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1、10申请公布号CN104140255A43申请公布日20141112CN104140255A21申请号201410371323122申请日20140730C04B35/185200601C04B35/22200601C04B35/62220060171申请人华南理工大学地址511458广东省广州市南沙区环市大道南路25号华工大广州产研院72发明人张志杰张捷刘平安钟明峰74专利代理机构广州市华学知识产权代理有限公司44245代理人蔡茂略54发明名称一种利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法57摘要本发明属于陶瓷工业领域，公开了一种利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法。所述方法包括步骤如下以重量百分比计，将。
2、515的磷酸三钙和8595陶瓷坯料，以湿法球磨的方式粉碎混磨均匀，烘干研磨成粉末，干压成型制得陶瓷生坯，生坯于窑炉内烧成，制得高韧性陶瓷。该方法制备的高韧性陶瓷样品以针状莫来石和钙长石为主晶相，方石英为次晶相，SIO系和PO系复合玻璃相为粘结相，这种结构晶相之间、晶相和玻璃相之间的热膨胀系数更加匹配，能够有效的减少陶瓷烧成过程中微裂纹的产生，大幅度提高陶瓷产品的韧性。51INTCL权利要求书1页说明书5页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图4页10申请公布号CN104140255ACN104140255A1/1页21一种利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷。
3、的方法，其特征在于包括如下步骤1将磷酸三钙和陶瓷坯料混合，以湿法球磨的方式混磨均匀得到浆料；2将步骤1所得浆料过筛、烘干，研磨成粉末，再过筛、干压成型、保压，制得陶瓷生坯；3将所述陶瓷生坯于窑炉内烧成，制得高韧性陶瓷。2根据权利要求1所述的利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法，其特征在于步骤1所述磷酸三钙的掺入量占磷酸三钙和陶瓷坯料总质量的515。3根据权利要求1所述的利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法，其特征在于步骤1所述陶瓷坯料的组成及质量百分含量为SIO265147027、AL2O318012256、K2O168224、NA2O04097、MGO013048、FE2O3037082、CAO01。
4、5052、P2O5010023、烧失761844。4根据权利要求1所述的利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法，其特征在于步骤2所述烘干的温度为100。5根据权利要求1所述的利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法，其特征在于步骤2所述保压的压力为15MPA，保压时间为1分钟。6根据权利要求1所述的利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法，其特征在于步骤3所述陶瓷生坯烧成的温度为11801280。7根据权利要求6所述的利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法，其特征在于步骤3所述陶瓷生坯烧成的温度为12001240。8根据权利要求1所述的利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法，其特征在于步骤3所述陶瓷生坯烧成的保温时间为6090。
5、分钟。9根据权利要求8所述的利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法，其特征在于步骤3所述陶瓷生坯烧成的保温时间为7080分钟。权利要求书CN104140255A1/5页3一种利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法技术领域0001本发明属于陶瓷工业领域，涉及硅酸盐工业陶瓷制备，具体涉及一种利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法。背景技术0002我国是陶瓷生产大国，传统陶瓷非常发达，产量多年居世界首位。目前陶瓷行业面临的挑战主要有陶瓷生产能耗较大；产品的抗冲击强度偏低，韧性较差；优质的原料日益减少。传统的粘土石英长石体系中，瓷体主要以方石英SIO2、莫来石AL6SI2O13为主晶相，SIO玻璃为粘结相。其中方石英颗。
