CN103011764A - 一种骨质瓷坯体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型骨质瓷坯体，更进一步，涉及一种骨质瓷坯体合成熔剂系统，属于日用陶瓷领域。本发明骨质瓷坯体，由骨灰或骨粉、熔剂、石英、粘土等原料组成，所述的熔剂为合成熔剂，以质量百分数计，其化学组成为：SiO2 15.0～95.0％，Al2O3 0～20.0％，Na2O0～15.0％，CaO 2.5～46.0％，P2O5 2.5～39.0％。采用本发明合成熔剂等量替代长石熔剂后，骨质瓷的外观质量没有任何改变，但烧成温度降低50～80℃，抗弯强度提高到130～140MPa，热稳定性提高到200～220℃→20℃水一次热交换不炸裂。实现了骨质瓷生产低温节能烧成和高性能的完美统一。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型骨质瓷坯体，更进一步，涉及一种骨质瓷坯体合成熔剂系统，属于日用陶瓷领域。
背景技术
骨质瓷是产生于英国的一个高档瓷种，距今已有300多年的历史。骨质瓷是以动物的骨灰或合成骨粉(坯料中含量36％以上)、粘土、长石和石英为基本原料，经过高温素烧和低温釉烧两次烧制而成的一种瓷器。
骨质瓷因其瓷质细腻通透，器型美观典雅，釉面润泽光亮，花面多姿多彩的特点，成就了它洁白的质地和华贵的造型，兼有使用和艺术的双重价值，历史上是宫廷专用品和贵族收藏之珍品，是权力和地位的象征，号称“瓷器之王”。骨质瓷在经过一代代名匠之手后，逐渐成为世界陶瓷珍品，是目前唯一世界上公认的高档瓷种。
骨质瓷白度高、透明度好、瓷质软、光泽柔和的优越外观，是由其独特的显微结构所决定的。骨瓷瓷胎显微结构主要由β-Ca3(PO4)2、钙长石、方石英、莫来石和玻璃相所构成。骨灰瓷中玻璃相可达40％左右，各相之间的折射率差别不大(玻璃相为1.56，钙长石为1.58，磷酸三钙1.59-1.62)，因而光的散射较少，透明度好且光亮柔和，装饰效果佳，声音特别悦耳。
但是，正是骨质瓷瓷胎中大量玻璃相的存在，导致其脆性较大，热稳定性较差，而且烧成范围狭窄，不易控制。特别是热稳定性差，仅为140℃→20℃水一次热交换不炸裂(国家标准)，导致骨质瓷产品不能进入四星级、五星级宾馆及餐饮行业，大多仅作为礼品和陈设用瓷使用，严重限制了其应用领域。
为此，很多科技人员开展了大量的工作，如外加其它物质增韧、增强等措施，均未得到显著的改善，亦未有产业化成果。
发明目的及内容
本发明的目的在于解决骨质瓷诞生以来，存在的强度低、热稳定性差的固有缺陷，而提供一种新型合成熔剂，该合成熔剂，一方面可以完全替代长石熔剂实现骨质瓷坯体的液相烧结，另一方面，在瓷胎冷却过程中，该熔剂可以几乎全部晶化，转变为极细小晶体，这样在不改变骨质瓷优良外观的前提下，将传统骨质瓷瓷胎中的玻璃相几乎全部转变为极细小晶体，显著提升传统骨质瓷的理化性能，尤其是机械强度和热稳定性，从而解决了骨质瓷诞生以来存在的强度低、热稳定性差的固有缺陷。
本发明的目的可以通过以下措施来实现：
本发明骨质瓷坯体，由骨灰或骨粉、熔剂、石英、粘土等原料组成，其特征在于，所述的熔剂为合成熔剂，以质量百分数计，其化学组成为：SiO2 15.0～95.0％，Al2O3 0～20.0％，Na2O 0～15.0％，CaO 2.5～46.0％，P2O5 2.5～39.0％。
进一步，本发明所述的合成熔剂的化学组成，以质量百分数计，为：SiO2 25.0～75.0％，Al2O3 0.5～15.0％，Na2O 0.5～10.0％，CaO 10.5～38.0％，P2O5 9.0～32.0％。
优化选择，本发明所述的合成熔剂的化学组成，以质量百分数计，为：SiO2 25.0～60.0％，Al2O3 3～10.0％，Na2O 1.0～7.0％，CaO 19.0～38.0％，P2O5 16.0～32.0％。
其中，本发明所述的合成熔剂的化学组分CaO、P2O5由磷酸三钙、羟基磷酸钙、骨灰引入；所述的化学组分Na2O由钠长石或钠盐引入。
本发明所述的骨质瓷坯体合成熔剂的化学组成中，还包含有以下化学组分中的一种或其任意组合：以质量百分数计，TiO2 0～8％，ZrO2 0～8％，ZrSiO4 0～10％，Li2O 0～5％，AlF30～5％，MgF2 0～5％，ZnO 0～6％，B2O3 0～10％；上述化学组分的总量控制在不超过15％的范围内。
