一種新型高端南珠高鈣納米陶瓷及其製備工藝的製作方法
2023-04-26 23:41:11
本發明屬於陶瓷製備技術領域，具體來說，涉及一種新型高端南珠高鈣納米陶瓷及其製備工藝。
背景技術：
在傳統骨瓷的一般製備工藝中，主要原料採用氧化鈣、氧化矽和氧化鋁等。其中，鈣成分（氧化鈣）含量越高，製備得到的骨瓷色澤及透光率就越好。在自然界中，氧化鈣的來源不多，所以選擇動物的骨灰作為氧化鈣的來源。獨特的燒制過程和骨碳的加入，使瓷土中的雜質被消除，骨瓷顯得更潔白、細膩、通透、輕巧，極少瑕疵，並且比一般瓷器薄，在視覺上有一種特殊的清潔感，且強度高於一般瓷器，是日用瓷器的兩倍。
傳統骨瓷坯料中一般採用的動物骨灰（如牛骨灰）作為主要原料，但是，隨著生活的不斷提高，人們對高檔日用陶瓷或高檔陶瓷擺件的需求也在日益增多。其中，作為無論是質地還是外觀、色澤都非常出眾的骨瓷愈發受到追捧，其需求量自然就愈來愈大。這直接導致了動物骨灰的需求大量增加，難以保證穩定和高質量的來源。在製備動物骨灰複雜的過程中，酸洗和煅燒等很容易造成環境造汙染。在製備高品質的骨瓷工藝中，從事陶瓷材料研究及工業生產工作者們一直不斷追求尋找其他原料很好地替代動物骨灰。
骨瓷作為一種新型陶瓷製品，主要原料包括動物骨灰、粘土和鉀長石。研究發現：隨著動物骨灰含量的提高，黏土相對用量的降低，陶瓷產品制坯越難成形，煅燒過程越易出現裂痕或裂開現象，燒制難度非常高。因此，生產過程中一般採取一次定型坯體後，採用素燒（初燒）、拋光後上釉再燒的兩次煅燒模式。
技術實現要素：
針對相關技術中的上述技術問題，本發明提出一種新型高端南珠高鈣納米陶瓷及其製備工藝用以解決上述問題。
為實現上述技術目的，本發明的技術方案是這樣實現的：
一種新型高端南珠高鈣納米陶瓷，包括以下質量份數的原料：粘土20-40份、南珠粉末20-30份、石英20-30份、高嶺土8-15份、鉀長石10-18份、膨潤土2-18份。
進一步的，包括以下質量份數的原料：南珠粉末20份、粘土35份、石英22份、高嶺土8份、鉀長石10份、膨潤土5份。
進一步的，所述粘土包括以下質量份數的原料：SiO2 45.0-50.0%、Al2O3 32.0-38.0%、Fe2O3 0.15-0.35%、TiO2 0.1-0.5%、CaO 0.2-1.05%、MgO 0.05-0.5%、K2O 0.1-1.0%、Na2O 0.1-0.5%。
進一步的，所述南珠粉末包括如下質量分數的原料：93-94%的CaCO3、4-14%的角蛋白質和2-4%的水。
進一步的，所述石英中SiO2的質量百分比≥98.0%。
進一步的，所述鉀長石包括以下質量分數的原料：SiO2 60.0-68.0%、Al2O3 15.0-22.0%、Fe2O3 0.03-0.10%、TiO2 0.01-0.03%、CaO 0.10-0.35%、MgO 0.01-0.05%、K2O 9.05-15.0%、Na2O 2.00-2.55%。
進一步的，所述膨潤土包括以下質量分數的原料：SiO2 65.0-76.0%、Al2O3 13.00-19.0%、Fe2O3 0.01-0.30%、TiO2 0.01-0.5%、CaO 0.1-1.5%、MgO 0.1-1.5%、K2O 0.5-1.5%、Na2O 1.0-5.0%。
一種新型高端南珠高鈣納米陶瓷的製備工藝，包括如下步驟：
