Способ получения твердого фарфора повышенной белизны



Способ получения твердого фарфора повышенной белизны
Способ получения твердого фарфора повышенной белизны
Способ получения твердого фарфора повышенной белизны
Способ получения твердого фарфора повышенной белизны
Способ получения твердого фарфора повышенной белизны

 


Владельцы патента RU 2422400:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский государственный торгово-экономический университет (ГОУ ВПО РГТЭУ) (RU)

Изобретение относится к керамической промышленности, а именно к способам производства белого фарфора, например бытового фарфора. Техническим результатом изобретения является повышение степени белизны изделий. Способ получения твердого фарфора повышенной белизны включает подготовку фарфоровой массы в виде гомогенизированной суспензии, состоящей из каолина, глины, кварцевого песка и пегматита, доведение ее до заданной степени влажности, вылеживание образующейся коржевой массы и роспуск ее до получения шликера с заданными влажностью, вязкостью и плотностью. Затем из полученного шликера методами пластического формования или шликерного литья формуют фарфоровые изделия с последующими сушкой при температуре 105-110°С, утельным обжигом до 900-920°С, глазурованием, окончательным (политым) обжигом при температуре 1320-1350°С и художественной обработкой. При этом в процессе роспуска коржевой фарфоровой массы ее смешивают с водным раствором электролита или смеси электролитов с добавкой оксида неодима Nd2O3, взятой из расчета 0,20-0,80 мас.% содержания оксида неодима Nd2О3 в общем составе фарфоровой массы, характеризуемом к началу производства фарфоровых изделий следующим соотношением компонентов, мас.%: каолин - 41,41-41,80; глина - 6,06-6,12; кварцевый песок - 23,47-23,68; пегматит - 28,05-28,34; оксид неодима Nd2O3 - 0,20-0,80; водный раствор электролита или смеси электролитов - 0,05-0,30. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 ил.

 

Предлагаемое техническое решение относится к керамической промышленности, а именно к способам производства фарфора, например бытового фарфора.

Известен способ получения фарфоровых изделий [1], предусматривающий подготовку керамической массы, состоящей из каолина, глины кварцевого песка, пегматита, глинозема, боя фарфоровых изделий, в которую для повышения прочности и белизны фарфоровых изделий вводят кварцсодержащий компонент отхода обогащения топаз-кварцевой породы - кварцевый концентрат. Подготовку массы производят совместным мокрым помолом сырьевых компонентов при влажности шликера 33-35%. Керамические изделия формуют методами шликерного литья в гипсовые формы или пластическим формованием. Полуфабрикат подвяливают в естественных условиях и сушат при температуре 100-110°С. Утельный обжиг высушенного полуфабриката производят при температуре 850-900°С, после чего изделия при необходимости глазуруют и обжигают при температуре 1240-1320°С.

Повышение белизны фарфора, получаемого по приведенной технологии, достигается за счет наличия фтор-иона в химическом составе кварцевого концентрата.

Известен также способ получения фарфоровой глазури, содержащей в своем составе оксид неодима в количестве 5-20 мас.% [2]. Такая глазурь имеет сплошной голубой цвет.

В работе [3] анализируется результат введения добавок минерализаторов, которые повышают белизну фарфора на 3-12%, что связано преимущественно с повышением светлоты и улучшением цветового тона, указывающих на улучшение светорассеивающей способности фарфора за счет изменения его фазового состава и соединений железа. В качестве добавок, увеличивающих белизну фарфора, рассматривались (гидро)оксиды двухвалентных металлов (Са, Mg).

