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基本信息

項(xiàng)目名稱：
超高強(qiáng)日用瓷的制備和性能表征
小類：
能源化工
簡介：
本項(xiàng)目針對目前日用陶瓷行業(yè)高能耗、高資源消耗、高環(huán)境負(fù)擔(dān)、低附加值的生產(chǎn)現(xiàn)狀，利用相圖理論，結(jié)合微晶玻璃的制備原理，合成了一種新型熔劑系統(tǒng)，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉀鈉長石熔劑系統(tǒng)，從而在實(shí)現(xiàn)低溫液相燒結(jié)的同時(shí)，得到超高強(qiáng)度日用瓷。
詳細(xì)介紹：
我國日用瓷生產(chǎn)量世界第一，但日用瓷的耗能居陶瓷行業(yè)之首，每年消耗巨大的資源能源，且生產(chǎn)出的日用瓷大都是低檔瓷，出口創(chuàng)匯低，受到了國家政策和法律的諸多限制，本發(fā)明針對這種現(xiàn)狀利用相圖理論，結(jié)合微晶玻璃的制備原理，合成了一種新型熔劑系統(tǒng)，該熔劑系統(tǒng)在較低的溫度下便可熔融，起到助熔作用，取代傳統(tǒng)鉀鈉長石助熔劑實(shí)現(xiàn)陶瓷的低溫?zé)桑辉诮禍剡^程中能夠快速整體析晶，凈化晶界，使陶瓷獲得高強(qiáng)度。綜合實(shí)驗(yàn)表明：制備的超高強(qiáng)陶瓷坯體的燒成溫度為1220℃，完全滿足低溫?zé)傻囊螅▊鹘y(tǒng)鎂質(zhì)瓷燒成溫度為1320℃），燒成溫度范圍寬（40～50℃，傳統(tǒng)鎂質(zhì)瓷15℃），力學(xué)性能突出，瓷胎素?zé)箯潖?qiáng)度達(dá)180MPa以上，上釉后強(qiáng)度達(dá)到220MPa，接近工程陶瓷的抗彎強(qiáng)度。確定了最佳的陶瓷燒結(jié)制度為階梯降溫?zé)Y(jié)制度。XRD表明，瓷胎具有超高強(qiáng)度的原因是瓷胎的高溫液相在冷卻過程中析出了細(xì)小的MgSiO3晶粒，另外還析出了游離的SiO2。從而可以看出本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了低溫?zé)珊透咝阅艿耐昝澜y(tǒng)一。

作品圖片

  • 超高強(qiáng)日用瓷的制備和性能表征
  • 超高強(qiáng)日用瓷的制備和性能表征
  • 超高強(qiáng)日用瓷的制備和性能表征

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種新型熔劑系統(tǒng)，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉀鈉長石熔劑系統(tǒng)，從而在實(shí)現(xiàn)低溫液相燒結(jié)的同時(shí)，得到超高強(qiáng)度日用瓷。 本發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)在于首次合成了新型熔劑系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了日用瓷低溫?zé)珊统邚?qiáng)度的完美統(tǒng)一; 首次提出了陶瓷壽命的概念，實(shí)現(xiàn)了日用瓷的長壽命設(shè)計(jì);能夠消除陶瓷行業(yè)自身存在的高能耗、高資源消耗、高環(huán)境負(fù)擔(dān)、低附加值的弊端;設(shè)計(jì)的熔劑系統(tǒng)適用于所有液相燒結(jié)的陶瓷，具有普遍性。 主要技術(shù)指標(biāo)在于新型熔劑系統(tǒng)的高溫粘度特性隨溫度的變化幅度較??；對瓷胎主晶相具有良好的溶解性和潤濕性；高溫熔體具有較大的表面張力；急冷條件（空冷、控制冷卻）下能夠快速、幾乎全部微晶化，晶粒尺寸不大于10um。

