本发明属于陶瓷技术领域，具体涉及一种高韧性耐火日用陶瓷及其制备方法。
背景技术：
陶瓷有着古老的历史，陶瓷具有强度大、硬度高、不怕化学腐蚀等优点。现在，韧性陶瓷已经广泛用来制作剪刀、螺丝刀、鎯头、锯、斧头等日用工具，其坚硬程度可以和钢铁制品相媲美。而且，还不会带铁锈味和磁性，更适宜切生吃食物和熟食，以及用于剪接磁带等带有磁性物质的制品。与此同时，韧性陶瓷还可以用来制作切削刀具、防弹盔甲、人造骨骼、人造关节、手表外壳等。
陶瓷具有其应有的硬度，但其不具有应该有的韧性，陶瓷的韧性一直是困扰我们发展的难题。陶瓷材料的脆性和增韧一直是研究的热点之一，也是陶瓷材料得到广泛应用的关键问题之一。近二十年来，人们相继提出了长纤维或晶须增韧补强、颗粒弥散强化、相变增韧等多种强韧化措施，也取得了一些积极的研究成果，但仍不能满足越来越广泛的日常需求。
技术实现要素：
基于以上现有技术，本发明的目的在于提供一种高韧性耐火日用陶瓷及其制备方法，其硬度高，韧性强，耐火烧，具有很强的耐摔性。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种高韧性耐火日用陶瓷，包括以下重量份原料：高岭土40~48份、锆英砂16~20份、粘土22~26份、滑石12~16份、生石灰8~12份、氧化镁4~8份、氧化锌4~8份、聚乙烯醇1~3份、莫来石质耐火纤维2~4份、氧化钇1~3份。
为了更好的实现本发明，进一步的，包括以下重量份原料：高岭土44份、锆英砂18份、粘土24份、滑石14份、生石灰10份、氧化镁6份、氧化锌6份、聚乙烯醇2份、莫来石质耐火纤维3份、氧化钇2份。
为了更好的实现本发明，进一步的，所用锆英砂中zro2质量含量≥66%，fe2o3质量含量≤0.10%，tio2质量含量≤0.13%。
本发明还提供一种高韧性耐火日用陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、粉碎：按照所述重量配比分别称取除聚乙烯醇外的其他原料粉碎后放入球磨机加水进行湿球磨，经过湿磨过的料浆通过325目筛，备用；
步骤2、干燥：将步骤1得到的料浆在60~80℃干燥至含水率为20~25%干料；
步骤3、煅烧：将步骤2得到的干料进行煅烧，煅烧温度1050~1100℃，保温1~2h，自然冷却至室温得到粉末；
步骤4、成型：将步骤3得到的粉末和聚乙烯醇混合均匀，采用干压成型法按造型制成坯体，干压成型压力为18~26mpa；
步骤5、烧结：将步骤4中得到的成型坯体进行热压烧结，烧结温度为1450~1550℃，烧结压力20mpa，保温2~4h后快速退火自然冷却至室温，制得。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述步骤1中原料湿磨时加水重量比为料：球：水=1:3~5:1.5~2.0，球磨时间为36~48h。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述步骤3中煅烧升温速度为5℃/min。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述步骤5中烧结升温速度为10℃/min。
有益效果
本发明的有益效果如下：
（1）本发明提供的高韧性耐火日用陶瓷，采用高岭土、锆英砂、粘土、滑石为主要原料，其中高岭土为主要成坯原料，其白度高、粘性大、可塑性强；滑石可提升坯体的白度与致密度，烧成陶瓷制品后，轻击其表面的声音清脆，当坯体定型后的厚度小时，可使烧成的陶瓷制品具备一定的透明度，从而提升烧成陶瓷制品的品质。锆英砂的加入增加了陶瓷的硬度和耐火性，同时还使陶瓷制品具有耐腐蚀的特性。在陶瓷原料中添加氧化镁、氧化锌等粉末，在高温烧制时可以生成氧化锆四方晶体，在受外力作用下其会变成一种单斜晶体，该晶体体积变大，从而阻止陶瓷中原先的裂纹扩展，使得陶瓷不易破裂，从内部结构上提高了陶瓷的韧性。另外加入的莫来石质耐火纤维，因为纤维不易拉断，使得陶瓷制品在使用时可以承受大部分的力，此外纤维与陶瓷结合后，不仅增加了陶瓷制品的韧性，还可以阻止裂纹的扩张。