优化选择，本发明所述的合成熔剂的化学组成中，还包含有以下化学组分中的一种或其任意组合：以质量百分数计，TiO2 3～6％，ZrO2 3～6％，ZrSiO4 4～8％，Li2O 1～3％，AlF3 1～3％，MgF2 1～3％，ZnO 2～5％，B2O3 3～8％；上述组分的总量控制在不超过10％的范围内。
本发明所述的骨质瓷坯体合成熔剂的制备方法是：将所述化学组分对应的各种原料预先混合均匀后，在1300～1650℃温度下熔融、水淬后，便得到所述的合成熔剂。
本发明所述的合成熔剂在骨质瓷坯体中的用量，以质量百分数计，为5～30％。
本发明与现有技术相比，具有以下技术特点和效果：
1、本发明采用SiO2-Al2O3-Na2O-CaO-P2O5系统为熔剂的基础组成，并且辅以各种引晶剂和细晶剂，如TiO2、ZrO2、ZrSiO4、Li2O、AlF3、MgF2、ZnO、B2O3，等，既保证了熔剂系统在高温下可以具有长石熔剂相同的烧结行为，又保证了在瓷胎冷却过程中能够整体析晶，且析出的晶体为极细小晶体，从而保证了本发明目的的实现。
本发明合成熔剂的SEM照片、XRD图片和差热-失重曲线见附图所示。
2、在骨质瓷坯体中，采用本发明合成熔剂等量替代长石熔剂后，骨质瓷的外观质量没有任何改变，但烧成温度显著降低，实验表明，可以降低50～80℃。
3、采用本发明合成熔剂等量替代长石熔剂后，骨质瓷瓷胎的理化性能得到大幅度提高。实验表明，骨质瓷的抗弯强度可以由80～100MPa，提高到130～140MPa，热稳定性可以由140℃→20℃水一次热交换不炸裂，提高到200～220℃→20℃水一次热交换不炸裂，性能提高非常显著。
4、实现了骨质瓷生产低温节能烧成和高性能的完美统一。
附图说明
附图1本发明合成熔剂的SEM照片；
附图2本发明合成熔剂的XRD图片；
附图3本发明合成熔剂的差热-失重曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
本发明骨质瓷坯体，由骨灰或骨粉、熔剂、石英、粘土等原料组成，所述的熔剂为合成熔剂，以质量百分数计，其化学组成为：SiO2 50.0％，Al2O3 15％，Na2O 11％，CaO 13.0％，P2O5 11.0％。
本发明骨质瓷坯体烧结用合成熔剂，还外加有以下化学组分：以质量百分数计，TiO2 4％，ZrSiO4 2％，B2O3 4％。
其中，所述的化学组分CaO、P2O5由骨灰引入；所述的化学组分Na2O由钠长石和碳酸钠引入。
上述合成熔剂的制备方法是：
将上述化学组分首先计算出各自对应的各种原料(以质量百分数计)：
钠长石64.25％，氢氧化铝5.41％，碳酸钠8.03％，骨灰22.31％，外加TiO2 4％，ZrSiO42％，硼酸7.11％。
将上述原料预先混合均匀后，在1350℃温度下熔融、水淬后，便得到所述的骨质瓷坯体烧结用熔剂。
本发明合成熔剂的SEM照片、XRD图片和差热-失重曲线见附图1-3所示。
从附图1可以看出，本发明合成熔剂高温熔体冷却到室温后，几乎全部转变为细小晶体，晶体大小均匀一致，平均在1um左右。
从附图2XRD曲线亦可以看出，本发明合成熔剂高温熔体冷却到室温后，几乎全部转变为晶相，无玻璃相存在。
从附图3可以看出，本发明合成熔剂在测试温度范围内(0-1100℃)，其差热曲线为一条平滑DTA曲线，无明显放热峰，这说明在测试条件下(0～1100℃)，无法找到合成熔剂熔体的析晶起始温度，即合成熔剂熔体在1100℃以上就已经开始析晶，这与本发明预期的高温快速整体析晶相一致。
其它实施例见下表所示。制备工艺相同。
| 实施例序号 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| SiO2 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 |
| Al2O3 | 0.5 | 2 | 3 | 6 | 8 | 9 | 12 |
| Na2O | 0.5 | 1 | 2 | 3 | 6 | 7 | 9 |
| CaO | 45.6 | 41.8 | 38 | 33.1 | 27.7 | 23.9 | 18.4 |
| P2O5 | 38.4 | 35.2 | 32 | 27.9 | 23.3 | 20.1 | 15.6 |
| 外加组分 | |||||||
