超薄陶瓷板制备方法的简述.docx

余辉，罗凌虹，石纪军，程亮，孙良良(景德镇陶瓷学院，景德镇333001) 摘要：超薄陶瓷板具有材质轻盈，给负载物体施加压力小生产中能耗小，原料消耗低，窑具损耗少等 优点参考了建陶、特陶、日用陶瓷等对超薄陶瓷或增韧陶瓷的一些制备工艺，介绍几种可行的高抗折强 度超薄陶瓷板的制备方法，并对其工艺上可能遇到的问题作出可行性分析关键词：超薄；陶瓷板；莫来石；流延法0 引言随着人类对生活品质的追求不断提高，大自然有限能源资源却不断在损耗，一种低能 耗，低原料消耗，材质轻盈强韧的超薄陶瓷板显示出巨大的应用前景超薄陶瓷板可以代替 传统厚重的壁挂瓷板，材质轻盈方便运输，对墙体的拉扯力小，减轻墙体负载，且超薄的材 质具有一定透光度，绘有新彩的薄板在一定灯光效果处理下可以给人以美的视觉享受超薄陶瓷板可以代替传统的墙面砖，轻盈的材质大大减少了墙体的负载，且大量的超薄 材质墙面砖的生产将大大降低能源和矿物资源的消耗，有效的推动陶瓷工业生产的可持续发 展以下介绍几种超薄陶瓷板的制备方法和可采用的原料配方1 流延法取代传统建陶工艺制备超薄陶瓷板当前墙地砖的成型都是传统的压机压制，压机压制的墙面砖制品厚度一般在6mm〜8 mm,地面砖厚度在10mm以上。

要压制制品厚度1mm〜3mm的墙地砖对压机的损伤很大， 并且产品的大规格化也受到压机的限制因此探寻一种新的成型方法，对制备材质轻盈的超 薄陶瓷有重要意义流延成型是一种目前比较成熟的能够获得高质量、超薄型瓷板的成型方法该方法与传 统建陶成型方法相比有以下几个特点［1］：(1) 整个成型过程在湿润的环境下进行，避免了粉 尘飞扬，改善了工作环境；(2)陶瓷板砖的厚度不受压机限制，制备的超薄陶瓷砖单位面积 耗用的原料将大大减少，从而减低了矿物原料的消耗；(3)陶瓷砖的尺寸规格将不受工艺限 制，可制造大规格的陶瓷板砖采用流延法制备的超薄低温的墙地砖既减少了原料上的消耗，又降低了能源的损耗以 墙面砖为例，超薄的墙面砖还可以减少对墙体的负荷，增强了墙体的寿命党桂彬［2］等人采收稿日期：基金项目：国家自然科学基金资助(51262010,51162014)；江西省重大科技创新项目(20114ACE00300)第一作者：余辉(1991一)，男，硕士研究生E-mail： 1019842164@.com通讯作者：罗凌虹(1966—),女，教授E-mail： luolinghong@用水系流延法，以长石、石英、氧化铝、滑石为主要原料，在1200r下制备了厚度2.7mm 抗折强度94.13MPa的100mmX 152mm的墙地砖。

2 采用传统薄胎配方制备超薄陶瓷板景德镇薄胎瓷至今已有悠久的历史如距今4000多年的龙山文化黑陶［3］，具有蛋壳般 极薄的胎壁，厚度仅为0.5〜1mm超薄陶瓷板与景德镇薄胎瓷在工艺和性能上有较多相似 之处，在满足薄度的情况下，其抗折强度也需达到国家标准严权坤［4］通过研究薄胎瓷的原 料对薄胎瓷生产的坯体强度及透明度的影响，制备出以高岭土、长石、石英、坯泥、滑石、 方解石为主要坯体原料，有釉层的，烧成温度为1280〜1310°C,抗折强度三100MPa的薄胎 制备超薄陶瓷板可对薄胎原料进行均匀混合并球磨到一定细度再进行流延成型，坯体干燥后 施以该薄胎的釉料，再进行烧制完全模仿薄胎的原料配方采用流延成型法制备出薄度接近 1mm,抗折强度三100MPa的超薄陶瓷板3 采用骨质瓷、镁质瓷配方制备超薄陶瓷板骨灰瓷以磷酸三钙和钙长石为主要晶相［5］，晶相总量达65%〜75%，形成的大量晶界能 缓冲大量的外来应力，提高陶瓷制品的机械强度，且占45%左右的纤维状磷酸三钙能达到 很好的纤维增强效果，因此骨灰瓷具有较高的抗折强度严星煌⑹在1240C烧成温度下制得 抗弯强度为118.4 MPa骨质瓷郑怀⑺等通过在骨质瓷配方中引入锂辉石和氧化锆对瓷胎进 行强化，制得抗折强度三116.79 MPa的骨质瓷。