S1、稱取所需以下質量份數的原料：粘土20-40份、南珠粉末20-30份、石英20-30份、高嶺土8-15份、鉀長石2-18份、膨潤土2-18份；
S2、分別對S1中的原料進行粉碎研磨，得到粉料；
S3、將研磨後粉料過篩，篩網細度為180-220目；在1.8-2.2×104高斯除鐵器中除鐵；壓濾脫水使濾泥中的水分含量≤25%；精煉後得到物料的真空度≥0.095 MPa；陳化時間1-2周，再次精煉，送至成型，製成坯體備用；
S4、根據所製備高鈣納米陶瓷產品的顏色需要，對S3中所得的坯體修坯上水、乾燥、檢驗合格後，進行施釉置於窯內煅燒處理，反應條件為1220~1250 ℃下加熱50~70 min，從窯內取出並自然冷卻至室溫，製備得到高鈣納米陶瓷；
S5、對燒成產品的高鈣陶瓷進行檢驗合格後，進行彩烤，最後包裝入庫。
優選的，步驟S2中，原料成分需要首先製備成粉末，採用分段研磨的工藝，包含如下步驟：
S2.1、將南珠粉末碾壓並研磨成直徑10~12μm的南珠粉末；
S2.2、將石英碾壓，並研磨成直徑10~15μm的石英粉末；
S2.3、將石英粉末和南珠粉末與高嶺土、鉀長石、膨潤土混合併充分攪拌，然後進行加水球磨處理至1μm之間；
S2.4、向粘土加水單獨化漿備用；
S2.5、最後將S2.3和S2.4所得原料均勻混合併充分攪拌後備用。
優選的，所述S2.3中水的用量為混合物料總質量的40-60%；所述S2.4中的粘土化漿的水分質量百分比為30-40%。
優選的，所述S2.3中水的用量為混合物料總質量的40-60%。
優選的，所述S2.4中的粘土化漿的水分質量百分比為30-40%。
本發明的有益效果：南珠粉末經碾壓、研磨成粉，作為動物骨灰替代物料製備新型高檔高鈣陶瓷。由於南珠的主要成分包括碳酸鈣（93%以上），胺基酸及其他20餘種人體必需的微量元素，不對人體有任何毒害作用，生產出的新型南珠高鈣陶瓷用料珍貴、考究，不含對人體有害的鉛與鎘。
具體實施方式
下面對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
根據本發明實施例所述的一種新型高端南珠高鈣納米陶瓷，包括以下質量份數的原料：粘土20-40份、南珠粉末20-30份、石英20-30份、高嶺土8-15份、鉀長石10-18份、膨潤土2-18份。
進一步的，包括以下質量份數的原料：南珠粉末20份、粘土35份、石英22份、高嶺土8份、鉀長石10份、膨潤土5份。
進一步的，所述粘土包括以下質量份數的原料：SiO2 45.0-50.0%、Al2O3 32.0-38.0%、Fe2O3 0.15-0.35%、TiO2 0.1-0.5%、CaO 0.2-1.05%、MgO 0.05-0.5%、K2O 0.1-1.0%、Na2O 0.1-0.5%，其他為餘量雜質。
優選的，所述粘土包括以下質量份數的原料：SiO2 47.65%、Al2O3 34.93%、Fe2O30.27%、TiO2 0.35%、CaO 1.01%、MgO 0.14%、K2O 0.70%、Na2O 0.33%，其他為餘量雜質，其燒失量為13.85%。
進一步的，所述南珠粉末包括如下質量分數的原料：93-94%的CaCO3、4-14%的角蛋白質和2-4%的水。
進一步的，所述石英中SiO2的質量百分比≥98.0%。
優選的，所述石英中SiO2的質量百分比為99%。
