陶瓷坯体如何才能生成多的针状莫来石晶体

Question

如题所述

Answer 1

作为用于卫生洁具的陶瓷坯体的重要特性，可以提及材料的强度、抗热冲击性和耐腐蚀性。此外，由于陶瓷制品是根据其本身的致密方法通过将粉末材料处理成一定的状态，采用与产品形状相适配的加压方法将其加压，而后对其进行烧结而形成的，因此除了上述特性以外，材料在装料至烧成过程中所具备的特性也是重要的。在该过程中所具备的特性包括加压阶段的强度(由于在陶瓷的加压过程中通常采用水作为加压助剂，故在本说明书中称为湿强度)、加压后完成干燥处理以后材料的强度(称为干强度)、干燥过程中的收缩(称为干收缩)和烧结过程中的收缩(称为烧结收缩)，以及由于烧结过程中材料的软化而造成的变形(烧结变形)。在这些特性中，由于在高温下烧结的陶瓷材料具有优越的耐腐蚀性，因此耐腐蚀性在陶瓷材料的一般运用中不是一个特别的问题。
陶瓷材料的这些特性在各对特性之间具有相互叠加或相互减弱的关系，因此在改进所有这些特性时存在技术上的困难，因此现有技术中存在下列问题(1)增强方法和材料的抗热冲击性陶瓷坯体的强度随不同的情况而变化，采用瓷石、长石和粘土作为主要原料并将其致密烧结而制成的坯体(下文称为玻璃质坯体)具有40-80Mpa的抗弯强度。
这种玻璃质坯体由结晶相和玻璃相组成，该结晶相含有石英和莫来石，结晶相中的石英原存在于原料中而莫来石是在烧结过程中由主要是硅酸铝矿物的二氧化硅和三氧化二铝成分沉积而成。该玻璃相是由主要由硅酸盐玻璃形成，该硅酸盐玻璃主要包括二氧化硅，并且含有碱金属或碱土金属氧化物。
另一方面，在最近几年，人们在坯体中采用刚玉来代替石英以提高强度，用这种高强度陶瓷坯体来代替玻璃质坯体。这种坯体也称为氧化铝瓷并应用到餐具、绝缘体或其类似物上。
举例来说，公开在日本专利公开41-14914、43-19866、2-40015和7-68061和日本延迟专利公开6-232970中的运用是已知的。
在日本专利公开41-14914中公开的陶瓷坯体具有35-75％的晶相比例，该结晶相包括方石英、石英和莫来石；公开于日本专利公开43-19866中的坯体是通过将方石英、氧化铝和莫来石加入到原始坯体的结晶相中而形成的；公开于日本专利公开2-40015和日本专利公开7-68061中的那些坯体的结晶比例为40％以上，并且结晶相含有刚玉、莫来石、方石英和石英，而且所有成分均能增加陶瓷强度且降低烧结变形。另外，日本延迟专利公开6-232970公开了将氧化铝瓷用于卫生洁具。
氧化铝瓷的抗弯强度为150-300MPa，因此可以使玻璃质坯体的强度增加不低于两倍。该增强的原理如下所说。
对于玻璃质坯体来说，由于在烧结过程的冷却工艺中产生的应力，坯体中石英和玻璃相之间存在的很大的热膨胀系数差会造成在石英附近形成微裂纹。这些微裂纹的存在降低了原始强度。
与其相反，对于氧化铝瓷来说，由于石英被刚玉代替，故微裂纹的量会下降并且提高了强度。
另外，由于比石英更小和更强的刚玉颗粒的均匀分散在坯体中，故其防止了由于应力破裂而造成的裂纹继续发展，从而进一步提高了强度。
这种氧化铝瓷具有优异的强度性能，但当用于与玻璃质坯体相同的情况下时，就会出现下列问题。
虽然如上所述存在许多微裂纹，但玻璃质坯体在抗热冲击性方面是优异的，这是因为这些微裂纹使由于热冲击而造成的应力松弛。
另一方面，采用常规的氧化铝瓷，由于如上所述其微裂纹较少，其抗热冲击性下降，并且特别是对于大型制品如卫生洁具来说，就会出现制品在烧结过程的冷却工艺中发生破裂的问题。
除此以外，采用常规的氧化铝瓷，由于加入的氧化铝的量增加以增强坯体，坯体中结晶相的比例高于玻璃质坯体中的。但是由于较高的结晶相比例，原料颗粒的熔融量下降，这就改变了用于进一步烧结的玻璃相，结果使烧结过程变次。
因此，需要在比玻璃质坯体更高的烧结温度下进行烧结，但是从烧结成本上来考虑，在较低温度下烧结是更为合适的，而且采用与玻璃质坯体相同的烧结温度有利于在与玻璃质坯体相同的生产设备上进行烧结。
另一方面，为了在较低的温度下烧结氧化铝坯体，还需要进行增加作为烧结助剂的氧化钠或氧化钾、以加快原料的玻璃化的方法，以及将原料粉末粉碎的方法。
但是在增加烧结助剂的情况下，由于坯体中玻璃化原料在烧结过程中的粘度下降，因应力如烧结过程中的静重而造成的坯体烧结变形量将会增加，结果使产品制造过程中的变形量增加。
如上所述，常规的氧化铝陶瓷存在抗热冲击性和烧结性能变次的问题。
对于烧结性能变次，可以采用增加烧结助剂的方法或将原料粉末进一步粉碎的方法，但是这样又会出现使坯体烧结变形量增加的新问题。
(2)烧结变形量降低的方法和釉料的匹配陶瓷坯体可以应用到多种产品上。对于民用来说，餐具和卫生洁具是主要的用途，绝缘配件和其它一些是用于商业目的，但通常在这些产品中，并不单独采用陶瓷坯体并且从装饰和使用功能来看应向表面上涂覆釉料。
作为釉料，对于卫生洁具主要采用陶釉。这种陶釉主要由RO2(酸性氧化物，主要是SiO2)、R2O2(两性氧化物，主要是Al2O3)或R2O+RO(碱性氧化物，主要是K2O、Na2O、CaO、ZnO、MgO、BaO和SrO)，如果需要还可以含有乳浊剂，如氧化锆和氧化锡和各种染料，将这种陶釉施加到干坯体上并且在与坯体相同的温度下进行烧结。
如上所说，如果将原料粉末粉碎以降低烧结变形量，则在烧结过程中的变形将降低，但是，与未粉碎的相比，将釉料，如陶釉施加到坯体表面上将会使坯体在烧结过程中用于熔化釉料的起始温度下的收缩增加，从而会导致釉料由于所产生的变形而出现剥离的问题。另外，如果增加烧结助剂的量，则玻璃化的原料的粘度将下降并且烧结过程会快速进行，从而产生类似的问题。
(3)材料的烧结密度和坯体的强度一般说来，采用致密烧结可以使陶瓷材料的强度得到改善。但是，对于类似本发明的主题的部分或大量含有釉料的陶瓷材料来说，随着材料烧结过程的进行，由于材料软化而造成的烧结变形会增加。因此，对于部分或大量含有釉料的陶瓷材料来说，如果将烧结密度限制在较低程度下来使材料的烧结收缩量或烧结变形量降低，则材料的强度也会因此降低。
(4)材料的湿强度、干强度和干收缩材料的湿强度、干强度和干收缩量是产品制造过程中非常重要的特性。特别是在大型产品，如卫生洁具的生产过程中，需要较高的湿强度和干强度。此外，干收缩量优选地应较小，以防止在干燥步骤中出现撕裂。对于常规的陶瓷来说，这些性能还不够，并且考虑到在生产步骤中处理期间产品破碎或类似的强度，就必须超出需要地增加材料的厚度。另外，由于干收缩量较大，必须进行梯度干燥以防止发生撕裂，这样就会出现需要大量时间来干燥的问题。