6、粒尺寸一般为几微米到十几微米之间，莫来石主要为鳞片状和颗粒状的一次莫来石，方石英热膨胀系数为11106/，莫来石热膨胀系数为57106/，长石质玻璃相的热膨胀系数为5358106/，可见方石英与莫来石、长石质玻璃的热膨胀系数相差很大，在烧成过程中，由于各相收缩不匹配，容易导致产品产生微裂纹，降低陶瓷产品的强度和热稳定性，影响产品质量。0003以钙、铝、硅、氧为主要组成的钙长石CAAL2SI2O8热膨胀系数为4955106/，与莫来石晶相和长石质玻璃相都很接近，以钙长石取代部分方石英作为陶瓷的主晶相，有助于降低主晶相之间、主晶相和玻璃相之间的热膨胀系数差异。同时钙长石为针状形貌，针状主晶相的存在。
7、有利于改善陶瓷显微结构，提高产品性能，特别是韧性。0004利用钙长石增韧陶瓷已早有研究，但其研究主要偏向于根据晶体化学组成设计原料配方，主要为SIO2、AL2O3和CACO3等，合成得到单一的钙长石/莫来石复合相材料，合成温度一般在1400以上，并且工艺复杂。0005钙通常是以钙盐加入到陶瓷坯料中的方式引入，钙盐的种类很多，其中采取磷酸钙的方式，在引入钙的同时，也引入磷。和硅相似，在高温下磷也容易形成玻璃相，并且SIO系和PO系复合玻璃相热膨胀系数为5662106/，与长石质玻璃相、莫来石晶相和钙长石晶相都很匹配，不会对产品性能造成不利影响。0006磷酸三钙以白色晶体或无定型粉末存在，主要应用。
8、于制备食品添加剂、生物陶瓷、骨质瓷、染色剂、荧光粉等发明内容0007针对目前陶瓷行业中烧成温度高、高品质原料日益减少、产品性能有待提高等问题，本发明的目的在于提供一种利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法，所述方法能够改善陶瓷产品的韧性。0008本发明的目的通过如下技术方案实现0009一种利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法，包括如下步骤00101将磷酸三钙和陶瓷坯料混合，以湿法球磨的方式混磨均匀得到浆料；00112将步骤1所得浆料过筛、烘干，研磨成粉末，再过筛、干压成型、保压，制得陶瓷生坯；说明书CN104140255A2/5页400123将所述陶瓷生坯于窑炉内烧成，制得高韧性陶瓷。0013在上述利用。
9、磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法中0014优选的，步骤1所述磷酸三钙的掺入量占磷酸三钙和陶瓷坯料总质量的515；0015优选的，步骤1所述陶瓷坯料的组成及质量百分含量为SIO265147027、AL2O318012256、K2O168224、NA2O04097、MGO013048、FE2O3037082、CAO015052、P2O5010023、烧失761844；0016优选的，步骤2所述烘干的温度为100；0017优选的，步骤2所述保压的压力为15MPA，保压时间为1分钟；0018优选的，步骤3所述陶瓷生坯烧成的温度为11801280；更优选的，步骤3所述陶瓷生坯烧成的温度为12001240；0。
10、019优选的，步骤3所述陶瓷生坯烧成的保温时间为6090分钟；更优选的，步骤3所述陶瓷生坯烧成的保温时间为7080分钟。0020本发明的原理0021本发明将磷酸三钙引入到陶瓷坯料中，一方面作为钙质元素的来源，在烧成过程中生成钙长石，同时钙质元素的引入，能够降低陶瓷烧成过程中液相出现的温度，改变高温熔体的理化性质，有助于石英和鳞片状、颗粒状的一次莫来石的熔融，进而生成针状的二次莫来石，从而可以在较低温度下形成优异的晶体结构较多的针状莫来石和钙长石晶体，少量方石英；另一方面作为磷元素的来源，在产品中生成SIO系和PO系复合玻璃相，石英在PO系玻璃中的熔融温度相对SIO系玻璃低50200，可进一步加。
11、速方石英的熔融和二次莫来石、钙长石的生成。最终形成以针状莫来石和钙长石为主晶相、SIO系和PO系复合玻璃相的显微结构，各相之间热膨胀系数相匹配，能够减少陶瓷烧成过程中显微裂纹的产生，显著提高陶瓷产品的抗冲击韧性和强度。0022本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果00231本发明利用磷酸三钙提供了钙和磷，在陶瓷烧成过程中生成钙长石以及SIO系和PO系复合玻璃相，可以大幅度提高陶瓷产品的抗冲击韧性。钙质元素的引入降低了烧成过程中液相出现的温度，改变了高温液相的理化性质，加快石英的熔融和针状二次莫来石的生成；同时方石英在PO系玻璃中的熔融温度相对SIO系玻璃低50200，进一步加速了石英的熔融，。