進一步的，所述鉀長石包括以下質量分數的原料：SiO2 60.0-68.0%、Al2O3 15.0-22.0%、Fe2O3 0.03-0.10%、TiO2 0.01-0.03%、CaO 0.10-0.35%、MgO 0.01-0.05%、K2O 9.05-15.0%、Na2O 2.00-2.55%。
優選的，所述鉀長石包括以下質量分數的原料：SiO2 65.78%、Al2O3 18.99%、Fe2O30.02%、TiO20.01%、CaO 0.11%、MgO 0.05%、K2O 10.98%、Na2O 3.60%，其他為餘量雜質，其燒失量為0.30%。
進一步的，所述膨潤土包括以下質量分數的原料：SiO2 65.0-76.0%、Al2O3 13.00-19.0%、Fe2O3 0.01-0.30%、TiO2 0.01-0.5%、CaO 0.1-1.5%、MgO 0.1-1.5%、K2O 0.5-1.5%、Na2O 1.0-5.0%。
優選的，所述膨潤土包括以下質量分數的原料：SiO2 75.08%、Al2O3 14.46%、Fe2O30.08%、TiO2 0.1%、CaO 1.02%、MgO 1.08%、K2O 0.22%、Na2O 4.87%，其他為餘量雜質，其燒失量為2.29%。
本發明用鈣類礦物南珠粉末替代動物骨灰製得高鈣陶瓷，其工藝流程如下：
物料碾壓→分段研磨→過篩磁場除鐵→壓濾脫水→精煉→陳化→再次精煉→成型→修坯上水→乾燥→施釉→燒成→驗查→彩烤→成品→質量檢驗→出廠包裝
具體包括如下步驟：
一種新型高端南珠高鈣納米陶瓷的製備工藝，包括如下步驟：
S1、稱取所需以下質量份數的原料：粘土20-40份、南珠粉末20-30份、石英20-30份、高嶺土8-15份、鉀長石2-18份、膨潤土2-18份；
S2、分別對S1中的原料進行粉碎研磨，得到粉料；
S3、將研磨後粉料過篩，篩網細度為180-220目；在1.8-2.2×104高斯除鐵器中除鐵；壓濾脫水使濾泥中的水分含量≤25%；精煉後得到物料的真空度≥0.095 MPa；陳化時間1-2周，再次精煉，送至成型，製成坯體備用；
S4、根據所製備高鈣納米陶瓷產品的顏色需要，對S3中所得的坯體修坯上水、乾燥、檢驗合格後，進行施釉置於窯內煅燒處理，反應條件為1220~1250 ℃下加熱50~70 min，從窯內取出並自然冷卻至室溫，製備得到高鈣納米陶瓷；
S5、對燒成產品的高鈣陶瓷進行檢驗合格後，進行彩烤，最後包裝入庫。
優選的，步驟S2中，原料成分需要首先製備成粉末，採用分段研磨的工藝，包含如下步驟：
S2.1、將南珠粉末碾壓並研磨成直徑10~12μm的南珠粉末；
S2.2、將石英碾壓，並研磨成直徑10~15μm的石英粉末；
S2.3、將石英粉末和南珠粉末與高嶺土、鉀長石、膨潤土混合併充分攪拌，然後進行加水球磨處理至1μm之間；
S2.4、向粘土加水單獨化漿備用；
S2.5、最後將S2.3和S2.4所得原料均勻混合併充分攪拌後備用。
優選的，所述S2.3中水的用量為混合物料總質量的40-60%；所述S2.4中的粘土化漿的水分質量百分比為30-40%。
優選的，所述S2.3中水的用量為混合物料總質量的40-60%。
優選的，所述S2.4中的粘土化漿的水分質量百分比為30-40%。
實施例1
1)稱取坯料原料粘土36份、南珠粉末22份、石英26份、鉀長石11份、膨潤土5份、高嶺土8份；
