影响耐热陶瓷炊具热稳定性的因素＊

唐志阳

（无锡工艺职业技术学院 江苏 宜兴 214206）

影响耐热陶瓷炊具热稳定性的因素＊

唐志阳

（无锡工艺职业技术学院 江苏 宜兴 214206）

简述了锂质耐热陶瓷炊具的特点，从坯料的组成、原料细度、坯釉的适应性、烧成制度和炊具造型几个方面探讨了影响锂质耐热陶瓷炊具热稳定性的因素。

耐热陶瓷 炊具 热稳定性 锂辉石 透锂长石

前言

近年来，随着经济的飞速发展，人们的生活水平得到了很大提高，饮食业也随之得到快速发展。许多食物需要经过煎、炒、烹、炸、炖、煮等复杂的烹饪方法的来丰富普通百姓的餐桌，而且人们希望传统的陶瓷炊具能够在各种热源下烹饪食物并可以直接端上餐桌供就餐使用。传统陶瓷炊具由于其抗热震性能差已很难满足人们复杂的烹饪要求。利用锂质原料生产的高档耐热炊具，具有良好的抗热震性能，无毒、无铅镉溶出等优点，其使用寿命是传统陶瓷炊具的数10倍，受到人们的青睐。

1 坯料组成对热稳定性的影响

锂质耐热陶瓷炊具的微晶结构和其它陶瓷一样，是由晶相、玻璃相和气孔3部分组成。晶相成分主要为β一锂辉石及其固溶体、莫来石和残留石英。

β一锂辉石及其固溶体是锂质耐热陶瓷炊具的主要晶相，通常占晶相的60%～80%。锂矿物含量的多少决定着产品膨胀系数的大小，其含量越高，膨胀系数越小。在锂质耐热陶瓷炊具的坯体组成中，由于含锂矿物能和坯体中熔融的石英形成低膨胀晶相β一锂辉石固溶体，因此能提高产品的热稳定性。

锂矿物的含量越高，产品热稳定性越好。但锂矿物的含量也不能过高，因其价格较贵，含量过高会导致产品成本增加；同时含锂矿物烧成范围窄，含量过高也会导致产品烧成困难，其含量为40%～55%较适宜。同时，要尽量提高坯体中A12O3的含量，使其形成较多的莫来石晶体；降低石英含量（尤其不能存在游离石英），因为它有多晶转化的体积变化；还要尽量降低碱金属氧化物的含量，以减少玻璃相的生成。

2 原料细度对热稳定性的影响

原料的细度对耐热陶瓷炊具的热稳定性有显著的影响。原料的细度不仅会影响烧成后各晶相的晶粒尺寸，还会影响各晶相的形成和含量。原料细度越高，则其活性就越高，比表面能就越大，可以降低反应温度，烧成时反应就比较彻底。从而有助于降低残余石英含量，生成更多的分布较均匀、热膨胀系数较低的低膨胀晶体，热稳定性也就越好。但原料也不是细度越高越好，应合理地控制原料的细度，能够使产品具有良好的耐热性能及微观结构。原料颗粒过粗，则部分较粗颗粒将破坏产品的微观结构，使得产品抗张强度明显下降，同时也将带来泥料成形性能、釉面质量的下降；原料过细，则泥料中固体粒子的表面能和表面活性均较大，在烧成时玻璃相增加，从而降低了产品的耐热性能。细度越高，生产成本也就越高，大规模生产越不容易实现。因此，原料细度应控制在0.2～0.3mm，颗粒度为3%～8%万孔筛余较适宜。

3 坯釉适应性对热稳定性的影响

通常，为了使耐热陶瓷炊具既美观又便于洗涤、清洁，需要在其表面上施一层薄薄的釉层。为了避免发生釉层开裂，则要求釉的热膨胀系数小于坯体的热膨胀系数。日用陶瓷常规釉料的膨胀系数较大，与耐热陶瓷坯体结合差，而且会出现龟裂，在耐热陶瓷中根本无法使用，必须配制与耐热陶瓷坯体相适应的低膨胀釉料。良好的釉层可改善耐热陶瓷炊具的热稳定性。

