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CN103011773A - 一种骨质瓷坯体 - Google Patents

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CN103011773A CN2012105723578A CN201210572357A CN103011773A CN 103011773 A CN103011773 A CN 103011773A CN 2012105723578 A CN2012105723578 A CN 2012105723578A CN 201210572357 A CN201210572357 A CN 201210572357A CN 103011773 A CN103011773 A CN 103011773A
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王志义
王晖
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Qingdao University of Science and Technology
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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的熔剂系统，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，其中,所述的熔剂为合成熔剂，该熔剂包含以下组分：以摩尔百分数计，SiO245.0～70.0%，Al2O31.0～8.0%，碱金属氧化物1.0～10.0%，碱土金属氧化物0.0～40.0%，B2O35.0～20.0%。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

一种骨质瓷坯体
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的新型熔剂系统，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，其中，所述的熔剂为合成熔剂，该熔剂包含以下组分：以摩尔百分数计，SiO245.0～70.0%，Al2O31.0～8.0%，碱金属氧化物1.0～10.0%，碱土金属氧化物0.0～40.0%，B2O35.0～20.0%。
或者说，本发明所述的合成熔剂包含以下化学组分：以质量百分数计，SiO245.0～70.0%，Al2O33.0～12.0%，碱金属氧化物2.0～10.0%，碱土金属氧化物0.0～42.0%，B2O35.0～20.0%。
其中，所述的碱金属氧化物为氧化锂、氧化钾、氧化钠中的任意一种或其任意组合；所述的碱土金属氧化物为氧化钙、氧化镁、氧化锌、氧化钡、氧化锶中的任意一种或其任意组合。
另外，本发明所述的合成熔剂还包含二氧化钛、二氧化锆、硅酸锆、氟化钙、骨灰、磷酸钙中的任意一种或其任意组合，其含量：以摩尔百分数计为0～10.0%；以质量百分数计为0～15.0%。
优化选择，本发明所述的合成熔剂包含以下组分：以摩尔百分数计，SiO255.0～65.0%，Al2O33.0～6.0%，碱金属氧化物3.0～7.0%，碱土金属氧化物8.0～25.0%，B2O8.0～15.0%。
或者，所述的合成熔剂包含以下化学组分：以质量百分数计，SiO250.0～65.0%，Al2O34.5～10.0%，碱金属氧化物4.0～9.0%，碱土金属氧化物10.0～30.0%，B2O39.0～16.0%。
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1250～1650℃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5～25%。
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-R2O-RO-B2O3系统为熔剂系统的基础组成，并且辅以各种引晶剂和细晶剂，如TiO2、ZrO2、ZrSiO4、氟化钙、骨灰、磷酸钙，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（熔体高温粘度、高温粘度随温度变化的速率），可以完全替代长石熔剂实现骨质瓷的低温液相烧结，又保证了熔剂系统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，如白度、透光度、瓷质细腻程度等，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℃，烧成温度范围显著拓宽，由传统骨瓷的15～20℃拓展到30～40℃，有利于制品的规整度的提高，降低骨瓷的生产难度。
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，彻底解决了骨质瓷自身存在的强度低、热稳定性差的固有缺陷。
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，所述的熔剂为一种合成熔剂，包含以下化学组分：以摩尔百分数计，SiO263.5%，Al2O33.2%，K2O3.1%，CaO4.0%，MgO3.2%，ZnO3.1%，B2O312.7%，氟化钙2.4%，氧化锆4.8%。或者，以质量百分数计，SiO257.0%，Al2O34.8%，K2O4.5%，CaO3.3%，MgO1.9%，ZnO3.9%，B2O313.1%，氟化钙2.7%，氧化锆8.8%。
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）：
钾长石24%，硅灰石6%，滑石5%，锆英石11.5%，硼酸21%，石英24%，硝酸钾2.5%，氧化锌3.5%，萤石2.5%。
将上述原料预先混合均匀后，在1380℃温度下熔融、水淬后，便得到所述的骨质瓷坯体烧结用熔剂系统。
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2um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（所有熔剂组成均以摩尔百分数表示）。
制备工艺同实施例1。
实施例序号 2 3 4 5 6 7
SiO2 45 50 55 60 65 70
Al2O3 8 7 6 4 2 1
K2O 3 4 3 2 1 0
Na2O 3 4 2 0 0 0
Li2O 4 0 1 2 1 1
CaO 15 12 14 10 5 0
MgO 5 3 5 3 8 5
ZnO 5 4 5 2 2 3
BaO 2 5 0 2 0 0
SrO 5 4 0 2 0 0
B2O3 5 7 9 13 16 20
实施例序号 8 9 10 11 12 13
SiO2 45 50 55 60 65 70
Al2O3 8 7 6 4 2 1
K2O 3 4 3 2 1 0
Na2O 3 4 2 0 0 0
Li2O 4 0 1 2 1 1
CaO 15 12 14 10 5 0
MgO 5 3 5 3 8 5
ZnO 5 4 5 2 2 3
BaO 2 5 0 2 0 0
SrO 5 4 0 2 0 0
B2O3 5 7 9 13 16 20
外加组分
氧化钛 10 8 6 4 2 1
实施例序号 14 15 16 17 18 19
SiO2 45 50 55 60 65 70
Al2O3 8 7 6 4 2 1
K2O 3 4 3 2 1 0
Na2O 3 4 2 0 0 0
Li2O 4 0 1 2 1 1
CaO 15 12 14 10 5 0
MgO 5 3 5 3 8 5
ZnO 5 4 5 2 2 3
BaO 2 5 0 2 0 0
SrO 5 4 0 2 0 0
B2O3 5 7 9 13 16 20
外加组分
硅酸锆 10 9 7 5 3 1
实施例序号 20 21 22 23 24 25
SiO2 45 50 55 60 65 70
Al2O3 8 7 6 4 2 1
K2O 3 4 3 2 1 0
Na2O 3 4 2 0 0 0
Li2O 4 0 1 2 1 1
CaO 15 12 14 10 5 0
MgO 5 3 5 3 8 5
ZnO 5 4 5 2 2 3
BaO 2 5 0 2 0 0
SrO 5 4 0 2 0 0
B2O3 5 7 9 13 16 20
外加组分
氧化钛 2 2 0 5 0 0
氧化锆 2 0 0 0 2 5
硅酸锆 2 2 3 0 0 0
氟化钙 2 3 4 0 5 1
骨灰 2 0 2 3 1 4
实施例序号 26 27 28 29 30 31
SiO2 45 50 55 60 65 70
Al2O3 8 7 6 4 2 1
K2O 3 4 3 2 1 0
Na2O 3 4 2 0 0 0
Li2O 4 0 1 2 1 1
CaO 15 12 14 10 5 0
MgO 5 3 5 3 8 5
ZnO 5 4 5 2 2 3
BaO 2 5 0 2 0 0
SrO 5 4 0 2 0 0
B2O3 5 7 9 13 16 20
外加组分
氧化钛 3 3 0 5 0 0
氧化锆 0 0 1 0 2 5
硅酸锆 2 3 3 0 0 0
氟化钙 2 3 1 0 5 1
磷酸钙 2 0 2 3 1 4
实施例序号 32 33 34 35 36 37
SiO2 45 60 60 65 65 65
Al2O3 8 9 10 8 8 8
K2O 6 0 2 2 0 0
Na2O 0 0 0 0 4 2
Li2O 0 5 4 2 3 4
CaO 15 10 5 5 0 0
MgO 12 3 8 4 0 0
ZnO 5 2 2 4 2 0
BaO 0 0 0 0 4 5
SrO 0 0 0 0 4 6
B2O3 6 11 9 10 10 10
外加组分
硅酸锆 4 2 3 2 6 2
骨灰 4 5 2 6 1 2

