一种耐磨损日用陶瓷及其制备方法与流程

2021-01-31 02:01:49|

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本发明属于日用陶瓷技术领域。更具体地，涉及一种耐磨损日用陶瓷及其制备方法。

背景技术：

日用陶瓷是人们家庭中常用的物品，千百年来深受老百姓的喜爱，承载着深厚的历史底蕴，也是文明发展的见证者。传统日用陶瓷的概念是以黏土、石英、长石等天然原材料做成的硅酸盐制品，其生产工艺包括混料，陈腐，成形，修坯，施釉，烧成等方面。

从日用陶瓷的性能分析，可将日用陶瓷分为日用陶器和日用瓷器，日用陶器吸水率一般＞3％，透光性能差，胎体致密性较差，敲击声较沉闷，日用瓷器的吸水率一般＜3％，透光度较好，玻化程度较高，胎体致密性较好，敲击声音清脆。

再进一步细分，日用陶器可分为粗陶器、普通陶器和细陶器，日用瓷器可分为炻器、普通瓷器和细瓷器。总的来说，日用陶瓷是根据人们不同的需求而制备而成的，而我们日常最熟悉的日用陶瓷，如餐具、茶具、酒杯等。

但是，目前所适用的日用陶瓷还存在以下问题。

1.釉面耐磨性能较差，在使用过程中，容易磨损且造成表面刮花，进而不美观，而且容易沾污，且沾污后难以清洁等问题；

2.釉面平整度较差，不够光滑细腻、硬度、强度等综合性能较差。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种耐磨损日用陶瓷及其制备方法。所述耐磨损日用陶瓷包括日用陶瓷坯体和釉面层，所述釉面层由以下重量份的原料制成：锆英砂30～40份、斜锆石10～15份，霞石正长岩5～10份、碳化钛粉3～6份，钛白粉3～5份，氧化镥4～6份，钨粉2～4份、质量分数为5wt％的聚乙烯醇2～4份、甘油2～4份，20～30份水。本发明的耐磨损日用陶瓷通过组分的相互协同配合，制备得到的耐磨损日用陶瓷釉面平整、光滑，质感好，而且具有优异的硬度和抗弯强度，耐磨损性能优异。

本发明采用以下技术方案：

一种耐磨损日用陶瓷，包括日用陶瓷坯体和釉面层，所述釉面层由以下重量份的原料制成：

锆英砂30～40份、斜锆石10～15份，霞石正长岩5～10份、碳化钛粉3～6份，钛白粉3～5份，氧化镥4～6份，钨粉2～4份、质量分数为5wt％的聚乙烯醇2～4份、甘油2～4份，20～30份水。

优选的，所述釉面层由以下重量份的原料制成：

锆英砂35份、斜锆石14份，霞石正长岩8份、碳化钛粉5份，钛白粉4份，氧化镥5份，钨粉3份、质量分数为5wt％的聚乙烯醇3份、甘油3份，25份水。

优选的，所述锆英砂的粒径为3～6μm，所述斜锆石的粒径为4～8μm，所述霞石正长岩的粒径为8～12μm。

优选的，所述碳化钛粉的粒径为20～40nm，所述钛白粉的粒径为15～25nm，所述氧化镥的粒径为10～20nm，所述钨粉的粒径为5～10nm。

本发明还提供上述所述的一种耐磨损日用陶瓷的制备方法，其特征在于：

1)日用陶瓷胚体的制备：

2)按重量份分别称取：锆英砂、斜锆石，霞石正长岩、碳化钛粉，钛白粉，氧化镥和钨粉，分别进行干燥，随后将上述组分和水置于到球磨罐中进行球磨混合；

3)然后将质量分数为5wt％的聚乙烯醇和甘油添加到所述球磨罐中继续球磨30～40min，得到釉料；

4)将所述釉料施釉至步骤a的所述日用陶瓷坯体表面，晾干后，得到施釉日用陶瓷坯体；

5)将所述施釉日用陶瓷坯体以1～3℃的升温速率从室温升到450～550℃，保温2～3h，然后以4～6℃的升温至850～950℃保温2～3h，然后以4～8℃升温至1350～1450℃烧结3～6h；最后降温至680～700℃，保温1～2h；然后随炉冷却，得到所述耐磨损的日用陶瓷制品。