（2）本发明提供的高韧性耐火日用陶瓷，通过二次烧结，先进行煅烧，煅烧后用聚乙烯醇进行粘结，改善了陶瓷的表面状态，一般来说陶瓷裂纹是从表面的缺陷开始的，于是改变表面状态就可以改变其韧性。压制成型后再进行烧结，在1500℃左右下，聚乙烯醇燃烧挥发，不会存留于陶瓷中，不影响陶瓷品质。
（3）本发明提供的高韧性耐火日用陶瓷，工艺相对简单，从矿石原料出发制备，相比现行日用陶瓷制备方法中先精炼矿石制备氢氧化铝再添加精制氧化铝用于晶体增长的工艺，简化了过程，适合工厂规模化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
本实施例提供一种高韧性耐火日用陶瓷，包括以下重量份原料：高岭土40份、锆英砂16份、粘土22份、滑石12份、生石灰8份、氧化镁4份、氧化锌4份、聚乙烯醇1份、莫来石质耐火纤维2份、氧化钇1份。
本实施例还提供一种高韧性耐火日用陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、粉碎：按照所述重量配比分别称取除聚乙烯醇外的其他原料粉碎后放入球磨机加水进行湿球磨，湿磨时加水重量比为料：球：水=1:3:1.5，球磨时间为36h，经过湿磨过的料浆通过325目筛，备用；
步骤2、干燥：将步骤1得到的料浆在60℃干燥至含水率为20~25%干料；
步骤3、煅烧：将步骤2得到的干料进行煅烧，以5℃/min的速度升温至煅烧温度1050℃，保温2h，自然冷却至室温得到粉末；
步骤4、成型：将步骤3得到的粉末和聚乙烯醇混合均匀，采用干压成型法按造型制成坯体，干压成型压力为18mpa；
步骤5、烧结：将步骤4中得到的成型坯体进行热压烧结，以10℃/min的速度升温至烧结温度1450℃，烧结压力20mpa，保温4h后快速退火自然冷却至室温，制得。
实施例2
本实施例提供一种高韧性耐火日用陶瓷，包括以下重量份原料：高岭土42份、锆英砂17份、粘土23份、滑石13份、生石灰9份、氧化镁5份、氧化锌5份、聚乙烯醇1份、莫来石质耐火纤维2份、氧化钇2份。
本实施例还提供一种高韧性耐火日用陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、粉碎：按照所述重量配比分别称取除聚乙烯醇外的其他原料粉碎后放入球磨机加水进行湿球磨，湿磨时加水重量比为料：球：水=1:3:1.6，球磨时间为38h，经过湿磨过的料浆通过325目筛，备用；
步骤2、干燥：将步骤1得到的料浆在70℃干燥至含水率为20~25%干料；
步骤3、煅烧：将步骤2得到的干料进行煅烧，以5℃/min的速度升温至煅烧温度1060℃，保温2h，自然冷却至室温得到粉末；
步骤4、成型：将步骤3得到的粉末和聚乙烯醇混合均匀，采用干压成型法按造型制成坯体，干压成型压力为20mpa；
步骤5、烧结：将步骤4中得到的成型坯体进行热压烧结，以10℃/min的速度升温至烧结温度1480℃，烧结压力20mpa，保温4h后快速退火自然冷却至室温，制得。
实施例3
本实施例提供一种高韧性耐火日用陶瓷，包括以下重量份原料：高岭土44份、锆英砂18份、粘土24份、滑石14份、生石灰10份、氧化镁6份、氧化锌6份、聚乙烯醇2份、莫来石质耐火纤维3份、氧化钇2份。
本实施例还提供一种高韧性耐火日用陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、粉碎：按照所述重量配比分别称取除聚乙烯醇外的其他原料粉碎后放入球磨机加水进行湿球磨，湿磨时加水重量比为料：球：水=1:4:1.8，球磨时间为40h，经过湿磨过的料浆通过325目筛，备用；