Наиболее близкой к предлагаемому способу является технология изготовления фарфоровых изделий, представленная в работе [4], где предусматривается подготовка керамической массы в виде гомогенизированной суспензии, состоящей из кварцевого песка, пегматита, каолина, глины, «черепа» первого и второго обжига, отходов фарфорового производства, доведение указанной суспензии до заданной степени влажности, вылеживание образующейся коржевой массы до «созревания», роспуск коржевой массы до получения шликера с заданными влажностью, вязкостью и плотностью, из которого методами шликерного литья или пластического формования производят фарфоровые изделия с последующими сушкой при температуре 105-110°С, утельным обжигом до 900-920°С, глазурованием и окончательным обжигом при температуре 1320-1350°С. Полученные изделия подвергают дальнейшей технологической обработке в соответствии с технологией производства художественной фарфоровой продукции.

Недостатком указанной технологии является влияние газовой среды и температуры обжига на цвет (белизну) готовых изделий, а также ограниченный диапазон цвета (белизны) фарфоровой продукции.

Техническая задача предлагаемого способа заключается в повышении степени белизны (WISO) и расширение цветового диапазона продукции из твердого белого фарфора.

В результате решения этой задачи получен фарфор, обладающий более высокими показателями белизны фарфора (WISO) по ГОСТ Р ИСО 105-J02-99 и белизны фарфора (Wф) по ГОСТ 24768-2000.

Решение указанной задачи достигается при использовании известной технологии производства фарфоровой продукции, предусматривающей подготовку фарфоровой массы в виде гомогенизированной суспензии, состоящей из каолина, глины, кварцевого песка и пегматита, доведение указанной суспензии до заданной степени влажности, вылеживание образующейся коржевой массы до «созревания», роспуск коржевой массы до получения шликера с заданными влажностью, вязкостью и плотностью, из которого методами шликерного литья или пластического формования производят фарфоровые изделия с последующими сушкой при температуре 105-110°С, утельным обжигом до 900-920°С, глазурованием, окончательным (политым) обжигом при температуре 1320-1350°С, и художественной обработкой.

Согласно предлагаемому способу в процессе роспуска коржевой фарфоровой массы ее смешивают с водным раствором одного или нескольких электролитов с добавкой оксида неодима Nd2O3, взятой из расчета 0,20-0,80 мас.% содержания оксида неодима Nd2O3 в общем составе фарфоровой массы, характеризуемом к началу производства фарфоровых изделий следующим соотношением компонентов, мас.%:

Каолин 41,41-41,80
Глина 6,06-6,12
Кварцевый песок 23,47-23,68
Пегматит 28,05-28,34
Оксид неодима Nd2O3 0,20-0,80
Водный раствор электролита
или смеси электролитов 0,05-0,30.

Отличие способа заключается также в том, что в качестве водного раствора электролита используют 30%-ный водный раствор кальцинированной соды или жидкого стекла.

Другое отличие способа состоит в том, что в качестве водного раствора смеси электролитов используют 30%-ный водный раствор смеси кальцинированной соды и жидкого стекла при их массовом соотношении, равном 1,5-1,0:2,5-3,0 соответственно.

В приготовлении керамической массы используют сырьевые (природные) компоненты, химический состав которых соответствует пегматиту Чупинскому ГОСТ 7030-75, глине Часов-Ярской ТУ У 322-7-00190503-060-96, каолину Просяновскому ТУ У 21-533-2001, песку кварцевому Раменскому ГОСТ 22551-77. Сода кальцинированная ГОСТ 5100-85, жидкое стекло ГОСТ 13078-81, оксид неодима ТУ 48-4-523-89.

Введение в коржевую фарфоровую массу оксида неодима Nd2O3 в количестве 0,20-0,80 мас.% в виде добавки к водному раствору электролита или смеси электролитов обусловлено следующим: Nd2O3 смешивают с коржевой фарфоровой массой на стадии ее роспуска в целях исключения потерь этого дорогостоящего компонента. Кроме того, оксид неодима относится к люминофорам, обладающим сильной люминесценцией в инфракрасной области спектра и слабой в близкой к ультрафиолетовой области спектра, поэтому содержание менее 0,20 мас.% не будет столь эффективным, а содержание его в коржевой фарфоровой массе более 0,80 мас.% приводит к окрашиванию фарфора в пастельный голубой цвет. Спектроколориметрические исследования фарфора, содержащего оксид неодима, показали, что при добавлении в фарфоровую массу оксида неодима Nd2O3 в количестве 0,20-0,80 мас.% происходит значительное повышение белизны (WISO) фарфора, представленное в приведенной таблице.