镁质瓷以原顽火辉石和董青石为主晶相，次晶相为方石英［5］，总晶相量高达65%以上， 大量不同种类的晶体形成大量的晶界，增加了裂纹的拓展途径，提高了制品的抗折强度镁 质瓷中碱土金属的引入促进了大量玻璃相的生成，玻璃相填充在晶体的间隙中，使得陶瓷制 品结构致密，机械强度增大桑建华⑻等制备的镁质瓷抗折强度为163.2MPa,李辉⑼等通过 T-ZnO晶须增韧增强原理对镁质瓷进行强化，制得制品抗折强度高达220MPa骨质瓷和镁质瓷都有良好的机械强度，该配方结合流延成型法可制备出抗折强度较高的 超薄陶瓷板4 莫来石增强增韧法制备超薄陶瓷板莫来石晶须具有耐磨损、热膨胀系数较小、抗热震性能较好小等优异性能，莫来石纤维 则可以作为纤维增强材料添加到陶瓷制品中，提高制品的机械强度，是一种优异的陶瓷基复 合材料用补强剂［10］ ［11］莫来石陶瓷中莫来石的来源分两类，一是以莫来石或含大量莫来石 的材料（如废瓷粉）为原料直接掺入，二是让坯体中某些原料原位合成或分解出莫来石晶体4.1 莫来石的合成与应用目前针状莫来石粉体的制备方法分为硅铝系统煅烧法和精细化学法：（1） 硅铝系统煅烧法是以铝质、硅质原料制备出莫来石前驱体，在高温和矿化剂催化 下制备针状莫来石粉体。

袁建君等［12］通过在含铝、硅原料中添加一定矿化剂，经过煅烧制 备出针状莫来石粉体蔡舒等［13］以A12O3・6H2O结晶和正硅酸乙脂为原料制备莫来石晶须2）采用精细化学的方法制备莫来石粉体例如张宗涛等［14］、蔡舒等［13］ 采用共沉淀法、 水热晶化法、水解沉淀法、喷雾热解法制备莫来石粉体张冰等［15］、朱伯锉等［16］采用熔盐 合成法制备出针状莫来石粉体通过以上方法合成莫来石粉体再引入到陶瓷材料中可达到增强目的，并且增韧补强效果 显著，但存在以下缺点：晶须分散困难，分布不均匀，难以烧结致密与原位生成莫来石晶 须相比增强效果较差［17］4.2废瓷粉的利用废瓷粉是经高温煅烧后废弃的，难以自然化解的一种硅酸盐材料随着世界各地多年来 陶瓷的生产，陶瓷废料引起的环保问题日益显著［18］以潮州为例，仅其卫生瓷企业产生的 废瓷垃圾就达到每年5 万吨历年堆积的陶瓷垃圾高达30万吨［19］为了解决这个多年来瓷 行业的环境问题，广州某科研所将陶瓷废料利用在瓷泥的工业生产中，利用率达30%以上普通废瓷粉的主要化学为65%〜70%的SiO2、19%〜23%的A12O3、3%〜5%的Na2O和 K2O其中硅铝比长石接近，碱金属长石较低20］。

废瓷粉主要由高岭土分解的莫来石、石英 和一些玻璃相组成在坯体中加入一定量废瓷粉，其玻璃相可以促进莫来石晶相与坯体其他 物质的结合，增强效果相对直接引入莫来石纤维较好因此废瓷粉可作为陶瓷薄板中增强材 料莫来石的一个可靠来源4.3 原位生成莫来石原位合成针状莫来石相材料，利用针状莫来石晶体高强度和高韧性的特点作为增强增韧的材质原位生成并均匀分散于基体材料之中，从而获得具有良好力学性能的材料然而该方 法也存在着一些缺陷，例如原位合成法制备的针状莫来石晶相含量普遍不高，晶体尺寸、长 径比较小为了提高原位合成法中莫来石相的生成量，同时降低其形成温度，提高针状晶体 的长径比，国内外很多学者探索了氧化物的掺杂在铝硅系统中的影响作用［21］Kong】22係统研究了碱土金属氧化物（MgO、CaO、SrO、BaO）、过渡金属氧化物（Fe2O3、 CoO、NiO、WO3）、五价氧化物（M2O5、V2O5、Nb2O5、Ta2O5）以及主族元素氧化物（SnO2、 Sb2O3、 Bi2O3） 的掺杂对针状莫来石晶体生长过程的影响碱土金属元素氧化物能够降低莫 来石的形成温度，但只有MgO能有效促进莫来石的生长过渡金属氧化物对莫来石形成温 度的影响不大，但能够改变莫来石纤维的尺寸，且CoO促进莫来石生长的能力大于Fe2O3 和NiO； WO3能够提高莫来石相的生成量，但同时降低了莫来石相的尺寸；五价氧化物中 Nb2O5、Ta2O5能够降低莫来石的生成且与铝硅系统发生复杂的反应，而V2O5仅起到简单的 催化作用；主族元素氧化物中Sn2O对莫来石晶相的形成基本不产生影响，而Sb2O3和Bi2O3 对莫来石晶体的形成都起促进作用且Bi2O3的促进作用更强。

