高抗热震性骨质瓷的研制

黄岳喜　吴铁军　黄振豪

摘要：本文以骨炭、锂瓷石、高岭土、石英、石灰石、滑石粉为主要原料，通过对骨质瓷的配方、坯料制备工艺及烧成工艺的研究探索，改善坯釉适应性，研制出抗热震性优良的日用骨质瓷产品。其抗热震性较国家标准《骨质瓷器》提高40℃，同时还分析讨论了骨质瓷抗震性能的影响因素。

关键词：骨质瓷；抗热震性；工艺；烧成

1 前言

骨质瓷起源于英国，长期以来是英国皇家专用瓷。中国唐山是国内最早生产骨质瓷的瓷区，近年来潮州瓷区开始吸收国内外骨质瓷的生产技术，也有了骨质瓷的生产。

骨质瓷是高级日用细瓷之一，其瓷质细腻，具有色泽柔和、高洁白、高透光度、釉面光亮平整等性能，是其他日用瓷器无法比拟的。但骨质瓷美中不足就在于其抗热震性差，在抗热震性方面远比不上普通日用瓷器。国家标准GB/T13522—2008《骨质瓷器》抗热震性规定为140℃～20℃热交换一次不裂，比普通日用瓷器的抗热震性低了40℃。本文通过在骨质瓷坯料中引入锂瓷石，以骨炭、锂瓷石、高岭土、石英、石灰石、滑石等为原料，配以无铅熔块釉制备骨质瓷。通过合理调整坯釉料的配方减小其热膨胀系数差值，以改善坯釉的适应性，并调整烧成工艺，研制出抗热震性优于国家标准的骨质瓷器。

2 实验

2.1坯用原料及化学组成

制备骨质瓷的主要原料有骨炭、锂瓷石、高岭土、石英、滑石、石灰石等，其化学组成如表1所示。

2.2坯釉料配方及其化学组成

在骨质瓷坯体原料中，引入含锂原料的锂瓷石代替长石作熔剂。适量增加石英含量，降低坯体热膨胀系数，提高其抗热震性。骨质瓷釉采用无铅熔块釉，其化学组成如表2所示。

骨质瓷坯式：

骨质瓷釉式：

2.3坯料制备工艺

原料的加工处理：

骨炭：经球磨细度达到要求（过200目筛）后，进行酸洗除碱后备用。

高岭土，锂瓷石：采用机锤加工10～14h后洗泥过250目筛备用。

石英，石灰石：经粗碎、细碎后过20目筛备用。

滑石：经1300℃温度煅烧后粉碎备用。

坯料制备的工艺流程图如图1所示：

球磨时，料：球：水配比为1：1.8：0.8，球磨时间约20h，细度达到万孔筛筛余<0.01%。泥浆必须经除铁3遍，并过250目筛，方可压滤。泥饼练泥时，练泥机真空度应≥0.98MPa以上。泥条陈腐时间在7天以上方可使用。可塑成形泥料水分控制在22%～23%，注浆成形泥浆水分控制比重为1.6～1.75。

2.4烧成

本文骨质瓷采用高温素烧，烧成温度为1270～1280℃；低温釉烧，烧成温度为1150～1160℃。

烧成曲线是根据骨质瓷烧成的特点制订的，其烧成温度范围窄，难度大。主要表现在：从1200℃坯体开始形成熔体，达到共熔温度时，液相量急剧增加，坯体发生极大的收缩。这时如果烧成控制不当，容易导致产品的变形和熔塌。针对这一特点，采取控制升温速度的措施，使熔融阶段缓慢进行，制订出合理的坯体烧成曲线。达到烧成温度下限时，保温40min后停火，然后打开窑门急冷至1000℃，再重新关上窑门，采用自然冷却。