Спектр поглощения катиона Nd3+ характеризуется двумя основными пиками (505-545 нм и 568-614 нм) в видимой области спектра [5] и интенсивными линиями в спектре люминесценции в интервале длин волн (λ) 870-940, 1060 нм и реабсорбции при длине волн 576-590 нм [6].

Измерение спектров люминесценции в видимой области света для образцов фарфора, изготовленного на основе использованных в заявляемом способе сырьевых материалов, позволило выявить наличие интенсивных полос уранила (UO22+) в диапазоне длин волн 490-570 нм с максимумом при 540 нм.

Ощутимое повышение белизны фарфора обусловлено образованием гетероядерных мостиковых комплексов UO22+ - Nd3+, которые приводят к сенсибилизированной люминесценции Nd3+ в интервале длин волн 390-500 нм. В результате этого наблюдается безизлучательный перенос энергии электронного возбуждения (БПВ), который можно признать в качестве физического процесса, при котором первично возбужденная частица - источник энергий - в результате слабого взаимодействия с другой частицей - приемником энергии - переходит в электронное или электронно-колебательное состояние с меньшей энергией, с одновременным переходом частицы А в состояние с большей энергией. При этом не происходит излучение фотона, т.е. процесс безызлучательный. В данном случае процесс безызлучательного переноса энергии электронного возбуждения протекает по следующему механизму: БПВ UO22+ (B2u→A1g)→Nd3+(4I9/22G9/2, 7/2; 4S5/2) в безызлучательной релаксации в приемнике энергии в метастабильное состояние с последующим излучением кванта энергии hωA<hωд, которая в свою очередь является источником для БПВ Nd3+ (4F3/24I9/2)→Nd3+(4F3/22P3/2) на приемник энергии, находящийся в возбужденном состоянии. В пользу этого обстоятельства свидетельствуют расчетные значения относительной интенсивности спектров люминесценции образцов фарфора с различным содержанием оксида неодима Nd2O3, определяемые из соотношения

,

где Iотн - относительная интенсивность спектров люминесценции образцов фарфора;

IИ - истинное значение интенсивности полосы спектра люминесценции;

IЗ - значение интенсивности полосы спектра люминесценции, снятой с задержкой регистрации 180 мкс.

Установлено, что увеличение концентрации оксида неодима Nd2O3 в фарфоре приводит к увеличению относительной интенсивности спектров люминесценции в интервале длин волн 390-500 нм, что свидетельствует о более интенсивном затухании его люминесценции. Максимальное значение достигается при введении 0,2% оксида неодима, а с дальнейшим его увеличением относительная интенсивность спектров люминесценции образцов фарфора уменьшается из-за активного поглощения спектром оксида неодима при длинах волн 325-370 нм. Содержание оксида неодима в коржевой фарфоровой массе, превышающее 0,80 мас.%, вызывает окрашивание фарфора.

На фиг.1 графически представлена относительная интенсивность (Iотн) полос спектра люминесценции образцов твердого белого фарфора с различным содержанием оксида неодима Nd2O3: 1 - 0 мас.%; 2 - 0,1 мас.%; 3 - 0,2 мас.%; 4 - 0,3 мас.%; 5 - 0,4 мас.%; 6 - 0,5 мас.%.

На фиг.2 приведен график режима сушки фарфора.

На фиг.3 представлен график режима утельного обжига фарфора.

На фиг.4 показан график режима окончательного (политого) обжига фарфора.

Предлагаемый способ осуществляют в следующей последовательности.

