一种黑色陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术涉及陶瓷材料技术领域，具体涉及一种黑色陶瓷及其制备方法。本发明专利技术提供的黑色陶瓷的制备方法，包括如下步骤：将陶瓷坯体和炭黑在密闭环境下进行烧结得到所述黑色陶瓷。本发明专利技术提供的黑色陶瓷的制备方法过程简单、操作容易，易于控制，不需要在制坯前添加任何黑色高温色料或着色金属氧化物，不改变陶瓷坯体的基础配方，不改变窑炉结构和烧成气氛，仅改变陶瓷的装烧工艺，即可实现烧制发色纯正、致密度高的黑色陶瓷，其制备出的黑色陶瓷均匀无黑点、黑度高，经900℃及以下温度复烧后，黑色发色稳定，不褪色。

A black ceramic and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种黑色陶瓷及其制备方法
本专利技术涉及陶瓷材料
，具体涉及一种黑色陶瓷及其制备方法。
技术介绍
黑陶是一种无釉陶器，其采用胶质粘土以还原焰烧制工艺烧制而成，烧制温度约900-1000℃左右，相比普通陶器氧化焰烧制方法而言，黑陶的还原焰烧制工艺更先进、更复杂，需要熟练地掌握温度和窑内气氛才能烧制成功，但黑陶的烧制一直以来都没能解决遇水破裂的问题，使其只能做一些看似复杂却不能使用的工艺品。相比于黑陶，黑色陶瓷以独特的色调、致密、吸水率低、强度大、硬度高、耐磨和耐腐蚀性好等优良的使用特性，被更加广泛地应用于刀具、表壳、模具、陶瓷装饰和各种陶瓷结构件等领域。陶瓷包括纯氧化物陶瓷(如氧化铝或氧化锆陶瓷)和传统硅酸盐陶瓷，由于烧结方式的不同，纯氧化物陶瓷由于烧结温度过高，传统的高温色料难以满足其温度要求，因此常常通过掺杂或特殊的烧制手段(如真空烧结或气氛保护烧结)使其材料晶格中形成缺陷进而达到着色目的。不同于纯氧化物陶瓷的高温固相烧结，传统硅酸盐陶瓷是典型的液相烧结，由于高温烧结过程中存在大量的液相，且化学组成复杂，难以按照上述纯氧化物陶瓷的方式进行着色，因此传统硅酸盐陶瓷往往需要通过添加高温色料进行着色。现有的传统硅酸盐黑色陶瓷通常采用在陶瓷坯体中添加黑色高温色料，或直接在陶瓷坯体中加入多种着色金属氧化物原位烧结形成黑色陶瓷。然而黑色高温色料或着色金属氧化物的加入易造成如下缺陷：1)黑色高温色料或着色金属氧化物由于含钴等贵金属，价格昂贵；2)黑色高温色料或着色金属氧化物的加入易引入杂质，且黑色高温色料或着色金属氧化物添加量的波动或烧结温度的波动易引起最终产品颜色的波动，造成最终产品易出现发色不均匀、产品发红或发白等缺陷，难以满足消费者的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服在现有传统硅酸盐黑色陶瓷制备过程中需要添加黑色高温色料或着色金属氧化物从而导致产品颜色出现波动、成本较高的缺陷，进而提供一种新的黑色陶瓷的制备方法。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种黑色陶瓷的制备方法，包括如下步骤：将陶瓷坯体和炭黑在密闭环境下进行烧结得到所述黑色陶瓷。优选地，所述炭黑的着色强度不小于130，所述炭黑的粒径不大于30nm，所述炭黑的pH值为7-8。优选地，所述炭黑的着色强度不小于145，所述炭黑的粒径不大于20nm，所述炭黑的pH值为7-8。优选地，所述烧结步骤具体包括：1)在可密封的容器底部铺设第一炭黑层，然后再将陶瓷坯体置于所述第一炭黑层上；2)将炭黑填充在所述陶瓷坯体四周，使所述炭黑与所述陶瓷坯体的顶部位于同一水平面，然后再在其上铺设第二炭黑层，加盖密封所述容器；3)对加盖密封后的容器进行烧结，得到所述黑色陶瓷。优选地，所述第一炭黑层和所述第二炭黑层的厚度相同；和/或，步骤1)中，所述陶瓷坯体置于所述可密封容器的中央，使所述陶瓷坯体的中心轴线与所述可密封容器的中心轴线重合；和/或，当所述陶瓷坯体内部具有空腔时，步骤2)中所述炭黑还需填充在所述陶瓷坯体的内部空腔处。优选地，所述烧结温度为1260-1340℃，所述烧结时间为3-5h。优选地，所述烧结过程以阶梯升温的方式进行，所述阶梯升温方式包括如下步骤：1)以5-7℃/min的升温速率将加盖密封后的容器从室温升温至400℃；2)以3-5℃/min的升温速率将加盖密封后的容器从400℃升温至700℃；3)以6-8℃/min的升温速率将加盖密封后的容器从700℃升温至1050℃，并在1050℃下保温1-2h；4)以2-3℃/min的升温速率将加盖密封后的容器从1050℃升温至1260-1340℃，并在1260-1340℃下保温1-2h。优选地，所述可密封的容器为坩埚或匣钵；和/或，所述陶瓷坯体为陶瓷生坯或陶瓷素坯。优选地，以质量分数计，所述陶瓷坯体包括63-71％SiO2、19-29％Al2O3、0.19-0.20％CaO、0.35-0.71％MgO、2.16-2.62％K2O、0.22-0.75％Na2O、0.25-0.33％Fe2O3、0-0.01％TiO2和5-6％的烧失量。本专利技术还提供一种黑色陶瓷，由上述所述的制备方法制备得到。本专利技术有益效果：1、本专利技术提供了一种黑色陶瓷的制备方法，通过将陶瓷坯体和炭黑在密闭环境下进行烧结得到所述黑色陶瓷。本专利技术利用炭黑高比表面积、高活性的特性，将陶瓷坯体和炭黑在密闭环境下进行高温烧结，在炭黑中C元素的高温自渗的作用下，煅烧得到发色纯正的黑色陶瓷。本专利技术的制备方法过程简单、操作容易，易于控制，不需要在制坯前添加任何黑色高温色料或着色金属氧化物，不改变陶瓷坯体的基础配方，不改变窑炉结构和烧成气氛，仅改变陶瓷的装烧工艺，即可实现烧制发色纯正、致密度高的黑色陶瓷，其制备出的黑色陶瓷均匀无黑点、黑度高，经900℃及以下温度复烧后，黑色发色稳定，不褪色。同时本专利技术提供的制备方法还可显著降低黑色陶瓷的吸水率，提高黑色陶瓷的抗折强度。本专利技术的制备方法炭黑材料来源广泛，可大大节约成本，易于工业化生产，尤其对于日用陶瓷领域，具备较高的实用价值和可操作性。2、本专利技术提供的黑色陶瓷的制备方法，进一步的，所述炭黑的着色强度不小于130，所述炭黑的粒径不大于30nm，所述炭黑的pH值为7-8。专利技术人经过大量的研究发现，通过控制炭黑的着色强度不小于130，所述炭黑的粒径不大于30nm，所述炭黑的pH值为7-8，利用上述特定的炭黑材料，可显著提高黑色陶瓷的抗折强度。3、本专利技术提供的黑色陶瓷的制备方法，进一步的，本专利技术通过控制所述第一炭黑层和所述第二炭黑层的厚度相同；步骤1)中，所述陶瓷坯体置于所述可密封容器的中央，使所述陶瓷坯体的中心轴线与所述可密封容器的中心轴线重合。本专利技术通过上述特定的装填方式可进一步保证陶瓷坯体在高温烧结条件下受热均匀，从而可有效保证烧制的黑色陶瓷发色纯正、均匀无黑点、黑度高，黑色陶瓷的吸水率低、抗折强度高。4、本专利技术提供的黑色陶瓷的制备方法，进一步的，所述烧结过程以阶梯升温的方式进行，本专利技术通过特定的阶梯升温方式对炭黑和陶瓷坯体进行烧结，可进一步提高黑色陶瓷的抗折强度、降低黑色陶瓷的吸水率，有效保证了黑色陶瓷的发色纯正、颜色均匀。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例3制备的黑色陶瓷的SEM图片；图2为本专利技术实施例3制备的黑色陶瓷中C元素的EDS分布图；图3为本专利技术实施例3制备的黑色陶瓷和对比例2制备的陶瓷的XRD衍射图谱；图4为本专利技术实施例3所用炭黑的XRD衍射图谱；图5为本专利技术实施例3加盖密封本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种黑色陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将陶瓷坯体和炭黑在密闭环境下进行烧结得到所述黑色陶瓷。/n

