[发明专利]一种耐摔预应力增强薄胎陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种耐摔预应力增强薄胎陶瓷，由薄胎陶瓷坯体、以及涂覆于坯体表面的涂层构成；所述涂层由底部涂层和面部涂层叠加构成，形成由坯体底部至表面热膨胀系数递减、弹性模量递增的梯度涂层。此外，还公开了上述耐摔预应力增强薄胎陶瓷的制备方法。本发明通过在薄胎陶瓷坯体的表面引入双层压应力，来抵消陶瓷坯体在受到外部载荷时断裂产生的拉应力，从而显著提高了薄胎陶瓷强度，避免其受到冲击，达到耐摔的效果，增强了薄胎陶瓷的使用寿命，有效提高了实际使用的安全性。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种耐摔预应力增强薄胎陶瓷及其制备方法。

背景技术

薄胎陶瓷，也称“蛋壳瓷”，是誉贯古今的传统产品之一，具有体薄而润、薄如蝉翼等特点，常见的产品有花瓶、灯罩、茶具、笔筒等，轻巧秀丽、薄而透明，深受人们的喜爱。由于坯体太薄（一般约0.5～1mm），薄胎瓷的机械强度会大幅下降，严重影响了产品的成品率。

预应力增强设计是指预先在材料或构件中引入压应力以便抵消外加的拉应力载荷，从而增加了基体受张力而开裂的应变量，达到提高材料断裂强度、可靠性及耐久性的目的。预应力增强设计被广泛用于混凝土结构及钢化玻璃（预应力玻璃）领域。由于陶瓷材料的复杂性，如何实现预应力陶瓷产品的增强，是目前急需研究的课题，同时对陶瓷材料产业节约资源和能源等各方面显示了巨大的、诱人的前景。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种耐摔预应力增强薄胎陶瓷，基于陶瓷受力断裂原理，通过在薄胎陶瓷坯体表面，采用表层匹配法、通过叠加的方式形成热膨胀系数递减、弹性模量递增的梯度涂层，为薄胎陶瓷提供预应力，以显著提高薄胎瓷强度从而达到耐摔的效果。本发明的另一目的在于提供上述耐摔预应力增强薄胎陶瓷的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种耐摔预应力增强薄胎陶瓷，由薄胎陶瓷坯体、以及涂覆于坯体表面的涂层构成；所述涂层由底部涂层和面部涂层叠加构成，形成由坯体底部至表面热膨胀系数递减、弹性模量递增的梯度涂层。

本发明采用表层匹配法，通过叠加的方式形成具有梯度热膨胀系数和弹性模量的梯度涂层（坯体的热膨胀系数＞底部涂层的热膨胀系数＞面部涂层的热膨胀系数；坯体的弹性模量＜底部涂层的弹性模量＜面部涂层的弹性模量），为坯体提供梯度预应力，从而实现坯体强度的显著提高。

进一步地，本发明所述底部涂层的浆料和面部涂层的浆料，均由各自的基料和粘结剂溶液组成，按照重量比基料∶粘结剂溶液＝1∶1.3～1.6；所述底部涂层的浆料中，其底部基料的原料组成为氧化铝微粉10～20 wt%、石英45～70 wt%、滑石 10～30 wt%、工业氧化锌2～12 wt%、锂辉石2～10 wt%，底部粘结剂溶液为CMC、PVA、PVB溶液中的一种或其组合，其浓度为1～3 wt%；所述面部涂层的浆料中，其面部基料的原料组成为氧化铝微粉5～15 wt%、石英35～60 wt%、方解石0～10 wt%、白云石0～12 wt%、烧滑石 5～15 wt%、工业氧化锌0～8 wt%、锂辉石5～20 wt%，面部粘结剂溶液为CMC、PVA、PVB溶液中的一种或其组合，其浓度为1～5 wt%。

进一步地，本发明所述氧化铝微粉的粒度为800～1500目。

上述方案中，本发明所述薄胎陶瓷坯体的原料组成为高岭土20～40 wt%、石英10～25 wt%、绢云母40～60 wt%、长石0～10 wt%。

本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的上述耐摔预应力增强薄胎陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

(1) 制备薄胎陶瓷坯体

按照所述薄胎陶瓷坯体的原料组成进行配料，经湿法球磨、过筛除铁、陈腐、注浆成型、修坯、干燥工序后，在500～850℃温度下进行素烧，冷却后即得到薄胎陶瓷坯体；