一种高强度镁质瓷陶瓷超薄板及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高强度镁质瓷陶瓷超薄板及其制备方法，属传统陶瓷制备技术领域。
【背景技术】
[0002]通常传统陶瓷按照瓷质主要可分为长石质瓷、骨质瓷和镁质瓷等，其中长石质瓷的抗折强度一般为SOMPa左右，骨质瓷的抗折强度为137Mpa以上，而镁质瓷的抗折强度为145MPa左右。镁质瓷因其绝缘性好，在电瓷中扮演重要角色，镁质瓷还具有机械强度高、热稳定性好、瓷质细腻洁白、透光性好等优点，该材质的日用瓷餐具、茶具与传统瓷比另有韵味，在国内外市场上倍受青睐。通过水系流延技术制备的超薄镁质瓷薄板材质轻盈(对负载物体施加的压力小)、透光性好、质感细腻等特点在陶瓷市场上显示出很大的应用前景，可用于超薄瓷板、半透光板、陶瓷邮票、陶瓷马赛克的生产制造。由于其超薄材质在生产过程中原料消耗少、能耗低、窑具损耗小，能有效地推动陶瓷工业生产的可持续发展，并给厂家带来较高的经济效益。
[0003]组成镁质瓷坯体配方主要矿物原料有滑石、长石、高岭土和少量碳酸钡、碳酸钙及氧化锌，成瓷后的镁质瓷主晶相为原顽火辉石，其次为玻璃物质、斜顽火辉石、少量气孔和堇青石。从镁硅铝三元系统相图中可以看出:顽火辉石初晶区等温线较密集，说明在烧结过程中液相量的变化比较缓慢，为此在此组成温度范围内的镁质瓷坯体会有较宽的烧成范围。而偏高岭土与偏滑石的连线上等温线稀疏，该段配合点的烧成温度高且烧成范围窄，但钾长石的引入可以在瓷体烧成过程中产生高粘度的液相，随着温度的升高，液相量的变化也较缓慢，因此镁质瓷的烧成范围变宽且烧成温度降低，烧成的瓷体变形度小，其主晶相原顽火辉石的晶型转变受到抑制。钾长石用量与滑石用量比一般在1: 7.2?1: 2.7之间。高岭土过量地引入会使组成偏向堇青石区域，烧成范围变窄，一般高岭土用量不超过15wt%为好。滑石的用量增多，瓷体的膨胀系数增加，热稳定性会变差，一般滑石用量大于高岭土用量的四倍时，该配方有较宽的烧成温度范围。碱土金属的引入有利于玻璃相的生成促进瓷体烧成，形成高粘度的玻璃相拓宽烧成范围。其中适量碳酸钙的引入还可以提高瓷体的透明度和耐磨性；适量氧化锌的引入可以提高瓷体的光泽度；适量碳酸钡的引入可生成硅钡质玻璃，包裹在原顽火辉石晶体表面抑制其晶型的转变。
[0004]要制备陶瓷超薄板，材料的高强度是必须满足的条件。传统的镁质瓷烧成温度范围较窄，因此获得高强度(160MPa?200MPa)、烧成范围较宽的镁质瓷配方。镁质超薄陶瓷板的制备过程中可能会遇到瓷体强度低、烧成范围窄、坯料流延性能差等问题，本发明将根据MgO-Al2O3-S12二兀系统相图系统分析滑石、长石、尚岭土用量对镁质瓷强度的影响，调试出抗折强度高、烧成范围较宽的镁质瓷配方，采用该配方，进一步通过水系流延法制备陶瓷超薄板。流延成型是一种目前比较成熟的能获得高质量陶瓷基片及多层结构材料的成型方法，流延浆料由陶瓷粉体、溶剂、流延助剂(分散剂、结合剂、增塑剂)等组成。由于溶剂的不同，流延工艺分为以有机物为溶剂的非水系流延和以水为溶剂的水系流延，非水系流延工艺目前比较成熟，已广泛用于电子陶瓷的片式元件的制备如氧化铝基板、片式电阻和片式电容等。但非水系流延的溶剂一般为有毒有机物(甲苯、二甲苯或丙酮等)，不仅对人体有害，而且严重污染环境。因此，研宄环境友好型、绿色低成本的水系流延技术成为新的趋势，但其缺点是:(I)水的表面张力大，与无机粉体的润湿性较差，导致浆料中的细小气泡排除困难；(2)相比较非水系流延，商业上可选择的水溶性的分散剂和粘结剂及塑化剂非常有限。