表面处理增强日用陶瓷瓷胎研究

来源 :景德镇陶瓷大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gang098
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近年来,随着我国工业化进程发展速度地加快,我国日用陶瓷产业日益壮大,其产量已多年位居世界第一。然而,我国日用陶瓷产品主要满足中低档市场需求,在高档日用陶瓷的市场地位很低,市场份额占比很小。随着生活水平的不断提高,消费观念的日益改变,人们对高端化日用陶瓷产品提出了迫切的需求,如釉面效果、力学性能等,但高档日用陶瓷产品依然存在热稳定性差、坯釉结合强度低、耐机械化洗涤能力弱、循环使用性能不足等诸多问题。本文从陶瓷材料断裂基础理论出发,以普通日用陶瓷瓷胎为研究对象,分别采用陶瓷涂层、离子交换、抛光处理三种表面处理方式对其进行增强处理,研究不同表面处理方式对瓷胎增强效果的影响,并探讨相关的增强机理。首先,采用陶瓷涂层表面包裹方式对日用陶瓷瓷胎进行增强处理,研究了涂层的物相组成、微观结构、热学性能、光学性能等,探究了烧结温度、涂层与瓷胎的热膨胀系数比、横截面积比及涂层粉料粒度对陶瓷涂层增强日用陶瓷瓷胎的影响,并理论计算出陶瓷涂层与瓷胎之间的残余应力。结果表明:陶瓷涂层的主要物相为堇青石、镁铝尖晶石、锂辉石,其中ZnO可以降低陶瓷涂层中堇青石的结晶温度,锂辉石则可以有效降低陶瓷涂层的热膨胀系数,当烧结温度为1300℃、αs/αc=1.32、SS/Sc=25.83、表面积平均粒径 D=2.228 um 时,最高弯曲强度为128.6±2.4 MPa,较空白瓷胎弯曲强度(67.4±2.1 MPa)提升幅度可达90.8%,同时显微硬度也略有提升,最终得到的陶瓷涂层增强瓷胎具有较好的反射率(65%)、明度(L=85)及较好的抗热震性(220~20℃热循环五次不裂)。其次,采用离子交换法对陶瓷瓷胎进行增强处理,即将成瓷瓷胎置于KNO3熔盐中在一定温度下处理一段时间,研究温度和时间对离子交换增强效果的影响规律。结果表明:离子交换温度和时间有优化值,当处理温度为550℃,保温时间为5h时,K+、Na+交换效率最高,离子交换层最稳定。最高弯曲强度可达122.5±2.9MPa,较空白样品弯曲强度(67.4±2.1 MPa)提升幅度可达81.7%,同时,离子交换对样品的显微硬度也有一定的提升效果,最高可达708.4kg·mm-2,较空白样品(611.8 kg·mm-2)提升 15.8%。最后,采用砂纸(800目、1000目、1500目、2000目、3000目)对日用陶瓷瓷胎进行表面抛光处理,研究了砂纸抛光后瓷胎弯曲强度与表面粗糙度的关系,以及抛光工艺参数对抛光效果及瓷胎强度提升的影响规律。研究表明:当采用800目砂纸粗抛后,施加压力固定,于2000目砂纸下继续细抛光20min,抛光速率为100 r/min时,最高弯曲强度为97.4± 1.8 MPa,较空白样品弯曲强度(67.4±2.1 MPa)提升幅度可达44.5%。综合上述研究,对比三种不同表面增强方式,结果表明:陶瓷涂层对空白瓷胎的增强效果最佳,离子交换次之,抛光处理最差。离子交换方法因涉及熔盐处理工艺,因此并不适合于在实际日用陶瓷瓷胎生产中广泛应用。抛光处理成本最低,但效果欠佳。陶瓷涂层制备工艺简单,增强最佳,可适合于日用陶瓷实际生产中推广应用。
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