优选的，在步骤(2)中，所述球磨时间为4～6h，球磨转速为200～260r/min。

优选的，在步骤(2)中，所述干燥是在100～120℃下干燥6～8h。

优选的，所述锆英砂的粒径为3～6μm，所述斜锆石的粒径为4～8μm，所述霞石正长岩的粒径为8～12μm。

优选的，所述碳化钛粉的粒径为20～40nm，所述钛白粉的粒径为15～25nm，所述氧化镥的粒径为10～20nm，所述钨粉的粒径为5～10nm。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

1)通过添加钛白粉和氧化镥粉，利用氧化钛和氧化镥的协同作用，减少zro2晶粒的长大，提高致密性，进而提高釉面层的致密性、机械强度和耐磨性能。

2)原料中添加了碳化钛，其与原料中的霞石正长岩中的硅组分反应，生成了碳硅钛成分，而且在焙烧过程中，钨与镥会掺杂到碳硅钛晶格中，利用钨和镥协同促进作用，促进了生成的碳硅钛成分改善氧化锆，进一步促进了釉面层的致密性、机械强度和耐磨性能。

3)通过添加聚乙烯醇和甘油，利用两种之间的协同作用，促进了原料之间的相互混合，分散均匀，提高了釉面层的致密性、机械强度和耐磨性能。

4)通过采用分步煅烧，使其具有良好的烧结特性，釉面层的孔隙率得到进一步降低，致密性得到提高，因而，整体性能得到进一步改善。

5)通过添加纳米尺寸的碳化钛粉、钛白粉、氧化镥和钨粉，显著改善了釉面层韧性，改善了耐性性能。

6)本发明的制备方法工艺简单，操作简便，节省了人力和设备成本。

综上所述，本发明制备的一种耐磨损日用陶瓷，由于釉面层致密性好，具有较高的硬度和抗弯强度，较低的磨损率。

下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

具体实施方式

以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。

实施例1

一种耐磨损日用陶瓷，包括日用陶瓷坯体和釉面层，所述釉面层由以下重量份的原料制成：

锆英砂35份、斜锆石14份，霞石正长岩8份、碳化钛粉5份，钛白粉4份，氧化镥5份，钨粉3份、质量分数为5wt％的聚乙烯醇3份、甘油3份，25份水。

所述锆英砂的粒径为5μm，所述斜锆石的粒径为6μm，所述霞石正长岩的粒径为10μm。

所述碳化钛粉的粒径为30nm，所述钛白粉的粒径为20nm，所述氧化镥的粒径为15nm，所述钨粉的粒径为8nm。

上述所述的一种耐磨损日用陶瓷的制备方法，其特征在于：

1)日用陶瓷胚体的制备：

2)按重量份分别称取：锆英砂、斜锆石，霞石正长岩、碳化钛粉，钛白粉，氧化镥和钨粉，分别在110℃下干燥7h，随后将上述组分和水置于到球磨罐中进行球磨混合；所述球磨时间为5h，球磨转速为240r/min；

3)然后将质量分数为5wt％的聚乙烯醇和甘油添加到所述球磨罐中继续球磨35min，得到釉料；

4)将所述釉料施釉至步骤a的所述日用陶瓷坯体表面，晾干后，得到施釉日用陶瓷坯体；

5)将所述施釉日用陶瓷坯体以2℃的升温速率从室温升到500℃，保温2.5h，然后以5℃的升温至900℃保温2.5h，然后以6℃升温至1400℃烧结4h；最后降温至690℃，保温1.5h；然后随炉冷却，得到所述耐磨损的日用陶瓷制品。

实施例2

一种耐磨损日用陶瓷，包括日用陶瓷坯体和釉面层，所述釉面层由以下重量份的原料制成：

锆英砂40份、斜锆石10份，霞石正长岩5份、碳化钛粉6份，钛白粉3份，氧化镥6份，钨粉2份、质量分数为5wt％的聚乙烯醇4份、甘油2份，30份水。

所述锆英砂的粒径为6μm，所述斜锆石的粒径为4μm，所述霞石正长岩的粒径为12μm。

所述碳化钛粉的粒径为20nm，所述钛白粉的粒径为25nm，所述氧化镥的粒径为10nm，所述钨粉的粒径为10nm。

上述所述的一种耐磨损日用陶瓷的制备方法，其特征在于：

1)日用陶瓷胚体的制备：

2)按重量份分别称取：锆英砂、斜锆石，霞石正长岩、碳化钛粉，钛白粉，氧化镥和钨粉，分别在120℃下干燥6h，随后将上述组分和水置于到球磨罐中进行球磨混合；所述球磨时间为4h，球磨转速为260r/min；

