任允鵬|強化瓷淺述
2020/8/8 15:15:30
摘要:本文主要介紹了鎂質、高鋁質、高硅質、骨質等四類強化瓷的特點及其強化機理,比較了幾種強化瓷的特點,并對強化瓷的改進措施進行論述,指出了改進方向,提出改進建議。
關鍵詞:強化瓷;高強度;日用陶瓷。
強化瓷是九十年代初興起的一類抗折強度好,釉面硬度高、耐熱沖擊性好的瓷器,強化瓷的出現源于賓館餐飲業的發展。歐美人們稱賓館瓷為Hotel ware,伴隨著洗碗機的出現,人們對瓷器的強度提出了更高的要求。七十年代日本研制生產出了高強度瓷器,抗折強度達到230MPa,隨后,歐美市場亦開始流行Durable ware(耐用瓷),中國臺灣大同瓷廠也研制出了高鋁質耐用陶瓷,當時人們學習歐美日稱之為高強瓷、耐用瓷或鋼化瓷,進入九十年代后,逐漸統一到“強化瓷”這一名稱上來,三十多年來國內許多研究單位和企業相繼研究成功了多種材質的強化瓷器,并得以穩定完善發展。
一、強化瓷材質分類和強化機理
1.1鎂質強化瓷 (亦稱滑石瓷)
鎂質強化瓷,屬于MgO-K2O-Al2O3-SiO2四元系統,燒成溫度為1310~1330℃,氧化和還原氣氛均可。由于在配方組成上采用了70~75%的煅燒滑石或蛇紋石,10~15%的長石等,成瓷后晶相多,以原頑火輝石、堇青石為主晶相,次晶相為方石英,晶相數量高達65%以上,而且堇青石晶粒細小,分布均勻,其晶界比例大,沿晶界破壞時,裂紋的擴展要經過較長迂回曲折的路徑,消耗較多外力,其抗折強度較高,而且對細晶來講,初始裂紋尺寸小,相應地提高了臨界應力,使其強度提高,產品具有較高機械強度。目前,山東淄博陶瓷產區、潮州產區以及深圳某廠的強化瓷以此為主要材質。其中,淄博產區的鎂質強化瓷有乳白瓷、魯青瓷、象牙黃三大品種,乳白瓷和魯青瓷燒還原氣氛,象牙黃燒氧化氣氛;潮州的蛇紋石質鎂質強化瓷燒氧化氣氛,其他白色的鎂質強化瓷多燒還原氣氛。
1.2高鋁質強化瓷
傳統瓷器一般多為長石—高嶺—石英三元系組成,人們很自然就想到Al2O3,特別是α- Al2O3能有效的提高產品的強度。高鋁質強化瓷就是在此基礎上產生,在坯料配方中引入α- Al2O3能有效的提高產品強高,在高鋁質強化瓷瓷胎中,由于Al2O3取代了大部分的石英,使具有高彈性模數的剛玉晶體均勻分布于瓷胎中,并通過合理的燒成工藝促進莫來石的生成發育,由剛玉和莫來石交織成緊密的網狀結構,在配方中引入少量礦化劑降低成瓷溫度,有效的減少了玻璃相的生成,使其強度大為提高。因氧化鋁的加入,燒成溫度有所提高,一般為1330~1350℃,氧化氣氛燒成。
國外有代表性的是日本的高強度瓷器(抗折強度約230MPa),國內河北邯鄲產區的強化瓷為此類的代表。
1.3高硅質強化瓷
在傳統瓷坯體中提高石英的含量,能有效的提高產品強度,但因為石英晶體的熱膨脹系數較大(α=21×10 -6),而且在燒成過程中有較多的晶型轉化,易引起產品開裂,因此,大多數陶瓷工作者在引入石英時都很謹慎,一般加入量在25~35%,山東省硅酸鹽研究設計院研制的高石英瓷突破了這一界限,研制出了抗折強度達155Ma、熱穩定性達220℃的高強度和高熱穩定性產品,其強化機理是:通過控制粒度來控制方石英的轉化,使方石英的量在一定范圍內,并利用方石英的熱膨脹系數與其周圍玻璃相熱膨脹系數相差較大,在冷卻時,石英相對周圍包裹它的富硅玻璃相產生較大的壓應力,使抗拉壓力較弱的玻璃相得到加強,而且石英的粒度在10~30μm之間,內部缺陷較少,其強度大為提高。產品燒成溫度1270~1290℃,氧化氣氛。
高硅質強化瓷從熔劑材料方面又可以分為鉀長石型和鈉長石型,鉀長石型以鉀長石作熔劑,以高石英瓷為代表,鈉長石型的鈉長石或富含鈉長石的礦物為熔劑,
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