[发明专利]一种高强度离子交换预应力钠长石质瓷的制备方法及其陶瓷制品

说明书

本发明公开了一种高强度离子交换预应力钠长石质瓷的制备方法，将烧结完成处于随后冷却过程的钠长石质瓷置于碱金属熔盐中进行保温处理，以实现材料表面的离子交换；保温处理结束后，取出钠长石质瓷自然冷却至室温，水洗后即制得高强度离子交换预应力钠长石质瓷制品。此外还公开了利用上述高强度离子交换预应力钠长石质瓷的制备方法制得的陶瓷制品。本发明利用熔盐中半径较大的碱金属离子替换钠长石质瓷表层半径较小的钠金属离子，由高温冷却到常温的过程中，在表面形成较强的压应力，从而形成强度高、热稳定性好的预应力钠长石质瓷陶瓷材料。本发明制备方法及应用生产简单易控、成本低，有助于推广应用，具有很高的实用价值和应用前景。

技术领域

本发明涉及日用陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种增强预应力钠长石质瓷的制备方法及其陶瓷制品。

背景技术

钠长石质瓷，具有洁白细腻、规整度高、透明度好的特点，是一种以含钠长石的瓷石为主体原料制成的一种高级日用细瓷。该瓷所用原料质量好、储量丰富、价格便宜，因此成本低，具有很好的经济效益和社会效益，在制瓷技术的研究方面也具有重要的学术价值。但是，钠长石熔融范围窄、高温粘度小、易变形，导致钠长石质瓷产品存在强度低、热稳定性差的缺点。因此，提高钠长石质瓷的机械强度及热稳定性对于提升陶瓷材料的安全可靠性及耐久性具有重要意义。

对于传统日用陶瓷材料而言，目前主要是通过提高瓷坯的烧结致密度、细化晶粒，或者，引入增强相，即直接引入高强度第二相颗粒或晶须，来实现陶瓷强度的提高。但这些方法均受到施工设备、生产成本等因素的限制，很难在高级日用细瓷领域进行大规模的推广应用。此外，现有的预应力增强方法难以满足日用陶瓷材料的使用需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高强度离子交换预应力钠长石质瓷的制备方法，用熔盐中半径较大的碱金属离子替换钠长石质瓷表层半径较小的钠金属离子，以此增强钠长石质瓷的抗折强度及热稳定性，从而有利于形成强度高、可靠性好、耐久性好的预应力钠长石质陶瓷材料。本发明的另一目的在于提供利用上述高强度离子交换预应力钠长石质瓷的制备方法制得的陶瓷制品。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种高强度离子交换预应力钠长石质瓷的制备方法，包括以下步骤：

(1)将钠长石质瓷坯体进行烧结处理；

(2)将所述烧结完成处于随后冷却过程的钠长石质瓷坯体置于碱金属熔盐中进行保温处理，以实现材料表面的离子交换；

(3)所述保温处理结束后，取出钠长石质瓷自然冷却至室温，水洗后即制得高强度离子交换预应力钠长石质瓷制品。

进一步地，本发明所述步骤(2)烧结完成处于随后冷却过程的钠长石质瓷，冷却至350～500℃时置于同样温度的碱金属熔盐中保温1～10h。

上述方案中，本发明所述碱金属熔盐为KNO₃、RbNO₃、CsNO₃中的一种或其组合。

上述方案中，本发明所述钠长石质瓷坯体按重量份数其原料组成为瓷石25～35、石英0～10、高岭土45～55、长石15～20；其中，所述瓷石的矿物组成为石英60～70wt％、钠长石30～40wt％。所述钠长石质瓷坯体其原料的化学组成为：SiO₂65～73wt％、Al₂O₃18～22wt％、Fe₂O₃0～0.5wt％、(MgO+CaO)1.5～2wt％、Na₂O 1.5～2.5wt％、K₂O 0.1～0.5wt％、I.L4～9wt％。

进一步地，本发明所述步骤(1)中钠长石质瓷坯体在1220～1260℃温度下进行烧结，烧成时间为1～4h，保温时间为2～4h。