谭业发0］通在莫来石材料中引 入ZrO2显著提高陶瓷的力学性能，制的材料抗折强度最高达329MPa并显示出较好的耐磨 性5 采用特陶氧化铝瓷配方制备超薄陶瓷板氧化铝瓷具有高硬度，高的机械强度，优良的热稳定性和化学稳定性氧化铝瓷以a - 氧化铝为主要原料a -氧化铝有特别高臣啲弹性模数(410GN/m2),是制备高强陶瓷的优异 材料之一，但同时离子键较强，从而导致其质点扩散系数低、烧结温度较高例如99氧化 铝瓷烧结温度高达1800°C，能源消耗较高且对窑炉耐火砖的损耗较大研究低温烧成的氧 化铝瓷(如 75 氧化铝瓷) 不仅能源消耗少，烧成周期短，且对窑炉和窑具的损耗小，从而降 低成本实现氧化铝陶瓷的低温烧成要满足：在该温度下生成足够的液相使原料颗粒间的润湿而 使坯体迅速致密化液相不存在时，氧化铝的烧结只是原子或离子级物质的迁移扩散，需要 较高的温度因此促使液相在低温下尽早生成或提高高温下物质扩散是降低氧化铝陶瓷烧成 温度的主要方向据此，降低氧化铝陶瓷烧结温度的方法主要有：(1) 高压烧结； (2)添加 矿化剂； (3)提高氧化铝粉的反应活性其中添加矿化剂是最实用降低氧化铝瓷烧结温度的 手段。

制备烧成温度低且致密化的氧化铝陶瓷薄板，要选择适当的烧结助剂(矿化剂)烧结 助剂分可为两类：一类是与氧化铝生成固熔体(如：TiO2、MnO2、Cr2O3)；另一类是能生成 液相(如：MgO、CaO、SiO2)烧结助剂的作用机理都是降低氧化铝瓷烧成温度从而促进A12O3 的烧结因此这种方法在陶瓷领域的工业生产中被广泛采用在研究低温烧制氧化铝陶瓷中曹南萍等跆］在1320〜1370C烧成温度下制备出的抗折强 度高达156.3MPa75氧化铝瓷黄晖©］利用三角配料法对矿化剂在75氧化铝中的作用进行 了研究，并在1350C烧成温度下烧制硬度高达85HV的氧化铝瓷史国普匚6］探究了 CaO-MgO-SiO2(CMS)和TiO2两种添加剂来降低氧化铝陶瓷的烧结温度，并制得烧结温度为1500°C、相对密度98.71%的氧化铝陶瓷在氧化铝陶瓷配方中引入莫来石纤维制备出一种纤维陶瓷基复合材料，该材料具有较高 的力学性能袁好杰囚］以氧化铝粉和多晶莫来石纤维为主要原料，添加1wt%的TiO2和3wt% 的CMS（CaO、MgO、SiO2混合物）作助熔剂，在1450C烧成温度下制备出了莫来石纤维增 强增韧氧化铝陶瓷基复合材料，并对复合材料的性能进行测试。

研究发现：复合材料的抗折 强度随纤维含量的增加先增大后降低，纤维含量为15wt%时，该复合材料有最高抗折强度 504.52MPa,是普通氧化铝陶瓷的1.7倍；同时其断裂韧性达到4.46MPa・m %,是普通氧化 铝陶瓷的 1.6倍6 莫来石微晶玻璃法制造超薄陶瓷板微晶玻璃是通过控制玻璃的析晶种类和数量来获得具有特殊性能的一种多晶材料它通 常具有良好的力学、热学、电学、化学性能，在结构材料和功能材料上已经得到了广泛应用， 并具有良好的发展前景［28］微晶玻璃的性能取决于基础玻璃中析出的晶体种类及特征、残 余玻璃相及第二相晶体的性质等，还由玻璃组成与热处理工艺制度所决定的刘浩等［29］以 高铝粉煤灰为主要原料，采用粉末烧结法制备出莫来石微晶玻璃，在1500C下热处理2h制 得抗折强度为79.5MPa的莫来石微晶玻璃该种材料在某些有特殊性能要求的工程和结构 领域具有潜在的应用前景微晶玻璃在机械力学材料。