Подготовка фарфоровой массы в виде гомогенизированной суспензии заключается в том, что отощающие каменистые материалы - кварцевый песок, пегматит совместно с глиной подвергают совместному мокрому помолу в шаровой мельнице с уралитовыми шарами до остатка на сите №0056 2,5-3%. С учетом заданных технологических параметров подготовленную по традиционной технологии каолиновую массу распускают и перемешивают с пульпой отощающих компонентов и глины. Полученную суспензию после ее гомогенизации доводят до заданной по технологическим требованиям степени влажности. Получаемая при этом коржевая масса вылеживается до "созревания". В процессе роспуска коржевой фарфоровой массы ее смешивают с водным раствором электролита или смеси электролитов, в который предварительно добавляют оксид неодима Nd2O3 из расчета 0,2-0,80 мас.% его содержания в общем составе получаемой фарфоровой массы, характеризуемой к началу производства фарфоровых изделий следующим соотношением компонентов, мас.%:

Каолин 41,41-41,80
Глина 6,06-6,12
Кварцевый песок 23,47-23,68
Пегматит 28,05-28,34
Оксид неодима Nd2O3 0,20-0,80
Водный раствор электролита
или смеси электролитов 0,05-0,30.

В качестве водного раствора электролита используют 30%-ный водный раствор кальцинированной соды или жидкого стекла.

При использовании водного раствора смеси электролитов готовят 30%-ный водный раствор смеси кальцинированной соды и жидкого стекла при их массовом соотношении, равном 1,5-1,0:2,5-3,0 соответственно.

Указанную фарфоровую массу доводят до заданных влажности, вязкости и плотности, после чего из нее способами шликерного литья или пластического формования изготавливают изделия, которые затем подвергают сушке при температуре 105-110°С, утельному обжигу до 900-920°С. Подготовленные таким образом изделия глазуруют и подвергают окончательному (политому) обжигу при температуре 1320-1350°С, после чего изделия направляют на дальнейшую технологическую обработку в соответствии с технологией производства художественной фарфоровой продукции.

Пример 1

Взвешенные сырьевые материалы - каменистые компоненты: глину, кварцевый песок, пегматит подают в шаровую мельницу в следующем количестве, мас.%:

Глина 6,11
Кварцевый песок 23,66
Пегматит 28,28

и производят их тонкий помол мокрым способом. Тонина помола в пределах 2,0-2,5% на сите №0056, время помола 14-15 часов. Полученную пульпу влажностью 50-60% из шаровых мельниц насосом перекачивают в усреднительный бассейн, куда одновременно перекачивают каолиновую суспензию с влажностью 60-62% в количестве 41,75 мас.% (в пересчете на сухую массу). В усреднительном бассейне каолиновую суспензию перемешивают с пульпой каменистых компонентов в течение 1 часа.

Перемешанную суспензию подают через обогатительную установку и закачивают в рамные фильтр-прессы. Накачивание фильтр-прессов и фильтрацию сырьевой массы до влажности 20-22% осуществляют в течение 2-2,5 часов, после чего образуется коржевая фарфоровая масса, которую затем подвергают вылеживанию в камерах вылеживания в течение 2-х недель.

После этого производят роспуск коржевой фарфоровой массы. Для этого ее постепенно смешивают с 30%-ным водным раствором жидкого стекла, содержащим добавку оксида неодима в количестве 0,2 мас.% относительно общего состава компонентов фарфоровой массы, пригодной для формования изделий. Для этого перед загрузкой коржевой фарфоровой массы вначале в мешалку заливают умягченную воду с жесткостью 5-8 г·экв/л для лучшего перемешивания компонентов и получения массы необходимой влажности. Затем туда же вводят 30%-ный водный раствор жидкого стекла в количестве 0,2 мас.% с добавкой оксида неодима, взятой из расчета 0,2 мас.% к общему составу компонентов фарфоровой массы, и перемешивают содержимое в течение 10-15 минут. После этого постепенно загружают коржи фарфоровой массы, предварительно разделенные на 4 части. Роспуск массы производят в течение 6 часов, по завершении которого получают литейный шликер со следующими показателями: влажность 28-32%, вязкость 2-6 П, плотность 1,72-1,75 г/см3 по ареометру.

