16～25

4 耿謙.骨質(zhì)瓷熱穩(wěn)定的因素及其改善途徑[J].江蘇陶瓷,2004,37(4):17～19

* 作者簡(jiǎn)介：馬玉峰(1971-)，本科；主要從事泥漿、釉料的開(kāi)發(fā)和陶瓷酒瓶工藝研發(fā)與控制工作。

中圖分類號(hào)：TQ174

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1002-2872(2017)11-0025-03