3)然后将质量分数为5wt％的聚乙烯醇和甘油添加到所述球磨罐中继续球磨40min，得到釉料；

4)将所述釉料施釉至步骤a的所述日用陶瓷坯体表面，晾干后，得到施釉日用陶瓷坯体；

5)将所述施釉日用陶瓷坯体以3℃的升温速率从室温升到550℃，保温2h，然后以6℃的升温至950℃保温2h，然后以8℃升温至1450℃烧结3h；最后降温至700℃，保温1h；然后随炉冷却，得到所述耐磨损的日用陶瓷制品。

实施例3

一种耐磨损日用陶瓷，包括日用陶瓷坯体和釉面层，所述釉面层由以下重量份的原料制成：

锆英砂30份、斜锆石10份，霞石正长岩5份、碳化钛粉6份，钛白粉6份，氧化镥4份，钨粉4份、质量分数为5wt％的聚乙烯醇2份、甘油4份，20～30份水。

所述锆英砂的粒径为3μm，所述斜锆石的粒径为8μm，所述霞石正长岩的粒径为8μm。

所述碳化钛粉的粒径为40nm，所述钛白粉的粒径为15nm，所述氧化镥的粒径为20nm，所述钨粉的粒径为5nm。

上述所述的一种耐磨损日用陶瓷的制备方法，其特征在于：

1)日用陶瓷胚体的制备：

2)按重量份分别称取：锆英砂、斜锆石，霞石正长岩、碳化钛粉，钛白粉，氧化镥和钨粉，分别在100℃下干燥8h，随后将上述组分和水置于到球磨罐中进行球磨混合；所述球磨时间为6h，球磨转速为200r/min；

3)然后将质量分数为5wt％的聚乙烯醇和甘油添加到所述球磨罐中继续球磨30min，得到釉料；

4)将所述釉料施釉至步骤a的所述日用陶瓷坯体表面，晾干后，得到施釉日用陶瓷坯体；

5)将所述施釉日用陶瓷坯体以1℃的升温速率从室温升到450℃，保温3h，然后以4℃的升温至850℃保温3h，然后以4℃升温至1350℃烧结6h；最后降温至680℃，保温2h；然后随炉冷却，得到所述耐磨损的日用陶瓷制品。

对比例1

一种耐磨损日用陶瓷，包括日用陶瓷坯体和釉面层，所述釉面层由以下重量份的原料制成：

锆英砂35份、斜锆石14份，霞石正长岩8份、碳化钛粉5份，钛白粉9份，钨粉3份、质量分数为5wt％的聚乙烯醇3份、甘油3份，25份水。

所述锆英砂的粒径为5μm，所述斜锆石的粒径为6μm，所述霞石正长岩的粒径为10μm。

所述碳化钛粉的粒径为30nm，所述钛白粉的粒径为20nm，所述钨粉的粒径为8nm。

上述所述的一种耐磨损日用陶瓷的制备方法，其特征在于：

1)日用陶瓷胚体的制备：

2)按重量份分别称取：锆英砂、斜锆石，霞石正长岩、碳化钛粉，钛白粉和钨粉，分别在110℃下干燥7h，随后将上述组分和水置于到球磨罐中进行球磨混合；所述球磨时间为5h，球磨转速为240r/min；

3)然后将质量分数为5wt％的聚乙烯醇和甘油添加到所述球磨罐中继续球磨35min，得到釉料；

4)将所述釉料施釉至步骤a的所述日用陶瓷坯体表面，晾干后，得到施釉日用陶瓷坯体；

对比例2

一种耐磨损日用陶瓷，包括日用陶瓷坯体和釉面层，所述釉面层由以下重量份的原料制成：

锆英砂35份、斜锆石14份，霞石正长岩8份、碳化钛粉5份，氧化镥9份，钨粉3份、质量分数为5wt％的聚乙烯醇3份、甘油3份，25份水。

所述锆英砂的粒径为5μm，所述斜锆石的粒径为6μm，所述霞石正长岩的粒径为10μm。

所述碳化钛粉的粒径为30nm，所述氧化镥的粒径为15nm，所述钨粉的粒径为8nm。

上述所述的一种耐磨损日用陶瓷的制备方法，其特征在于：

1)日用陶瓷胚体的制备：

2)按重量份分别称取：锆英砂、斜锆石，霞石正长岩、碳化钛粉，氧化镥和钨粉，分别在110℃下干燥7h，随后将上述组分和水置于到球磨罐中进行球磨混合；所述球磨时间为5h，球磨转速为240r/min；