2)分段研磨： a）將南珠碾壓並研磨成直徑10~12 μm的粉末；b）將石英碾壓至10-15μm；c）碾壓後的南珠粉末與碾壓後的石英與高嶺土、鉀長石、膨潤土充分混合，加入45%的水，球磨至250目；d）將粘土單獨化漿，含水率30%；e）然後將 c）和 d）所得物料混合均勻；
3) 經過180目篩、2.2萬高斯強度除鐵、壓濾脫水使濾泥的水份 ≤24%、真空度0.096 MPa下精煉、入庫陳化7天、再次精煉、送至成型，製成坯體；
4) 修坯上水、乾燥、檢驗合格後，進行施釉，入窯燒制，1200 ℃下燒制60min；
5) 對燒成產品新型高鈣陶瓷進行檢驗合格後，進行彩烤，最後包裝入庫。
實施例2
1）稱取坯料原料南珠粉末20份、粘土35份、高嶺土8份、石英22份、鉀長石18份、膨潤土5份；
2）分段研磨：a）將南珠碾壓並研磨成直徑10~12 μm的粉末；b）將石英碾壓至10-15μm；c）碾壓後的南珠粉末與碾壓後的石英與高嶺土、鉀長石、膨潤土充分混合，加入45%的水，球磨至250目；d) 將粘土單獨化漿，含水率30%；e) 然後將c）和d）所得物料混合均勻；
3) 經過180目篩，2.2萬高斯強度除鐵、壓濾脫水使濾泥的水份≤24%、真空度0.096MPa下精煉、入庫陳化7天、再次精煉、送至成型，製成坯體；
4) 修坯上水、乾燥、檢驗合格後，進行施釉，入窯燒制，1200℃下燒制60min；
5)對燒成產品新型高鈣納米陶瓷進行檢驗合格後，進行彩烤，最後包裝入庫。
所得新型高鈣納米陶瓷的檢驗結果為：光澤度 105光澤單位；透光度84%；抗折強度122 MPa；抗衝擊強度 3.25KJ/m2；吸水率0.08%；體積密度3.44g/cm3，200℃/20℃熱交換一次不裂，燒制合格率 96%。
本發明採用了產量豐富的海南省南珠取代製備成本高昂、加工繁瑣的動物骨灰製備高品質的新型高端高鈣陶瓷。由於大量鈣源的引入，導致高溫下形成一定量鈣質玻璃熔體，鈣質玻璃高溫黏度會隨著溫度的升高迅速降低，導致瓷坯容易變形。本發明進行合理配料，一方面引入膨潤土，提高坯料的可塑性，滿足成型的要求；另一方面，在坯料配方中加入了過量的石英，增加高溫液相黏度，防止坯體變形。進一步的，在製備工藝中，通過分段研磨（碾壓加研磨）嚴格控制坯料的顆粒細度，以保證原料能被充分磨細減少較粗的雜質顆粒，因此最終解決了燒成變形的難題，並減少了瓷坯中雜質相的生成，提高了瓷胎的通透性，因此能最終得到外觀剔透的高端高鈣陶瓷。
本發明將含高鈣成分的南珠粉末直接用於製備新型高端高鈣陶瓷，突破了目前傳統的骨瓷配方設計範圍，豐富了高級陶瓷生產的原料資源，大大降低了生產成本；且製備的新型高鈣陶瓷比傳統的骨瓷少了一道燒成動物骨灰的工序，節約了能源，減少了碳排放，降低了生產成本。所得產品細膩剔透、細密堅硬、可作為具有高生活品質的人士家中傳統骨瓷的替代品。器型高貴典雅，彩面溫潤如玉，花面多姿多彩，非常適合當今人們高品質生活不斷增長的需求。更重要的是，由於原材料取於天然南珠，其成分除高鈣（CaCO3質量百分比 ≥93%）以外，富含胺基酸及鐵（Fe）、銅（Cu）、鋅（Zn）、鈷（Co）、錳（Mn）、鉻（Cr）、硒（Se）、碘（I）、鎳（Ni）、鉬（Mo）、釩（V）、錫（Sn）、鍶（Sr）等微量元素。南珠作為一種生命體，內含的這些微量元素非常接近人類的基本需求，可謂「綠色高端瓷器」，長期使用對人體健康有益無害此外。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。