| TiO2 | 0.5 | 1 | 2 | 1 | 4 | 4 | 5 |
| ZrSiO4 | 4 | 3 | 2 | 4 | 0 | 1 | 0 |
| B2O3 | 0.5 | 1 | 2 | 3 | 6 | 5 | 5 |
| 实施例序号 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
| SiO2 | 50 | 55 | 60 | 65 | 70 | 75 | 80 |
| Al2O3 | 15 | 18 | 20 | 7 | 6 | 3 | 2 |
| Na2O | 11 | 13 | 14 | 12 | 11 | 14 | 8 |
| CaO | 13 | 7.6 | 3.3 | 8.7 | 7.1 | 4.3 | 5.4 |
| P2O5 | 11 | 6.4 | 2.7 | 7.3 | 5.9 | 3.7 | 4.6 |
| 外加组分 | |||||||
| TiO2 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| ZrSiO4 | 2 | 0 | 2 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| B2O3 | 6 | 6 | 7 | 9 | 10 | 10 | 10 |
| 实施例序号 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 |
| SiO2 | 85 | 90 | 94 | 22 | 28 | 36 | 44 |
| Al2O3 | 1 | 0.5 | 0 | 3 | 6 | 8 | 12 |
| Na2O | 8 | 2 | 0 | 3 | 3 | 6 | 8 |
| Ca3(PO4)2 | 0 | 0 | 0 | 72 | 63 | 50 | 36 |
| CaO | 3.3 | 4.1 | 3.3 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| P2O5 | 2.7 | 3.4 | 2.7 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 外加组分 | |||||||
| TiO2 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 2 | 3 |
| ZrSiO4 | 1 | 0 | 0 | 4 | 2 | 0 | 3 |
| B2O3 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 8 | 4 |
| 实施例序号 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 |
| SiO2 | 52 | 64 | 76 | 83 | 22 | 74 | 66 |
| Al2O3 | 15 | 7 | 4 | 1 | 3 | 5 | 7 |
| Na2O | 10 | 12 | 13 | 6 | 3 | 12 | 12 |
| Ca3(PO4)2 | 23 | 17 | 7 | 10 | 72 | 骨灰9 | 骨灰15 |
| 外加组分 |
| TiO2 | 3 | 1 | 2 | 1 | 8 | 0 | 0 |
| ZrSiO4 | 0 | 2 | 3 | 0 | 0 | 5 | 7 |
| B2O3 | 10 | 10 | 10 | 10 | 6 | 5 | 6 |
| 实施例序号 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 |
| SiO2 | 50 | 55 | 60 | 64 | 76 | 83 | 44 |
| Al2O3 | 15 | 18 | 20 | 7 | 4 | 1 | 12 |
| Na2O | 11 | 13 | 14 | 12 | 13 | 6 | 8 |
| 骨灰 | 24 | 7.6 | 3.3 | 17 | 7 | 10 | 36 |
| 外加组分 | |||||||
| ZrO2 | 2 | 1 | 1 | 3 | 4 | 5 | 8 |
| Li2O | 1 | 2 | 3 | 2 | 3 | 5 | 3 |