12、从而陶瓷产品可以在较低温度下形成优异的显微结构以针状莫来石和钙长石为主晶相，方石英为次晶相，SIO系和PO系复合玻璃为粘结相。00242本发明引入磷酸三钙后烧成的陶瓷产品主晶相之间、主晶相和玻璃相之间热膨胀系数相匹配，能够显著减少烧成过程中微裂纹的产生，从而提高陶瓷产品的热稳定性和强度。附图说明0025图1未添加磷酸三钙的普通陶瓷样品扫描电镜照片放大5000倍。0026图2实施例1添加磷酸三钙的高韧性陶瓷样品的扫描电镜照片放大5000倍。0027图3实施例1添加磷酸三钙的高韧性陶瓷样品的扫描电镜照片放大20000倍。说明书CN104140255A3/5页50028图4未添加磷酸三钙的普通陶瓷样。
13、品的X射线衍射分析图谱。0029图5实施例1添加磷酸三钙的高韧性陶瓷样品的X射线衍射分析图谱。具体实施方式0030下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。0031实施例10032一种利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法，包括如下步骤00331以重量百分比计，将磷酸三钙15和陶瓷坯料85化学组成见表1混合，以湿法球磨的方式混磨均匀得到浆料；在湿法球磨中，磨球、混合物料及水的质量比为磨球混合物料水12108，球磨时间为2H；00342将步骤1的浆料过100目筛，于100干燥24H，研磨成粉末，再过100目筛，干压成型，15MPA下保压1分钟制得陶瓷生坯；00353将。
14、陶瓷生坯于窑炉内烧成，控制烧成温度为1180，保温时间为60分钟，制得陶瓷样品；0036表1陶瓷坯料化学组成WT0037组分SIO2AL2O3FE2O3NA2OK2OCAOP2O5MGO烧失坯料702718010480801900450230257610038表1中的陶瓷坯料烧成温度为1270，按中华人民共和国轻工行业标准QB/T19932012陶瓷器抗冲击实验方法检测，产品吸水率为079、抗冲击强度为195KJ/M2；未引入磷酸三钙，将表1中的陶瓷坯料在1180条件下烧成的普通陶瓷试样吸水率为604，抗冲击强度为136KJ/M2；引入15磷酸三钙后，烧成温度1180，保温60分钟，烧成的高韧。
15、性陶瓷样品经检测吸水率为047、抗冲击强度为225KJ/M2。0039陶瓷的烧成是生产过程的核心步骤，其主要目的有两个，一是提高致密度，二是提高强度。合格产品需要致密度和强度达到一定的要求。所述“表1中的陶瓷坯料烧成温度为1270”，是指将陶瓷坯料在1270下烧成，才能够满足产品的性能要求，如果低于这个温度，陶瓷材料的致密度以吸水率来表示和强度此处以抗冲击强度来表示达不到国标要求。如1180烧成的陶瓷产品，吸水率较高，说明产品孔隙率较大，致密度不够；而抗冲击强度也低于正常值。引入磷酸三钙后，在1180下烧成，陶瓷产品致密度和强度均高于原坯料1270烧成的产品，说明经过改进，制备方法在提高产品性。
16、能的基础上，还可以降低烧成温度，实现节能生产。0040该实施例中，通过引入磷酸三钙，能够在陶瓷烧成过程中生成钙长石以及SIO系和PO系复合玻璃相。钙质元素的引入降低了烧成过程中液相出现的温度，改变了高温液相的理化性质，加快针状二次莫来石形成和石英的熔融；同时石英在PO系玻璃中的熔融温度相对SIO系玻璃低50200，进一步加速了石英的熔融。从而使得陶瓷产品可以在较低温度下形成优异的显微结构以针状莫来石和钙长石为主晶相，方石英为次晶相，SIO系和PO系复合玻璃为粘结相。说明书CN104140255A4/5页60041未添加磷酸三钙的普通陶瓷样品的扫描电镜图谱如图1所示，主晶相呈颗粒状结构；本实施例。
17、添加磷酸三钙的高韧性陶瓷样品的扫描电镜图谱如图2及图3所示，图2为放大5000倍的图谱，图3为放大20000倍的图谱。从图2及图3可看出，主晶相呈针状结构。0042未添加磷酸三钙的普通陶瓷样品的X射线衍射分析图谱如图4所示，产品以方石英和莫来石为主晶相；本实施例添加磷酸三钙的高韧性陶瓷样品的X射线衍射分析图谱如图5所示，产品以钙长石、莫来石为主晶相。0043本实施例引入磷酸三钙后烧成的高韧性陶瓷产品以钙长石和莫来石为主晶相，与SIO系和PO系复合玻璃热膨胀系数相匹配，可减少烧成过程中微裂纹的产生；且主晶相呈针状结构，故能显著改善陶瓷产品的抗冲击强度，增强产品韧性。0044下面实施例所得高韧性陶。