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，该熔剂包含以下组分：以摩尔百分数计，SiO245.0～70.0%，Al2O31.0～8.0%，碱金属氧化物1.0～10.0%，碱土金属氧化物0.0～40.0%，B2O35.0～20.0%。
2.如权利要求1所述的骨质瓷坯体，其特征在于，所述的合成熔剂包含以下化学组分：以质量百分数计，SiO245.0～70.0%，Al2O33.0～12.0%，碱金属氧化物2.0～10.0%，碱土金属氧化物0.0～42.0%，B2O35.0～20.0%。
3.如权利要求1所述的骨质瓷坯体，其特征在于，所述的碱金属氧化物为氧化锂、氧化钾、氧化钠中的任意一种或其任意组合；所述的碱土金属氧化物为氧化钙、氧化镁、氧化锌、氧化钡、氧化锶中的任意一种或其任意组合。
4.如权利要求1所述的骨质瓷坯体，其特征在于，所述的合成熔剂还包含二氧化钛、二氧化锆、硅酸锆、氟化钙、骨灰、磷酸钙中的任意一种或其任意组合，其含量以摩尔百分数计为0～10.0%。
5.如权利要求2所述的骨质瓷坯体，其特征在于，所述的合成熔剂还包含二氧化钛、二氧化锆、硅酸锆、氟化钙、骨灰、磷酸钙中的任意一种或其任意组合，其含量以质量百分数计为0～15.0%。
6.如权利要求1所述的骨质瓷坯体，其特征在于，所述的合成熔剂包含以下组分：以摩尔百分数计，SiO255.0～65.0%，Al2O33.0～6.0%，碱金属氧化物3.0～7.0%，碱土金属氧化物8.0～25.0%，B2O38.0～15.0%。
7.如权利要求2所述的骨质瓷坯体，其特征在于，所述的合成熔剂包含以下化学组分：以质量百分数计，SiO250.0～65.0%，Al2O34.5～10.0%，碱金属氧化物4.0～9.0%，碱土金属氧化物10.0～30.0%，B2O39.0～16.0%。
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1250～1650℃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5～25%。
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