CN103011767A - 一种卫生陶瓷坯体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型卫生陶瓷坯体，更进一步，涉及一种卫生陶瓷坯体的新型熔剂***，属于卫生陶瓷领域。本发明卫生陶瓷坯体，由石英、熔剂、粘土等原料组成，其中,所述的熔剂为一种合成熔剂，该熔剂包含以下组分：以摩尔百分数计，SiO2 45.0～70.0%，Al2O3 1.0～8.0%，碱金属氧化物1.0～10.0%，碱土金属氧化物0.0～40.0%，B2O3 5.0～20.0%。采用本发明合成熔剂等量替代长石熔剂后，卫生瓷的外观质量没有任何改变，但烧成温度降低50～100℃，抗弯强度提高30～50%。实现了卫生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卫生陶瓷坯体，更进一步，涉及一种卫生陶瓷坯体的熔剂***，属于卫生陶瓷领域。
背景技术
卫生陶瓷是指卫生和清洁盥洗用的陶瓷用具。中国卫生陶瓷行业相对于整个国际市场来讲起步较晚，卫生陶瓷在中国还是一个新兴行业。但缘于在陶瓷工艺上有着良好的传承，加上我国卫生陶瓷产业的不断努力，在引进和消化国外先进技术和装备及学***。
近年来，随着中国城镇改造、房地产开发不断深入，卫生陶瓷行业迎来了一个新的黄金发展时期，越来越多的陶瓷生产企业加入到这一行列中，产业规模迅速扩张，出现了前所未有的“繁荣”。2011年1-9月，卫生陶瓷制品制造业销售收入总额达到311.078亿元，同比增长34.75%；利润总额达到20.661亿元，同比增长8.91%。
“十二五”期间，城镇化和新农村建设为卫生陶瓷提供了稳步增长空间。居民住宅、公共建筑以及基础设施建设，特别是新农村及中西部地区城乡建设快速发展，对卫生陶瓷产品需求拉动较大。由此可见，“十二五”是我国卫生陶瓷行业结构调整的关键时期，未来我国卫生陶瓷行业前景看好。
但是，卫生陶瓷行业是一个高能耗、高原料消耗的行业，行业总体发展受到全球性能源短缺和国家节能降耗政策的严重制约。发展高质量、节能型卫生陶瓷产业是未来发展的方向。目前，国内卫生陶瓷产业能耗水平与国际先进水平相比还存在较大差距，例如，烧成热耗方面：先进国家3350～8370kJ/kg；中国5023～12558(大中型企业)kJ/kg；综合热耗方面：先进国家238～476kg标煤/t；中国400～1800(大中型企业)kg标煤/t。我国卫生陶瓷能耗指标与国外仍然有很大的差距,同时也反映了我国陶瓷工业节能的巨大潜力。
在卫生陶瓷节能发展上，许多科技人员做出了大量的研究工作，主要集中在实现卫生陶瓷低温快烧方面，例如，增加熔剂性成分和含量,选用适于快烧的原料(如硅灰石、透辉石)等。
实现低温快烧是烧成节能的有效途径。高温烧成能耗最高，烧成温度如从1280℃降到1180℃，烧成能耗可降低近30%。
低温快烧目前国内已取得长足进步，但还有很大潜力。如潮州地区的卫生瓷厂，基本上是一个配方，烧成温度均在1230-1260℃，产量大(占全国40%)。在降低烧成温度上做些工作，即可有巨大的节能总量。
但是，增加熔剂性成分和含量，片面降低烧成温度，会带来严重的不利影响。大量熔剂产生的高温熔体低温下转变为玻璃相，会严重降低卫生陶瓷的理化性能，如强度、热稳定性等，导致产品质量的大幅下滑。
因此说，卫生陶瓷的低温快烧和产品质量的提高是一对长期困惑产业界的矛盾。
发明目的及内容
本发明的目的在于解决上述现有技术的不足，而提供一种新型卫生陶瓷坯体组成，进一步讲，是提供一种新型熔剂***，该熔剂***，一方面可以完全替代长石熔剂实现卫生瓷坯体的低温液相烧结，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，这样在不改变卫生瓷外观质量的前提下，将卫生瓷瓷胎中的玻璃相几乎全部转变为极细小晶体，显著提升其瓷胎的理化性能，尤其是机械强度和热稳定性，从而有效解决了卫生陶瓷的低温快烧和产品质量的提高的矛盾。
本发明的目的可以通过以下技术措施来实现：
本发明卫生陶瓷坯体，由石英、熔剂、粘土等原料组成，其中，所述的熔剂为一种合成熔剂，该熔剂包含以下组分：以摩尔百分数计，SiO2 45.0～70.0%，Al2O3 1.0～8.0%，碱金属氧化物1.0～10.0%，碱土金属氧化物0.0～40.0%，B2O3 5.0～20.0%。
或者，所述的熔剂包含以下化学组分：以质量百分数计，SiO2 45.0～70.0%，Al2O3 3.0～12.0%，碱金属氧化物2.0～10.0%，碱土金属氧化物0.0～42.0%，B2O3 5.0～20.0%。
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，本发明所述卫生陶瓷坯体的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%。
或者，所述的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%。
优化选择，本发明所述卫生陶瓷坯体所用的合成熔剂包含以下组分：以摩尔百分数计，SiO2 55.0～65.0%，Al2O3 3.0～6.0%，碱金属氧化物3.0～7.0%，碱土金属氧化物8.0～25.0%，B2O3 8.0～15.0%。