3)然后将质量分数为5wt％的聚乙烯醇和甘油添加到所述球磨罐中继续球磨35min，得到釉料；

4)将所述釉料施釉至步骤a的所述日用陶瓷坯体表面，晾干后，得到施釉日用陶瓷坯体；

对比例3

一种耐磨损日用陶瓷，包括日用陶瓷坯体和釉面层，所述釉面层由以下重量份的原料制成：

锆英砂35份、斜锆石14份，霞石正长岩8份、碳化钛粉5份，钛白粉4份，氧化镥8份、质量分数为5wt％的聚乙烯醇3份、甘油3份，25份水。

所述锆英砂的粒径为5μm，所述斜锆石的粒径为6μm，所述霞石正长岩的粒径为10μm。

所述碳化钛粉的粒径为30nm，所述钛白粉的粒径为20nm，所述氧化镥的粒径为15nm。

上述所述的一种耐磨损日用陶瓷的制备方法，其特征在于：

1)日用陶瓷胚体的制备：

2)按重量份分别称取：锆英砂、斜锆石，霞石正长岩、碳化钛粉，钛白粉和氧化镥，分别在110℃下干燥7h，随后将上述组分和水置于到球磨罐中进行球磨混合；所述球磨时间为5h，球磨转速为240r/min；

