[发明专利]一种陶瓷坯体烧结用合成熔剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷坯体烧结用合成熔剂及其制备方法，属于陶瓷材料领域。

背景技术

液相烧结的陶瓷材料主要包括大量的传统陶瓷，如日用陶瓷、建筑陶瓷、卫生陶瓷、耐火材料、电子陶瓷、磁性材料等等，以及少量的工程陶瓷，如氧化物陶瓷等。

我国是陶瓷的发源地，在人类发展史上创造了灿烂的陶瓷文明。

陶瓷工业是我国的传统产业，包括的产品范围极广，包括日用陶瓷、建筑陶瓷、卫生陶瓷、耐火材料、美术陶瓷、电子陶瓷、磁性陶瓷以及特种陶瓷(特种功能和结构陶瓷)等，在我国工农业生产中发挥了巨大的作用。

但是，随着我国经济的跳跃式发展和能源全球性短缺，陶瓷工业面临严峻的挑战：

我国是能源、资源相对贫乏的国家。

陶瓷工业是一个能源、资源高消耗的产业。我国陶瓷工业的产量在世界上遥遥领先。到2004年，我国日用瓷、建筑瓷和卫生瓷产量均位居世界第一。日用瓷产量高达130亿件，约占世界总产量的6成(如果按世界现有人口计算，可每人分得2件)，按消耗原材料5吨/万件计算，则每年消耗原材料650万吨，按耗电470kWh/t计算，电耗为30亿kWh，按油耗0.3t/t产品计算，每年耗油200万t。建筑瓷砖年产量约为30亿m²(产量约占世界总产量的50％)，是2000年的1.73倍，按消耗原材料20～24kg/m²计算，则每年消耗原材料6000～7000万吨，按耗电5kWh/m²计算，电耗为150亿kWh，按耗油1.4～1.5L/m²计算，每年消耗燃油高达4.2～4.5亿升。卫生陶瓷产量达到8000万件，是2000年的1.4倍，按消耗原材料13kg/件计算，需要原材料100～110万t，按耗电400kWh/t计算，电耗为4.5～5亿kWh，按油耗0.3t/t产品计算，耗油30～35万t^[3]。再加上其它系列陶瓷(如电子陶瓷、工艺陶瓷、工业陶瓷和电瓷等)，能源和资源消耗更大。

我国陶瓷行业的成就无疑是巨大的，但总体上存在产品档次低、能耗高、资源消耗大、综合利用率低、生产效率低等问题，对于一个能源和资源均相对贫乏的国家来说，陶瓷行业的蓬勃发展给我国经济建设带来了沉重的能源和资源负担。

国家有关政策和法律法规中明确限制诸如建材等高能耗行业的产能。

面对上述严峻的形势(能源、资源短缺、国家政策限制)，陶瓷工业只有两条路可走：

一是节能降耗；二是提高产品质量和性能，提高产品的附加值，即高效。

两者相辅相成，互为前提和条件。

总体来说，节能降耗是我国陶瓷行业实现可持续发展的主要措施。

关于陶瓷的低温快烧的研究很多，也提出了许多的措施：

张文杰、颜汉军、林衡、姜赞平、吴朝晖等认为，降温的途径是调整坯体熔剂的种类和数量：选择强熔剂，如Li₂O、Na₂O和K₂O；增加熔剂数量，总量增至以上6％；增加熔剂组元，从二元系扩大至三元系；提高熔剂性原料的细度。同时，提出利用有利于低温快烧的低质原料和废料，如斜长岩、伟晶花岗岩、霞石正长岩、锂云母、透锂辉石、珍珠岩及磷灰石尾矿、粉煤灰、有色金属矿、废玻璃等。王继杰等讨论了各种工业废渣，如钢铁工业废渣、铬盐废渣、粉煤灰、磷矿渣、稀土废渣、煤矸石，以及废瓷粉、废玻璃粉、燃烧灰烬、废粘土、废赤泥(氧化铝工业废料)对于低温快烧的作用。

归纳起来，上述现有技术均采用了在传统长石熔剂基础上，片面强化熔融效果的技术措施，例如：添加强熔剂，如Li₂O；增加熔剂数量；增加熔剂组元，以求实现最低共熔；提高熔剂性原料的细度等；甚至采用含有较多熔剂成分的工业废料或直接采用玻璃粉，以求获得最低烧结温度。

但是，上述技术措施对于大多数液相烧结的陶瓷不具备普遍性，甚至是有害的。例如，液相熔融强化措施固然可以降低烧成温度，但是会导致瓷胎中出现大量的液相(玻璃相)，恶化陶瓷材料的理化性能，同时制品的规整度难以保证；工业废料等仅可以用于低档陶瓷的助熔剂；玻璃粉固然可以获得超低温，同时带来了高的变形度和低的理化性能。