或者，所述的合成熔剂包含以下化学组分：以质量百分数计，SiO2 50.0～65.0%，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%，B2O3 9.0～16.0%。
本发明所述卫生陶瓷坯体所用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。
所述的合成熔剂在卫生陶瓷坯体中的用量，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-R2O-RO-B2O3***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、氟化钙、骨灰、磷酸钙，等，既保证了熔剂***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），完全可以替代长石熔剂，实现卫生瓷的低温液相烧结，又保证了熔剂***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、在卫生瓷坯体中，采用本发明合成熔剂等量替代长石熔剂后，卫生瓷制品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50～100℃。
3、采用本发明合成熔剂等量替代长石熔剂后，卫生瓷瓷胎的理化性能得到大幅度提高。实验表明，卫生瓷的机械抗弯强度可以提高30～50%，性能提高非常显著。
4、实现了卫生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：
本发明卫生瓷坯体，由石英、熔剂、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，SiO2 63.5%，Al2O3 3.2%，K2O 3.1%，CaO 4.0%，MgO 3.2%，ZnO 3.1%，B2O3 12.7%，氟化钙2.4%，氧化锆4.8%。或者，以质量百分数计，SiO2 57.0%，Al2O3 4.8%，K2O 4.5%，CaO 3.3%，MgO 1.9%，ZnO 3.9%，B2O3 13.1%，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，便得到所述的陶瓷坯体烧结用熔剂***。
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（合成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)
1.一种卫生陶瓷坯体，由石英、熔剂、粘土等原料组成，其特征在于，所述的熔剂为一种合成熔剂，该熔剂包含以下组分：以摩尔百分数计，SiO2 45.0～70.0%，Al2O3 1.0～8.0%，碱金属氧化物1.0～10.0%，碱土金属氧化物0.0～40.0%，B2O3 5.0～20.0%。
2.如权利要求1所述的卫生陶瓷坯体，其特征在于，所述的熔剂包含以下化学组分：以质量百分数计，SiO2 45.0～70.0%，Al2O3 3.0～12.0%，碱金属氧化物2.0～10.0%，碱土金属氧化物0.0～42.0%，B2O3 5.0～20.0%。
3.如权利要求1所述的卫生陶瓷坯体，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所述的卫生陶瓷坯体，其特征在于，所述的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所述的卫生陶瓷坯体，其特征在于，所述的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所述的卫生陶瓷坯体，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，SiO2 55.0～65.0%，Al2O3 3.0～6.0%，碱金属氧化物3.0～7.0%，碱土金属氧化物8.0～25.0%，B2O3 8.0～15.0%。
7.如权利要求2所述的卫生陶瓷坯体，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，SiO2 50.0～65.0%，Al2O3 4.5～10.0%，碱金属氧化物4.0～9.0%，碱土金属氧化物10.0～30.0%，B2O3 9.0～16.0%。
8.如权利要求1所述的卫生陶瓷坯体，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所述的卫生陶瓷坯体，其特征在于，所述的合成熔剂在卫生陶瓷坯体中的用量，以质量百分数计，为5～30%。
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|---|---|---|---|
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