18、瓷样品的扫描电镜图谱与图2、3基本相同，所得高韧性陶瓷样品的X射线衍射分析图谱与图5基本相同，不再一一提供。0045实施例20046一种利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法，包括如下步骤00471以重量百分比计，将磷酸三钙10和陶瓷坯料90化学组成见表2混合，以湿法球磨的方式混磨均匀得到浆料；在湿法球磨中，磨球、混合物料及水的质量比为磨球混合物料水12108，球磨时间为2H；00482将步骤1的浆料过100目筛，于100干燥24H，研磨成粉末，再过100目筛，干压成型，15MPA下保压1分钟制得陶瓷生坯；00493将陶瓷生坯于窑炉内烧成，控制烧成温度为1200，保温时间为70分钟，制得陶瓷样品；0。
19、050表2陶瓷坯料化学组成WT0051组分SIO2AL2O3FE2O3NA2OK2OCAOP2O5MGO烧失坯料683419410440831810150100488440052表2中的陶瓷坯料烧成温度为1290，按中华人民共和国轻工行业标准QB/T19932012陶瓷器抗冲击实验方法检测，产品吸水率为043、抗冲击强度为205KJ/M2；未引入磷酸三钙，将表2中的陶瓷坯料在1200条件下烧成的普通陶瓷试样吸水率为568，抗冲击强度为175KJ/M2；引入10磷酸三钙后，烧成温度1200，保温70分钟，烧成的高韧性陶瓷样品经检测吸水率为027、抗冲击强度为265KJ/M2。0053实施例300。
20、54一种利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法，包括如下步骤00551以重量百分比计，将磷酸三钙7和陶瓷坯料93化学组成见表3混合，以湿法球磨的方式混磨均匀得到浆料；在湿法球磨中，磨球、混合物料及水的质量比为磨球混合物料水12108，球磨时间为2H；00562将步骤1的浆料过100目筛，于100干燥24H，研磨成粉末，再过100目筛，干压成型，15MPA下保压1分钟制得陶瓷生坯；00573将陶瓷生坯于窑炉内烧成，控制烧成温度为1240，保温时间为80分钟，制得陶瓷样品；说明书CN104140255A5/5页70058表3陶瓷坯料化学组成WT0059组分SIO2AL2O3FE2O3NA2OK2OCAO。
21、P2O5MGO烧失坯料669821360820401680520210287750060表3中的陶瓷坯料烧成温度为1310，按中华人民共和国轻工行业标准QB/T19932012陶瓷器抗冲击实验方法检测，产品吸水率为038、抗冲击强度为265KJ/M2；未引入磷酸三钙，将表3中的陶瓷坯料在1240条件下烧成的普通陶瓷试样吸水率为604，抗冲击强度为216KJ/M2；引入磷酸三钙后，烧成温度1240，保温80分钟，烧成的高韧性陶瓷样品经检测吸水率为026、抗冲击强度为295KJ/M2。0061实施例40062一种利用磷酸三钙制备高韧性陶瓷的方法，包括如下步骤00631以重量百分比计，将磷酸三钙5和。
22、陶瓷坯料95化学组成见表4混合，以湿法球磨的方式混磨均匀得到浆料；在湿法球磨中，磨球、混合物料及水的质量比为磨球混合物料水12108，球磨时间为2H；00642将步骤1的浆料过100目筛，于100干燥24H，研磨成粉末，再过100目筛，干压成型，15MPA下保压1分钟制得陶瓷生坯；00653将陶瓷生坯于窑炉内烧成，控制烧成温度为1280，保温时间为90分钟，制得陶瓷样品；0066表4陶瓷坯料化学组成WT0067组分SIO2AL2O3FE2O3NA2OK2OCAOP2O5MGO烧失坯料651422560370972240280110138200068表4中的陶瓷坯料烧成温度为1320，按中华人民。
23、共和国轻工行业标准QB/T19932012陶瓷器抗冲击实验方法检测，产品吸水率为033、抗冲击性能为275KJ/M2；未引入磷酸三钙，将表4中的陶瓷坯料在1280条件下烧成的普通陶瓷试样吸水率为104，抗冲击强度为235KJ/M2；引入磷酸三钙后，烧成温度1280，保温90分钟，烧成的高韧性陶瓷样品经检测吸水率为017、抗冲击强度为305KJ/M2。0069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。说明书CN104140255A1/4页8图1图2说明书附图CN104140255A2/4页9图3说明书附图CN104140255A3/4页10图4说明书附图CN104140255A104/4页11图5说明书附图CN104140255A11。