[发明专利]玻化瓷的制备方法

说明书

本发明涉及玻化瓷的制备方法。

术语“玻化瓷”是指一种材料，它具有致密且均匀的结构，并且该材料经烧结直到几乎或基本上所有的开放孔均消失。术语“玻璃化”是指一种现象，即构成该基础材料的颗粒在烧结过程中熔化成玻璃相并且该玻璃相在高温下流态化，从而充满在未熔颗粒间形成的间隔。

一种特定的颗粒是否可熔取决于其熔点以及烧结温度和时间，所述的熔点受该颗粒的晶体结构，该颗粒与其它颗粒的结合情况(具有高熔点的一种特殊晶体，在与其它晶体共存时会在低于其熔点的温度下熔化)的影响。对于传统的玻化瓷来说，在玻璃化过程中可以熔化的原料是，如用作助熔剂的长石和能够在成型时产生塑性的粘土，而在玻璃化过程中不能熔化的原料是，如石英。但是石英并非完全不熔，更进一不说，其一部分熔化成玻璃相，而余下的部分则仍仍保持其结晶形式。

人们目前已用这类玻化瓷来生产如卫生瓷器。在陶瓷类白色陶瓷器产品中，卫生瓷器具有较大的尺寸及复杂的形状，因而它具有厚壁结构以保证其机械强度，传统的玻化瓷其抗弯强度在400-800kgf/cm²之间，而具有该抗弯强度的产品其壁厚要求在7-12mm之间。

之所以将石英在上述传统的玻化瓷中用作晶相形成物是因为它比其它晶相源便宜而且它是与玻璃相形成矿物共存的一种天然存在的原料。举例来说，用作助熔剂的长石和能在成型时使基础材料具有塑性的粘土在自然界极少独立存在，而在大多数情况下它们以和石英的掺杂物形式存在。此外，人们还知道有一些全部由这类石英、长石及粘土组成的瓷石，其中某些瓷石可以单独用作陶瓷类白色陶瓷器的原料。

因此，对于陶瓷类白色陶瓷器来说，传统的用作晶相形成原料的矿物仅限于石英或方石英，方石英是在高温下由石英转化成的一种晶体。但是如上所述，一部分石英熔化成玻璃相，因此人们很难控制在所得到的烧结产物中存在的石英颗粒的颗粒尺寸，而所用的石英常会完全熔化成玻璃相，特别是当该石英以细颗粒形式用作起始物料时。

在瓷领域内，人们最近已从事一些研究，试图用其它晶体来代替石英，从而消除在用这类石英作晶相时所遇到的颗粒尺寸分布限制并消除由于玻璃相和石英的热膨胀系数不一样而导致的缺陷(在各种晶体中，石英属于由具有很高热膨胀系数的晶体组成的组)。人们将这些新材料称为如“氧化铝瓷”(其中用氧化铝取代一般瓷中的石英)和“锆英石瓷”(其中用锆英石取代一般瓷中的石英)，从而与一般的石英-粘土-长石瓷区分开。在这方面，氧化铝瓷的开发主要是为了改善该陶瓷的强度，而锆英石瓷的开发则主要是改善该陶瓷的电学性能。实践上氧化铝瓷已应用于餐具及绝缘子，其例子例如参见日本未审专利公开(以后简称“JP公开”，JP50-6608中所述。

如上所述，由玻化瓷形成的卫生瓷器由于其强度低而采用厚壁结构。突然，消费者最近需要高档制品，由此，人们对具有锐形(sharpshape)(例如具有飞边角的)的卫生瓷器产生了更大需求。但是厚壁产品不能满足这种需要。更进一步地说，一般卫生瓷器具有较大的尺寸且安装在狭小的空间中，因此厚壁产品笨重且使安装产生困难。

另外，已用来生产卫生瓷具和玻化瓷具有较低的强度，因此它们不能用于生产其它制品，例如各种工程陶瓷及大尺寸的陶瓷板。

为了消除上述缺陷，人们进行了多种尝试，试图用其它结晶物质作晶相形成原料，例如氧化铝，来代替瓷中石英，但是这种取代对于玻化瓷来说是不充分的，并且会产生多种有关的问题需要解决。

举例来说，对于大型复杂形状的制品，如卫生瓷具需要较高的耐热冲击性，术语“热冲击”在此包括在烧结过程中遇到的和在烧结后施加到制品上的。

一种制品在烧结过程中，特别是在窑中烧结该制品工艺中的降温阶段很可能会受到热冲击。更进一步说，在该降温阶段，制品表面的温度在下降，而制品内部的温度仍很高，这就导致了温度差，由此即导致了这类热冲击，另一方面，一种制品会在烧结后受到热冲击，例如当将热水倒入该制品，如洗涤盆中时。