科學(xué)性、先進(jìn)性

日用瓷行業(yè)是高能耗、高資源消耗、高環(huán)境負(fù)擔(dān)、低附加值的產(chǎn)業(yè)，受到了我國政策和法律的諸多限制。此外，機(jī)械洗刷的廣泛應(yīng)用，使高強(qiáng)日用瓷具有廣闊的市場空間。因此節(jié)能降耗和提高附加值成了目前日用瓷行業(yè)的發(fā)展趨勢。但現(xiàn)有技術(shù)幾乎都是在長石礦物熔劑系統(tǒng)基礎(chǔ)上，片面強(qiáng)化其熔融效果。在降低燒成溫度的同時(shí)，也導(dǎo)致瓷胎中出現(xiàn)大量的液相（玻璃相），惡化陶瓷材料的理化性能。 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，通過設(shè)計(jì)一種新型熔劑系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)日用瓷的低溫?zé)珊统邚?qiáng)度的有機(jī)結(jié)合。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明借鑒微晶玻璃理論，研制出了一種新型熔劑系統(tǒng)，替代傳統(tǒng)長石熔劑制備出了低溫?zé)傻某邚?qiáng)陶瓷制品。該熔劑系統(tǒng)在低溫下便可熔融，同時(shí)在瓷胎冷卻過程中能夠快速自析晶，使玻璃相轉(zhuǎn)化為晶相。既實(shí)現(xiàn)了日用陶瓷的低溫?zé)桑诛@著提高了瓷胎的機(jī)械強(qiáng)度，使陶瓷的理化性能大大提高，而且也實(shí)現(xiàn)了日用瓷的長壽命設(shè)計(jì)。

獲獎情況及鑒定結(jié)果

經(jīng)山東省科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所查新（查新編號2011GGB01083），查新結(jié)論為：依照用戶的委托及國家科技部、山東省科技廳關(guān)于科技查新咨詢工作的有關(guān)文件規(guī)定，在現(xiàn)有的檢索領(lǐng)域內(nèi)共檢索出密切相關(guān)文獻(xiàn)0篇，相關(guān)文獻(xiàn)6篇。

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

合資經(jīng)營

作品可展示的形式

實(shí)物、產(chǎn)品、現(xiàn)場演示、圖片、樣品

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

超高強(qiáng)日用瓷的制備采用一種新型熔劑系統(tǒng)，該熔劑系統(tǒng)在較低溫度下便可完全熔融，起到液相燒結(jié)助熔作用，制出的鎂質(zhì)瓷坯體燒成溫度僅為1220℃；同時(shí)在瓷胎冷卻過程中能夠快速整體自析晶，使玻璃相微晶化，顯著提高瓷胎中的晶相含量，所得鎂質(zhì)瓷制品的抗彎強(qiáng)度能夠達(dá)到220MPa。實(shí)現(xiàn)了日用瓷的低溫?zé)珊统邚?qiáng)度完美的統(tǒng)一，以及長壽命設(shè)計(jì)。該熔劑系統(tǒng)適用于所有液相燒結(jié)的陶瓷，具有普遍性。 本發(fā)明改變了傳統(tǒng)日用瓷行業(yè)高能耗、高資源消耗、高環(huán)境負(fù)擔(dān)、低附加值的生產(chǎn)現(xiàn)狀，加速了陶瓷行業(yè)升級轉(zhuǎn)型速度，符合“十二五”規(guī)劃的要求;所得制品的超高強(qiáng)性能能夠滿足國際市場對強(qiáng)化瓷的需求,具有廣闊的市場前景;提高了日用瓷的使用壽命,能夠有效地減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)。就經(jīng)濟(jì)效益而言，以100萬件為單位估算，能耗方面可節(jié)約80萬元，性能提高方面可帶來利潤600萬元。而國內(nèi)2010年日用陶瓷的需求量高達(dá)82億件，可見本發(fā)明帶來的經(jīng)濟(jì)效益是巨大的。本發(fā)明具有很好的產(chǎn)業(yè)化前景和極大的市場空間，對陶瓷行業(yè)的整體帶動作用突出。