3)然后将质量分数为5wt％的聚乙烯醇和甘油添加到所述球磨罐中继续球磨35min，得到釉料；

4)将所述釉料施釉至步骤a的所述日用陶瓷坯体表面，晾干后，得到施釉日用陶瓷坯体；

对比例4

一种耐磨损日用陶瓷，包括日用陶瓷坯体和釉面层，所述釉面层由以下重量份的原料制成：

锆英砂35份、斜锆石14份，霞石正长岩8份、碳化钛粉5份，钛白粉4份，钨粉8份、质量分数为5wt％的聚乙烯醇3份、甘油3份，25份水。

所述锆英砂的粒径为5μm，所述斜锆石的粒径为6μm，所述霞石正长岩的粒径为10μm。

所述碳化钛粉的粒径为30nm，所述钛白粉的粒径为20nm，所述钨粉的粒径为8nm。

上述所述的一种耐磨损日用陶瓷的制备方法，其特征在于：

1)日用陶瓷胚体的制备：

3)然后将质量分数为5wt％的聚乙烯醇和甘油添加到所述球磨罐中继续球磨35min，得到釉料；

4)将所述釉料施釉至步骤a的所述日用陶瓷坯体表面，晾干后，得到施釉日用陶瓷坯体；

对比例5

一种耐磨损日用陶瓷，包括日用陶瓷坯体和釉面层，所述釉面层由以下重量份的原料制成：

锆英砂35份、斜锆石14份，霞石正长岩8份、碳化钛粉5份，钛白粉4份，氧化镥5份，钨粉3份、质量分数为5wt％的聚乙烯醇6份，25份水。

所述锆英砂的粒径为5μm，所述斜锆石的粒径为6μm，所述霞石正长岩的粒径为10μm。

所述碳化钛粉的粒径为30nm，所述钛白粉的粒径为20nm，所述氧化镥的粒径为15nm，所述钨粉的粒径为8nm。

上述所述的一种耐磨损日用陶瓷的制备方法，其特征在于：

1)日用陶瓷胚体的制备：

3)然后将质量分数为5wt％的聚乙烯醇添加到所述球磨罐中继续球磨35min，得到釉料；

4)将所述釉料施釉至步骤a的所述日用陶瓷坯体表面，晾干后，得到施釉日用陶瓷坯体；

对比例6

一种耐磨损日用陶瓷，包括日用陶瓷坯体和釉面层，所述釉面层由以下重量份的原料制成：

锆英砂35份、斜锆石14份，霞石正长岩8份、碳化钛粉5份，钛白粉4份，氧化镥5份，钨粉3份、甘油6份，25份水。

所述锆英砂的粒径为5μm，所述斜锆石的粒径为6μm，所述霞石正长岩的粒径为10μm。

所述碳化钛粉的粒径为30nm，所述钛白粉的粒径为20nm，所述氧化镥的粒径为15nm，所述钨粉的粒径为8nm。

上述所述的一种耐磨损日用陶瓷的制备方法，其特征在于：

1)日用陶瓷胚体的制备：

3)然后将甘油添加到所述球磨罐中继续球磨35min，得到釉料；

4)将所述釉料施釉至步骤a的所述日用陶瓷坯体表面，晾干后，得到施釉日用陶瓷坯体；

对比例7

一种耐磨损日用陶瓷，包括日用陶瓷坯体和釉面层，所述釉面层由以下重量份的原料制成：

锆英砂35份、斜锆石14份，霞石正长岩8份、碳化钛粉5份，钛白粉4份，氧化镥5份，钨粉3份、质量分数为5wt％的聚乙烯醇3份、甘油3份，25份水。

所述锆英砂的粒径为5μm，所述斜锆石的粒径为6μm，所述霞石正长岩的粒径为10μm。

所述碳化钛粉的粒径为30nm，所述钛白粉的粒径为20nm，所述氧化镥的粒径为15nm，所述钨粉的粒径为8nm。

上述所述的一种耐磨损日用陶瓷的制备方法，其特征在于：

1)日用陶瓷胚体的制备：

3)然后将质量分数为5wt％的聚乙烯醇和甘油添加到所述球磨罐中继续球磨35min，得到釉料；

4)将所述釉料施釉至步骤a的所述日用陶瓷坯体表面，晾干后，得到施釉日用陶瓷坯体；

5)将所述施釉日用陶瓷坯体以6℃升温至1400℃烧结9h；最后降温至690℃，保温1.5h；然后随炉冷却，得到所述耐磨损的日用陶瓷制品。

对比例8

一种耐磨损日用陶瓷，包括日用陶瓷坯体和釉面层，所述釉面层由以下重量份的原料制成：

锆英砂35份、斜锆石14份，霞石正长岩8份、碳化钛粉5份，钛白粉4份，氧化镥5份，钨粉3份、质量分数为5wt％的聚乙烯醇3份、甘油3份，25份水。

所述锆英砂的粒径为5μm，所述斜锆石的粒径为6μm，所述霞石正长岩的粒径为10μm。

所述碳化钛粉的粒径为30μm，所述钛白粉的粒径为20μm，所述氧化镥的粒径为15μm，所述钨粉的粒径为8μm。

上述所述的一种耐磨损日用陶瓷的制备方法，其特征在于：

1)日用陶瓷胚体的制备：

3)然后将质量分数为5wt％的聚乙烯醇和甘油添加到所述球磨罐中继续球磨35min，得到釉料；

4)将所述釉料施釉至步骤a的所述日用陶瓷坯体表面，晾干后，得到施釉日用陶瓷坯体；

将实施例1-3和对比例1-8进行力学性能及摩擦学性能的测试。

采用显微维氏硬度计测量材料的维氏硬度，载荷为10n，加载时间为5s，硬度值是测量五次的平均值；采用pt-1036pc型万能材料实验机测试样品的弯曲强度，试样尺寸为3mm×4mm×20mm，跨距为16mm，压头加载速度为0.5mm/min，弯曲强度取三次测量结果的平均值，采用球盘式摩擦机(ht-1000，兰州中科凯华科技开发有限公司)测试样品的摩擦学性能。具体测试结果见表1。而且通过观察，实施例1-3的釉面平整、光滑，质感好。

表1实施例1-3和对比例1-8的力学性能和摩擦学性能

综上所述，本发明制备的一种耐磨损日用陶瓷，制备方法简单，而且通过实施例1-3和对比例1-8的对比例可以发现，本发明的耐磨损日用陶瓷通过组分的相互协同配合，制备得到的耐磨损日用陶瓷釉面平整、光滑，质感好，而且具有优异的硬度和抗弯强度，耐磨损性能优异，使其具有硬度hv和抗弯强度最高分别可达15.4gpa和750mpa，磨损率为最低1.8×10^-6。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

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