良好的釉层包含以下内容：①坯、釉膨胀系数的匹配；②坯、釉弹性模数的匹配。如坯、釉膨胀系数差距过大，面对温度急剧变化，坯釉之间将会产生较大的拉（压）力，导致产品热稳定性受到影响。因此，要尽量使釉的膨胀系数接近于坯体的膨胀系数，最好略低于坯体的膨胀系数。因为陶瓷产品的耐压强度总是高于抗张强度，受到压应力的釉层能抵消产品受到的部分张力，从而提高产品的机械强度和抗热震性能。另外，坯、釉要有较低的弹性模数，且彼此应较为接近，这样既能补偿坯、釉中间层产生的应力，也能补偿由于外力作用产生的应力。

为了解决坯、釉相适应的问题，提高耐热陶瓷炊具的热稳定性，还要采用合理的施釉方法和适合的釉层厚度。实践证明，釉层厚度应控制在0.2～0.3mm为宜，太薄不利于析晶；太厚则操作困难，而且容易造成釉裂和剥釉缺陷。

4 烧成制度对热稳定性的影响

陶瓷产品烧成温度的高低直接影响着晶粒尺寸、液相的组成和数量以及气孔的形貌和数量。锂质耐热陶瓷是以β一锂辉石及其固溶体为主晶相，所以固溶体中含硅量的多少直接影响着坯体的热膨胀系数。而β一锂辉石固溶体中的含硅量随烧成温度的升高而增加，因此烧成温度对坯体的热膨胀系数影响较大。通常产品适宜在烧成温度的上限（1 240～1 280℃）烧成，且适当延长高温保温时间，使坯体充分反应，这样既能保证坯体中含有大量富含SiO2的β一锂辉石固溶体，又能降低残余石英的含量，从而可提高坯体致密度和强度，使产品热膨胀系数明显变小；若烧成温度过低，则造成坯体生烧。导致坯体的强度低，化学反应不完全，吸水率大，耐热性能差，坯体中不能形成必要的晶相和玻璃相。β一锂辉石及其固溶体和莫来石晶相含量低、气孔率大，这些因素都将影响坯和釉的膨胀系数。同时，气孔率大将严重影响坯体的导热系数，降低坯体的强度和抗热震性；若温度过高，虽然固溶体中SiO2含量会增多，但同时玻璃相也会明显增多，会侵蚀低膨胀晶相而使产品膨胀系数提高。另外，合理控制升温速率有利于坯体中形成较强的骨架，提高产品的机械强度，促使低膨胀晶相的生成。烧成后快速冷却，既能防止某些化合物的分解、固溶体的脱溶及粗晶的形成，又能改善产品结构、提高抗折强度，同时可防止釉面过度析晶、提高釉面光泽。

5 炊具造型对热稳定性的影响

耐热陶瓷炊具的热稳定性还与制品的形状、尺寸、厚薄等因素有关。造型时应尽量避免锐角和棱边，造型愈圆正，厚薄愈均匀，抗热震性能愈高。在热源直接接触的炊具底面，可以设计许多同心半圆形槽沟，这些槽沟能有效地增加受热面积；将炊具底面设计成平缓的伞面型，这样，只有底圈与炉子接触，可将接触面减小到最低限度。这些造型设计扩大了产品底部受热面积和散热途径，能缓冲制品在急冷急热时产生的热应力，有利于陶瓷制品的传热和热稳定性。

综上所述，锂质耐热陶瓷炊具的热稳定性与坯料组成、原料细度、坯釉适应性、烧成制度及炊具造型等多种因素有关。在生产过程中要对每一道工序严格控制，才能使陶瓷炊具的热稳定性处于稳定、良好的状态。

1 吴从若，李维友.高档陶瓷炊具的研制及釉下装饰.山东陶瓷，2001（1）：25～27

2 李月明，廖润华，王竹梅，等.透锂长石质低膨胀陶瓷材料的研究.武汉理工大学学报，2008，30（3）：32～35

3 赵越清.耐热日用陶瓷坯体及其低热膨胀性.河北理工学院学报（社会科学版），2003（3）：117～120

4 钱锦，余炳锋.宜春锂辉石质耐热陶瓷砂锅的研制.景德镇高专学报，2010，25（4）：31～32

TQ174.73

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1002－2872（2012）05－0012－02

唐志阳（1967－），本科，副教授、高级工程师；主要从事应用化学教学及无机材料的研究。