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种高强度镁质瓷超薄板及其制备方法。根据MgO-Al2O3-S12三元系统相图系统分析滑石、长石、高岭土用量对镁质瓷强度的影响，提供一种抗折强度高、烧成范围较宽的镁质瓷配方，采用该配方，进一步采用水系流延法，通过优化制备工艺以及选择合适的分散剂、塑化剂和粘结剂，有效克服了坯片内部存在颗粒分散不均匀和颗粒之间的应力等问题，制备出高强度(160MPa?200MPa)的陶瓷超薄板，该超薄板的厚度为0.5-1.5mm，面积大小范围为几十平方厘米到几百平方厘米甚至更大，取决于其成型设备(流延机的宽度和长度)和烧成设备(窑炉的宽度和长度)的尺寸。并具有材质轻盈、透光性好、质感细腻、白度高等特点，且易于工业化实施，大批量制备稳定、一致化性能高。
[0006]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0007]一种高强度镁质瓷陶瓷超薄板，由以下质量百分比例的矿物质原料经水系流延工艺制备而成，总和10wt %:
[0008]滑石70wt%? 75wt%
[0009]高岭土1wt %?15wt%
[0010]钾长石6wt%? 1wt %
[0011 ]碳酸钡 2wt % ?5wt %
[0012]氧化锌l-3wt%
[0013]其它碱土金属矿物4wt%? 6wt% ;
[0014]优选的，所述其它碱土金属矿物选自石灰石、方解石和白云石。
[0015]优选的，所述高强度镁质瓷陶瓷超薄板的厚度为0.5?1.5mm，强度为160?200Mpao
[0016]本发明进一步公开所述的一种高强度镁质瓷陶瓷超薄板的制备方法，包括以下步骤:
[0017](I)高速球磨阶段:按一定的料:球:水比例将各矿物质原料置于行星球磨机中球磨，然后干燥，获得镁质瓷干坯料；
[0018](2)快磨慢磨分散阶段:将制得的镁质瓷干坯料加水配成浆料，并在辊轮球磨机上快磨分散，然后调节浆料成弱碱性并加入分散剂，慢磨分散；
[0019](3)慢磨增塑增粘阶段:向分散好的弱碱性浆料中加入预先混合均匀的增塑剂和粘结剂，然后在辊轮球磨机上慢磨，使浆料混合均匀；
[0020](4)真空搅拌除泡阶段:在混合均匀的镁质瓷浆料中加入除泡剂，然后真空搅拌，得到具有均一性的镁质瓷流延浆料；
[0021](5)流延成型阶段:经过流延机1.0?3.0mm高的刀口，流出镁质瓷浆料层，干燥后得到流延片素坯，然后烧制获得所述的高强度镁质瓷陶瓷超薄板。
[0022]其中，
[0023]优选的，步骤(I)中，料:球:水质量比为1:1: 0.8?I。
[0024]优选的，步骤(I)中，所述行星球磨机转速330?350r/min，球磨0.5-3.0小时。
[0025]优选的，步骤(I)中，球磨后过250目的筛，过筛浆料在100°C?120°C温度下烘干。
[0026]优选的，步骤⑵中，加氨水制得pH为9?10的弱碱性镁质瓷浆料，其中干料含量 74-78wt%。
[0027]优选的，步骤(2)中，所述分散剂为聚丙稀酸(PAA)，分子量8000-10000g/mol。
[0028]优选的，步骤⑵中，所述分散剂用量为镁质瓷干坯料重量的2?2.5wt%。
[0029]优选的，步骤⑵中，所述快磨分散的转速为180?300r/min，快磨10_50min ;所述慢磨分散的转速为130-150r/min，慢磨20_24h ;快磨分散过程保