【技术特征摘要】
1.一种黑色陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将陶瓷坯体和炭黑在密闭环境下进行烧结得到所述黑色陶瓷。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述炭黑的着色强度不小于130，所述炭黑的粒径不大于30nm，所述炭黑的pH值为7-8。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述炭黑的着色强度不小于145，所述炭黑的粒径不大于20nm，所述炭黑的pH值为7-8。


4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述烧结步骤具体包括：
1)在可密封的容器底部铺设第一炭黑层，然后再将陶瓷坯体置于所述第一炭黑层上；
2)将炭黑填充在所述陶瓷坯体四周，使所述炭黑与所述陶瓷坯体的顶部位于同一水平面，然后再在其上铺设第二炭黑层，加盖密封所述容器；
3)对加盖密封后的容器进行烧结，得到所述黑色陶瓷。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一炭黑层和所述第二炭黑层的厚度相同；和/或，
步骤1)中，所述陶瓷坯体置于所述可密封容器的中央，使所述陶瓷坯体的中心轴线与所述可密封容器的中心轴线重合；和/或，
当所述陶瓷坯体内部具有空腔时，步骤2)中所述炭黑还需填充在所述陶瓷坯体的内部空腔处。


6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗婷，吴军明，顾幸勇，李萍，刘昆，曹志敏，
申请(专利权)人：景德镇陶瓷大学，
类型：发明
国别省市：江西;36