Answer 2

作为用于卫生洁具的陶瓷坯体的重要特性，可以提及材料的强度、抗热冲击性和耐腐蚀性。此外，由于陶瓷制品是根据其本身的致密方法通过将粉末材料处理成一定的状态，采用与产品形状相适配的加压方法将其加压，而后对其进行烧结而形成的，因此除了上述特性以外，材料在装料至烧成过程中所具备的特性也是重要的。
在该过程中所具备的特性包括加压阶段的强度、加压后完成干燥处理以后材料的强度、干燥过程中的收缩和烧结过程中的收缩，以及由于烧结过程中材料的软化而造成的变形。在这些特性中，由于在高温下烧结的陶瓷材料具有优越的耐腐蚀性，因此耐腐蚀性在陶瓷材料的一般运用中不是一个特别的问题。

Answer 3

作为用于卫生洁具的陶瓷坯体的重要特性，可以提及材料的强度、抗热冲击性和耐腐蚀性。此外，由于陶瓷制品是根据其本身的致密方法通过将粉末材料处理成一定的状态，采用与产品形状相适配的加压方法将其加压，而后对其进行烧结而形成的，因此除了上述特性以外，材料在装料至烧成过程中所具备的特性也是重要的。
在该过程中所具备的特性包括加压阶段的强度(由于在陶瓷的加压过程中通常采用水作为加压助剂，故在本说明书中称为湿强度)、加压后完成干燥处理以后材料的强度(称为干强度)、干燥过程中的收缩(称为干收缩)和烧结过程中的收缩(称为烧结收缩)，以及由于烧结过程中材料的软化而造成的变形(烧结变形)。在这些特性中，由于在高温下烧结的陶瓷材料具有优越的耐腐蚀性，因此耐腐蚀性在陶瓷材料的一般运用中不是一个特别的问题。