素烧坯体的烧成曲线见图2，釉烧产品的烧成曲线见图3。

2.5抛光

经烧成后的素坯，采用振动抛光机对其表面进行打磨抛光，使坯体表面干净、光滑。抛光后用清水冲洗干净后，送干燥房烘干备用。

2.6施釉

素坯施釉，采用喷釉法，根据产品的器型、大小喷施不同浓度的釉。一般浓度控制在65～75波美度之间，釉层厚度控制在0.1～0.3mm。

3 产品性能测定

3.132头展慧牌骨质瓷餐具各项指标性能测试

本文对所制备的32头展慧牌骨质瓷餐具各项指标进行了检测，其结果如表3所示。

3.2代表件口径110mm骨质瓷碗抗热震性能检测

本文对所制备的代表件口径110mm骨质瓷碗的抗热震性能进行了检测，其结果如表4所示。

4 产品主要性能指标比较

（1） 骨质瓷中磷酸三钙含量为41%，高于国标要求≥36%。

（2） 产品吸水率0.1%，小于国标要求≤0.5%。

（3） 产品抗热震性：代表件测试200℃～20℃热交换一次不裂，产品平均抗热震性180℃～20℃热交换一次不裂，高于国标要求140℃～20℃热交换一次不裂。

（4） 产品外观口径误差，符合国标要求。

（5） 产品白度87～88%，高于国标80%。

（6） 产品铅镉溶出量：铅<0.1，镉<0.01，符合美国FDA、美国加州65准则要求，达到国内外先进水平。

5 讨论与分析

5.1锂瓷石对产品抗热震性的影响

锂瓷石是含锂的矿物原料，所含的Li2O可代替长石起熔剂的作用，降低坯体的烧成温度。引入锂长石可减少骨质瓷坯体中K2O、Na2O的含量，与K2O、Na2O相比，Li2O具有较低的热膨胀系数，因此采用锂瓷石为原料有利于提高产品的抗热震性。同时Li2O还具有很强熔解石英的能力，可以提高坯体高温粘度，增强抵抗高温变形的性能，增大坯体的密度与强度。但过量的引入会增加坯体的液相量，使烧成温度范围变得更窄，烧成难度更大。研究证明，原料中Li2O的含量为0.32%时，产品抗热震性最好。

5.2石英的含量对产品抗热震性的影响

在骨质瓷坯体中，石英的含量对坯体中石英晶型的存在形式有着密切关系。随着石英含量的改变，石英的性质也随之改变，坯体中石英的含量适中可以提高产品的抗热震性。

在烧成过程中，骨质瓷坯体中所形成的高温熔体，具有很强熔解石英颗粒的作用。当达到共熔温度时，坯体中的石英颗粒不断熔入高温熔体中；石英在高温熔体中形成了低热膨胀系数的石英玻璃，改变了石英的性质，从而提高了产品的抗热震性。但引入过量的石英，会使石英在液相中过饱和而从玻璃相中析出石英晶体。在冷却过程中，这些石英晶体会发生晶型转变、伴随体积变化和产生热应力，使产品抗热震性降低。在骨质瓷原料配比中，SiO2的含量为35%时，有助于提高产品的抗热震性。

5.3坯釉适应性对产品抗热震性的影响

坯釉适应性是指熔融性能良好的釉，冷却后与坯体紧密结合在一起，不开裂也不剥落的能力。

当釉的膨胀系数小于坯时，冷却时，釉处于压应力。当釉的膨胀系数大于坯时，冷却时，釉处于张应力。如果坯釉间产生的应力超过强度极限时，就会导致釉层的剥落或开裂。如果坯釉膨胀系数相等，冷却时，釉既没有压应力，也没有张应力；釉层也不存在永久热应力，坯釉形成一个整体，但实际上难于达成一致。当釉处于很小的张应力时，对釉层的影响却很大，容易导致釉层开裂。而具有压应力的釉，由于其耐压强度远大于抗张强度，可以抵消部分热应力和机械应力加于产品上的张应力，从而提高产品的抗热震性。

因此，提高骨质瓷产品的抗热震性，首要条件是使坯釉的膨胀系数相适应。本研究通过引入含锂的原料，适当地增加石英含量等方法，来调整坯体的膨胀系数，降低坯釉间膨胀系数的差值，并使釉的膨胀系数略小于坯，釉处于较小的压应力，从而提高产品的抗热震性。经检测，在0～700℃，坯体的线膨胀系数为7.665×10—6/℃，而釉的线膨胀系数为6.202×10—6/℃。据文献介绍，坯釉的膨胀系数差值在（0.8～2）×10—6/℃范围内时，产品的抗热震性最佳。

此外，适当的釉层厚度，可以提高釉的弹性，减少产品产生裂纹的危害，釉层的厚度一般以控制在0.1～0.3mm之间为宜。适当延长保温时间有利于坯体的充分熔融和中间层的生成，对缓解坯釉膨胀系数差所造成的危害应力起促进作用。

6 结论

（1） 经多年生产实践验证，笔者试制的高抗热震性展慧牌日用骨质瓷最佳坯釉配方如下：

坯式：

釉式：

（2）在骨质瓷坯体中引入0.32% Li2O和35% SiO2时，可以降低坯体的膨胀系数，改善坯釉的适应性，提高产品的抗热震性。

（3） 生产工艺的严格控制和合理的烧成制度是提高产品质量的有效保证。

参考文献

[1] 华南工学院.《陶瓷工艺学》[M].中国建筑工业出版社，1981.

[2] 骨灰瓷研究试验报告[J].陶瓷研究与职业教育，1982（4）.

[3] 骨灰瓷坯体的烧成过程[J].河北陶瓷，1979增刊.