| AlF3 | 2 | 4 | 3 | 5 | 1 | 0 | 0 |
| MgF2 | 1 | 0 | 0 | 0 | 3 | 1 | 0 |
| ZnO | 0 | 3 | 5 | 2 | 1 | 2 | 3 |
| B2O3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 2 | 2 | 0 |
| 实施例序号 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 |
| SiO2 | 36 | 44 | 52 | 64 | 85 | 64 | 76 |
| Al2O3 | 8 | 12 | 15 | 7 | 1 | 7 | 4 |
| Na2O | 6 | 8 | 10 | 12 | 8 | 12 | 13 |
| 骨灰 | 50 | 36 | 23 | 17 | 6 | 17 | 7 |
| 外加组分 | |||||||
| TiO2 | 7 | 6 | 1 | 0 | 4 | 0 | 0 |
| ZrSiO4 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| B2O3 | 0 | 0 | 2 | 5 | 10 | 2 | 10 |
| ZrO2 | 2 | 1 | 1 | 3 | 0 | 5 | 0 |
| Li2O | 1 | 1 | 3 | 2 | 1 | 5 | 3 |
| AlF3 | 2 | 4 | 3 | 2 | 0 | 0 | 0 |
| MgF2 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| ZnO | 0 | 2 | 5 | 2 | 0 | 2 | 0 |
Claims (9)
1.一种骨质瓷坯体，由骨灰或骨粉、熔剂、石英、粘土等原料组成，其特征在于，所述的熔剂为合成熔剂，以质量百分数计，其化学组成为：SiO2 15.0～95.0％，Al2O3 0～20.0％，Na2O 0～15.0％，CaO 2.5～46.0％，P2O5 2.5～39.0％。
2.如权利要求1所述的骨质瓷坯体，其特征在于，所述的合成熔剂的化学组成，以质量百分数计，为：SiO2 25.0～75.0％，Al2O3 0.5～15.0％，Na2O 0.5～10.0％，CaO 10.5～38.0％，P2O5 9.0～32.0％。
3.如权利要求1所述的骨质瓷坯体，其特征在于，所述的合成熔剂的化学组成，以质量百分数计，为：SiO2 25.0～60.0％，Al2O3 3～10.0％，Na2O 1.0～7.0％，CaO 19.0～38.0％，P2O516.0～32.0％。
4.如权利要求1所述的骨质瓷坯体，其特征在于，所述的合成熔剂的化学组分CaO、P2O5由磷酸三钙、羟基磷酸钙、骨灰引入；所述的化学组分Na2O由钠长石或钠盐引入。
5.如权利要求2、3所述的骨质瓷坯体，其特征在于，所述的合成熔剂的化学组分CaO、P2O5由磷酸三钙、羟基磷酸钙、骨灰引入；所述的化学组分Na2O由钠长石或钠盐引入。
6.如权利要求1所述的骨质瓷坯体，其特征在于，所述的合成熔剂的化学组成中还包含有以下化学组分中的一种或其任意组合：以质量百分数计，TiO2 0～8％，ZrO2 0～8％，ZrSiO40～10％，Li2O 0～5％，AlF3 0～5％，MgF2 0～5％，ZnO 0～6％，B2O3 0～10％；上述化学组分的总量控制在不超过10％的范围内。
7.如权利要求6所述的骨质瓷坯体，其特征在于，所述的合成熔剂的化学组成中还包含有以下化学组分中的一种或其任意组合：以质量百分数计，TiO2 3～6％，ZrO2 3～6％，ZrSiO44～8％，Li2O 1～3％，AlF3 1～3％，MgF2 1～3％，ZnO 2～5％，B2O3 3～8％；上述组分的总量控制在不超过10％的范围内。
8.如权利要求1所述的骨质瓷坯体，其特征在于，所述的合成熔剂的制备方法是：将所述化学组分对应的各种原料预先混合均匀后，在1300～1650℃温度下熔融、水淬后，便得到所述的合成熔剂。
9.如权利要求1所述的骨质瓷坯体，其特征在于，所述的合成熔剂在骨质瓷坯体中的用量，以质量百分数计，为5～30％。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130403 |