[发明专利]一种合成硅灰石和含该合成硅灰石的蛋白瓷及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别是涉及一种合成硅灰石和含该合成硅灰石的蛋白瓷及其制造方法。

背景技术

硅灰石的化学分子式为CaSiO₃，结构式为Ca₃[Si₃O₉]，理论化学成分：CaO48.25％、SiO₂51.75％。

硅灰石用于陶瓷工业具有独特的工艺性能，如使用硅灰石原料后，可以有效的减少坯体收缩率。而且能够降低坯体的吸湿膨胀，防止陶瓷坯体的后期干裂等。含硅灰石的坯体还具有较高的机械强度。引入硅灰石的坯体，在烧结过程中成熟速度加快，可以在十几分钟至几十分钟内使坯体成熟，大大降低了单位制品的热损耗，日用瓷烧成周期也从过去的90小时，下降为仅仅5小时。硅灰石最先引入到建筑材料的釉面砖坯料配方中，使面砖的烧成热能损耗由3600大卡/公斤，下降为1850大卡/公斤制品。除釉面砖外，硅灰石原料现已扩大了其应用范围。其节能降耗的效果，已为陶瓷业界人士有目共睹。

陶瓷级硅灰石粉在陶瓷原料中加入适量的硅灰石粉，可以大幅度降低烧成温度，缩短烧成时间，实现低温快速一次烧成。大量节约燃料，明显降低产品成本；同时提高产品的机械性能、增加釉面光泽、提高胚体强度，进而提高产品的合格率。在陶瓷原料中加入适量的硅灰石粉，提高产品的合格率。

但是，自然界中纯硅灰石罕见，在其形成过程中，有部分Ca被Fe、Mn、Ti、Sr等离子部分置换而呈类质同象体，并混有少量的Al和微量K、Na。由于硅灰石形成时的温度、压力等条件不同，可能出现3种同质多象体：

①三斜链状结构的Tc型硅灰石，通称低温三斜硅灰石(α-CaSiO₃)；

②单斜链状结构的ZM型副硅灰石，通称副硅灰石(α′-CaSiO₃)；

③三斜三元环状结构的假硅灰石，通称假硅灰石(β-CaSiO₃)。

广泛用作工业矿物原料的主要是低温三斜硅灰石即α-CaSiO₃。白色微带灰、红色，玻璃光泽，熔点1540℃。热膨胀系数低，在1125℃左右时可转化为假硅灰石，这时热膨胀系数增加，并由于释放出Fe、Sr等杂质，因此颜色由白色变为奶油色、红色或褐色。

因此，天然硅灰石矿物原料由于存在以上所述缺陷，在作为陶瓷原料时，由于原料中杂质太多，含铁0.8％以上，钛0.2％以上，锰0.1％以上，还含有萤石(氟化钙)，会影响瓷质白度和透光度，并使瓷的烧结温度范围太窄(不能超过10℃温度范围)，使温度控制难，导致产品热稳定性差，自然开裂，机械强度低，产品外观颜色发灰或发黄，达不到日用瓷的使用要求，用作高档日用瓷的成品率低，只能用于建筑瓷(如地面砖)。如要对天然硅灰石矿物原料除去杂质，使其达到日用瓷级原料要求难度大，会使成本大幅升高。这样就严重影响了硅灰石矿物原料在高档瓷中的使用。

特别需要提出的是自然界不存在β-Ca₂SiO₄(β-硅酸二钙)稳定相纯矿，β-Ca₂SiO₄是最有用最廉价的增韧剂，能提高瓷器的强度和克服脆性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中天然硅灰石中存在的上述不足之处，提供一种杂质少、纯度高并含有过量石英的合成硅灰石和含该合成硅灰石的蛋白瓷及其制造方法。用该合成的硅灰石与其他原料制造的该蛋白瓷烧成温度低，耗能少，白度高，机械强度高，热稳定性好，广受欢迎的高档日用瓷。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是：

一种合成硅灰石，根据硅灰石分子式CaOSiO₂中的CaO与SiO₂的理论重量比，使合成原料中SiO₂的量过量5～30％，在烧成温度下烧结得到合成硅灰石为含过量石英的硅灰石即CaOSiO₂+SiO₂，烧成后过量的石英成为游离石英。

优选的是，所述含过量石英的硅灰石CaOSiO₂+SiO₂为合成原料包括石英35～55％，石灰石或方解石40～60％，矿化剂0.5～5％，合成原料中SiO₂的量过量5～30％，在烧成温度1200-1260℃下烧结所得。