同類課題研究水平概述

國內(nèi)對低溫快燒技術(shù)進(jìn)行了大量研究，具體如下： 曹南萍、李江等提出了幾種降低高鋁瓷燒成溫度的可行技術(shù)方案：在剛玉瓷配料中引入TiO2、MnO2、Cu2O、Cr2O3等外加劑；加入可在燒結(jié)中形成足量液相的多元低共熔物，外加劑主要是含SiO2、CaO、MgO、BaO等的原料,如輕質(zhì)CaCO3、高嶺土、滑石、工業(yè)BaCO3等，它們按照CaO-MgO-SiO2-Al2O3相圖中的最低共熔點(diǎn)組分進(jìn)行配料,或由生料形式加入,或?qū)⒏黝惿匣旌霞?xì)磨后煅燒成復(fù)合熔劑再加入。 王繼杰等重點(diǎn)討論了各種工業(yè)廢渣，如鋼鐵工業(yè)廢渣、粉煤灰、磷礦渣、煤矸石，以及廢瓷粉、廢玻璃粉、燃燒灰燼、廢粘土、對于低溫快燒的作用。 Nagae Hajime等人利用回收的廢瓷粉、廢玻璃粉、燃燒灰燼等工業(yè)廢渣，研制出了一種再生陶瓷的可行性坯料配方：8～20％廢瓷粉，20～80％燃燒灰燼，30％廢玻璃粉，經(jīng)1100℃燒成后，吸水率為9.9％，體積密度為2.52g/cm3。 張世英等通過對由玻璃粉料、三聚磷酸鈉與熟礬土等結(jié)晶態(tài)原料組成的配方的燒結(jié)動力學(xué)研究，獲得了一種性能與傳統(tǒng)長石瓷相當(dāng)而燒成溫度僅860℃左右的超低溫陶瓷，并對“準(zhǔn)非反應(yīng)”的燒結(jié)機(jī)理進(jìn)行了探討。 陳瑞軍等人利用廢玻璃代替部分水玻璃進(jìn)行低溫陶瓷坯體配方設(shè)計(jì)，當(dāng)陶瓷坯體配方中廢玻璃與水玻璃總量為16.5％且廢玻璃量為8％時(shí)，獲得性能較好且燒成溫度為860℃左右的低溫陶瓷坯體。 顏漢軍提出降低燒成溫度的工藝途徑：一是調(diào)配適宜的坯、釉組成。堿金屬氧化物是助熔能力很強(qiáng)的氧化物，能顯著降低粘土質(zhì)坯體出現(xiàn)液相的溫度，并促進(jìn)坯體中莫來石的形成。另外指出，組合型熔劑成分的引入對促進(jìn)坯體低溫?zé)捎懈玫男Ч?。二是提高坯料的?xì)度。 西方發(fā)達(dá)國家由于對第三世界國家的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，特別是大量低端陶瓷產(chǎn)業(yè)，如建筑陶瓷、衛(wèi)生陶瓷等的轉(zhuǎn)移，對于傳統(tǒng)陶瓷的節(jié)能降耗和增效的相關(guān)研究很少。 上述技術(shù)措施對于大多數(shù)液相燒結(jié)的陶瓷不具備普遍性，甚至是有害的。例如，液相熔融強(qiáng)化措施固然可以降低燒成溫度，但是會導(dǎo)致瓷胎中出現(xiàn)大量的液相（玻璃相），惡化陶瓷材料的理化性能，同時(shí)制品的規(guī)整度難以保證；工業(yè)廢料等僅可以用于低檔陶瓷的助熔劑；玻璃粉固然可以獲得超低溫，同時(shí)帶來了高的變形度和低的理化性能。
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