К началу производства фарфоровых изделий состав фарфоровой массы характеризуется следующим соотношением компонентов, мас.%:

Каолин 41,75
Глина 6,11
Кварцевый песок 23,66
Пегматит 28,28
Оксид неодима Nd2O3 0,2
30%-ный водный раствор
жидкого стекла 0,2

Подготовленную таким образом шликерную массу подают на вибросито с сеткой №0355 и по желобу с магнитами спускают в «чистый» сборник, из которого массу подают к литейным столам.

Отлитые изделия подвергают сушке при температуре 105°С по режиму нагревания, графически представленному на фиг.2, затем утельному обжигу до 920°С по режиму обжига, показанному на фиг.3. Подготовленные таким образом изделия глазуруют и подвергают окончательному (политому) обжигу при температуре 1350°С по режиму окончательного обжига, представленному на фиг.4. По завершении процесса обжига изделия направляют на дальнейшую технологическую обработку в соответствии с технологией производства художественной фарфоровой продукции. В результате осуществления данной технологии получен твердый фарфор, обладающий показателями белизны: WISO=56,02%, Wф=58,57%, которые превышают соответствующие показатели фарфора, произведенного без добавки оксида неодима (пример 0).

Примеры 2-8 осуществления способа получения твердого фарфора повышенной белизны аналогичны описанному примеру 1. Получаемые по этим примерам составы готовой к производству изделий фарфоровой массы, соответствующие температуры сушки и обжига изделий, а также показатели белизны произведенного фарфора представлены в таблице. Пример 0 приведен для сравнения показателей белизны твердого фарфора, произведенного без использования оксида неодима.

По данным таблицы примеров осуществления заявляемого способа с несколько более низкими показателями белизны фарфора характеризуются изделия, полученные по примерам 2 и 5, что обусловлено сравнительно низкими для этих примеров температурами политого обжига. Наблюдаемое резкое снижение показателей белизны фарфора по примеру 8 является результатом завышенного содержания оксида неодима, при котором проявляется начало процесса окрашивания фарфора оксидом неодима в голубой цвет.

Относительная интенсивность (Iотн) полос спектра люминесценции образцов твердого белого фарфора, представленная на фиг.1, подтверждает влияние на степень белизны фарфора содержание оксида неодима Nd2O3 от 0,20 до 0,80 мас.% в сырьевой фарфоровой массе.

Источники информации

1. Патент РФ №2162830, МПК С04В 33/24, опублик. 2001 г.

2. Аппен А.А. Химия стекла. - М.: Химия, 1970, 352 с.

3. Платов Ю.Т. Белизна фарфора: природа, оценка и способы повышения: Автореферат диссертации на соиск. уч. степ. д-ра. техн. наук. - М., 1995, 45 с.

4. Патент РФ №2133242, МПК С04В 33/24, опублик. 1999 г.

5. Рассулов В.А. Локальная лазерная люминесцентная спектроскопия минералов (на примере циркона). Методические рекомендации №156. Всероссийский научно-исследовательский институт минерального сырья им.Н.М.Федоровского (ВИМС), Москва, 2005, 16 с.

6. Бахтин А.И. Горобец Б.С. Оптическая спектроскопия минералов и руд и ее применение в геологоразведочных работах. - Казань: Изд-во Казанского университета, 1992, 236 с.

1. Способ получения твердого фарфора повышенной белизны, предусматривающий подготовку фарфоровой массы в виде гомогенизированной суспензии, состоящей из каолина, глины, кварцевого песка и пегматита, доведение ее до заданной степени влажности, вылеживание образующейся коржевой массы и роспуск ее до получения шликера с заданными влажностью, вязкостью и плотностью, из которого методами пластического формования или шликерного литья формуют фарфоровые изделия с последующими сушкой при температуре 105-110°С, утельным обжигом до 900-920°С, глазурованием, окончательным (политым) обжигом при температуре 1320-1350°С и художественной обработкой, отличающийся тем, что в процессе роспуска коржевой фарфоровой массы ее смешивают с водным раствором электролита или смеси электролитов с добавкой оксида неодима Nd2O3, взятой из расчета 0,20-0,80 мас.% содержания оксида неодима Мс2О3 в общем составе фарфоровой массы, характеризуемом к началу производства фарфоровых изделий следующим соотношением компонентов, мас.%:

каолин 41,41-41,80
глина 6,06-6,12
кварцевый песок 23,47-23,68
пегматит 28,05-28,34
оксид неодима Nd2O3 0,20-0,80
водный раствор электролита или смеси электролитов 0,05-0,30

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве водного раствора электролита используют 30 %-ный водный раствор кальцинированной соды или жидкого стекла.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве водного раствора смеси электролитов используют 30 %-ный водный раствор смеси кальцинированной соды и жидкого стекла при их массовом соотношении, равном 1,5-1,0:2,5-3,0 соответственно.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к керамической промышленности, а именно к получению мягкого фарфора бытового и декоративно-художественного назначения. .
Изобретение относится к составам фаянсовых масс, которые могут быть использованы в производстве посуды, изделий декоративно-художественного назначения. .
Изобретение относится к области технологии силикатов, в частности к составам фарфоровых масс, которые могут быть использованы для изготовления предметов декоративно-художественного и хозяйственно-бытового назначения.
Изобретение относится к составам фарфоровых масс, которые могут быть использованы для изготовления изделий декоративно-художественного и хозяйственно-бытового назначения.
Фарфор // 2394791
Изобретение относится к области технологии силикатов, в частности к составам фарфора, который может быть использован для изготовления предметов декоративно-художественного и хозяйственно-бытового назначения.

Изобретение относится к технологии тонкой керамики и может быть использовано при производстве фарфоро-фаянсовых изделий различного назначения. .
Изобретение относится к области технологии силикатов, в частности к составам костяного фарфора, который может быть использован для изготовления предметов декоративно-художественного и хозяйственно-бытового назначения.
Изобретение относится к области технологии силикатов, в частности к составам костяного фарфора, который может быть использован для изготовления предметов декоративно-художественного и хозяйственно-бытового назначения.
Изобретение относится к составам фарфоровых масс, которые могут быть использованы для изготовления изделий декоративно-художественного и хозяйственно-бытового назначения.
Изобретение относится к составам масс для изготовления тарелок, блюдец
Изобретение относится к составам фарфоровых масс, которые могут быть использованы для изготовления деталей изделий декоративно-художественного и хозяйственно-бытового назначения
Изобретение относится к составам фарфоровых масс, которые могут быть использованы для изготовления предметов декоративно-художественного и хозяйственно-бытового назначения
Изобретение относится к составам фарфоровых масс, которые могут быть использованы для изготовления деталей изделий декоративно-художественного и хозяйственно-бытового назначения
Изобретение относится к области технологии силикатов, а именно к составам керамических масс, которые могут быть использованы для изготовления предметов декоративно-художественного и хозяйственно-бытового назначения
Изобретение относится к составам фарфоровых масс, которые могут быть использованы для изготовления изделий декоративно-художественного и хозяйственно-бытового назначения

Изобретение относится к области технологии силикатов, а именно к составам фарфоровых масс, которые могут быть использованы для изготовления изделий декоративно-художественного и хозяйственно-бытового назначения
Изобретение относится к области технологии силикатов, в частности к составам сырьевых смесей для изготовления фарфоровых предметов декоративно-художественного и хозяйственно-бытового назначения
Изобретение относится к области технологии силикатов, а именно к составам фарфоровых масс, которые могут быть использованы для изготовления электротехнических изделий, предметов декоративно-художественного и хозяйственно-бытового назначения
Изобретение относится к области технологии силикатов, а именно к составам фарфоровых масс, которые могут быть использованы для изготовления предметов декоративно-художественного и хозяйственно-бытового назначения
Наверх