步骤2、干燥：将步骤1得到的料浆在75℃干燥至含水率为20~25%干料；
步骤3、煅烧：将步骤2得到的干料进行煅烧，以5℃/min的速度升温至煅烧温度1080℃，保温2h，自然冷却至室温得到粉末；
步骤4、成型：将步骤3得到的粉末和聚乙烯醇混合均匀，采用干压成型法按造型制成坯体，干压成型压力为22mpa；
步骤5、烧结：将步骤4中得到的成型坯体进行热压烧结，以10℃/min的速度升温至烧结温度1500℃，烧结压力20mpa，保温3h后快速退火自然冷却至室温，制得。
实施例4
本实施例提供一种高韧性耐火日用陶瓷，包括以下重量份原料：高岭土46份、锆英砂19份、粘土25份、滑石15份、生石灰11份、氧化镁7份、氧化锌7份、聚乙烯醇3份、莫来石质耐火纤维3份、氧化钇2份。
本实施例还提供一种高韧性耐火日用陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、粉碎：按照所述重量配比分别称取除聚乙烯醇外的其他原料粉碎后放入球磨机加水进行湿球磨，湿磨时加水重量比为料：球：水=1:4:2.0，球磨时间为45h，经过湿磨过的料浆通过325目筛，备用；
步骤2、干燥：将步骤1得到的料浆在80℃干燥至含水率为20~25%干料；
步骤3、煅烧：将步骤2得到的干料进行煅烧，以5℃/min的速度升温至煅烧温度1080℃，保温1h，自然冷却至室温得到粉末；
步骤4、成型：将步骤3得到的粉末和聚乙烯醇混合均匀，采用干压成型法按造型制成坯体，干压成型压力为24mpa；
步骤5、烧结：将步骤4中得到的成型坯体进行热压烧结，以10℃/min的速度升温至烧结温度1530℃，烧结压力20mpa，保温2h后快速退火自然冷却至室温，制得。
实施例5
本实施例提供一种高韧性耐火日用陶瓷，包括以下重量份原料：高岭土48份、锆英砂20份、粘土26份、滑石16份、生石灰12份、氧化镁8份、氧化锌8份、聚乙烯醇3份、莫来石质耐火纤维4份、氧化钇3份。
本实施例还提供一种高韧性耐火日用陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、粉碎：按照所述重量配比分别称取除聚乙烯醇外的其他原料粉碎后放入球磨机加水进行湿球磨，湿磨时加水重量比为料：球：水=1:5:2.0，球磨时间为48h，经过湿磨过的料浆通过325目筛，备用；
步骤2、干燥：将步骤1得到的料浆在80℃干燥至含水率为20~25%干料；
步骤3、煅烧：将步骤2得到的干料进行煅烧，以5℃/min的速度升温至煅烧温度1100℃，保温1h，自然冷却至室温得到粉末；
步骤4、成型：将步骤3得到的粉末和聚乙烯醇混合均匀，采用干压成型法按造型制成坯体，干压成型压力为26mpa；
步骤5、烧结：将步骤4中得到的成型坯体进行热压烧结，以10℃/min的速度升温至烧结温度1550℃，烧结压力20mpa，保温2h后快速退火自然冷却至室温，制得。
上述实施例1至5中提供的高韧性耐火日用陶瓷所采用的原料如下表1所示：
对上述实施例1至5中制得的高韧性耐火日用陶瓷进行断裂韧性和弯曲强度测试，测试方法如下：
将上述实施例得到的陶瓷制品通过切、磨、抛等工序加工成力学性能试条。断裂韧性试条尺寸为4mm×6mm×30mm，跨距为24mm，切口高约2.5mm；弯曲强度试条尺寸为3mm×4mm×36mm，跨距为30mm。在定位移速率压力测试仪上进行三点弯曲试验，分别测定出断裂韧性值和抗弯强度。
对上述实施例1至5中制得的高韧性耐火日用陶瓷与作为对照例的普通瓷制品进行断裂韧性和弯曲强度测试结果如下表2所示：
上述实施例1至5中烧成的高韧性耐火日用陶瓷，其断裂韧性和弯曲强度性能均强于普通瓷制品，其中以实施例3中烧成的陶瓷制品的各项性能最佳，为最佳实施例。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。