影響耐熱陶瓷炊具熱穩(wěn)定性的因素＊

唐志陽(yáng)

（無(wú)錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 宜興 214206）

影響耐熱陶瓷炊具熱穩(wěn)定性的因素＊

唐志陽(yáng)

（無(wú)錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 宜興 214206）

簡(jiǎn)述了鋰質(zhì)耐熱陶瓷炊具的特點(diǎn)，從坯料的組成、原料細(xì)度、坯釉的適應(yīng)性、燒成制度和炊具造型幾個(gè)方面探討了影響鋰質(zhì)耐熱陶瓷炊具熱穩(wěn)定性的因素。

耐熱陶瓷 炊具 熱穩(wěn)定性 鋰輝石 透鋰長(zhǎng)石

前言

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們的生活水平得到了很大提高，飲食業(yè)也隨之得到快速發(fā)展。許多食物需要經(jīng)過(guò)煎、炒、烹、炸、燉、煮等復(fù)雜的烹飪方法的來(lái)豐富普通百姓的餐桌，而且人們希望傳統(tǒng)的陶瓷炊具能夠在各種熱源下烹飪食物并可以直接端上餐桌供就餐使用。傳統(tǒng)陶瓷炊具由于其抗熱震性能差已很難滿足人們復(fù)雜的烹飪要求。利用鋰質(zhì)原料生產(chǎn)的高檔耐熱炊具，具有良好的抗熱震性能，無(wú)毒、無(wú)鉛鎘溶出等優(yōu)點(diǎn)，其使用壽命是傳統(tǒng)陶瓷炊具的數(shù)10倍，受到人們的青睞。

1 坯料組成對(duì)熱穩(wěn)定性的影響

鋰質(zhì)耐熱陶瓷炊具的微晶結(jié)構(gòu)和其它陶瓷一樣，是由晶相、玻璃相和氣孔3部分組成。晶相成分主要為β一鋰輝石及其固溶體、莫來(lái)石和殘留石英。

β一鋰輝石及其固溶體是鋰質(zhì)耐熱陶瓷炊具的主要晶相，通常占晶相的60%～80%。鋰礦物含量的多少?zèng)Q定著產(chǎn)品膨脹系數(shù)的大小，其含量越高，膨脹系數(shù)越小。在鋰質(zhì)耐熱陶瓷炊具的坯體組成中，由于含鋰礦物能和坯體中熔融的石英形成低膨脹晶相β一鋰輝石固溶體，因此能提高產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性。

鋰礦物的含量越高，產(chǎn)品熱穩(wěn)定性越好。但鋰礦物的含量也不能過(guò)高，因其價(jià)格較貴，含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品成本增加；同時(shí)含鋰礦物燒成范圍窄，含量過(guò)高也會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品燒成困難，其含量為40%～55%較適宜。同時(shí)，要盡量提高坯體中A12O3的含量，使其形成較多的莫來(lái)石晶體；降低石英含量（尤其不能存在游離石英），因?yàn)樗卸嗑мD(zhuǎn)化的體積變化；還要盡量降低堿金屬氧化物的含量，以減少玻璃相的生成。

2 原料細(xì)度對(duì)熱穩(wěn)定性的影響

原料的細(xì)度對(duì)耐熱陶瓷炊具的熱穩(wěn)定性有顯著的影響。原料的細(xì)度不僅會(huì)影響燒成后各晶相的晶粒尺寸，還會(huì)影響各晶相的形成和含量。原料細(xì)度越高，則其活性就越高，比表面能就越大，可以降低反應(yīng)溫度，燒成時(shí)反應(yīng)就比較徹底。從而有助于降低殘余石英含量，生成更多的分布較均勻、熱膨脹系數(shù)較低的低膨脹晶體，熱穩(wěn)定性也就越好。但原料也不是細(xì)度越高越好，應(yīng)合理地控制原料的細(xì)度，能夠使產(chǎn)品具有良好的耐熱性能及微觀結(jié)構(gòu)。原料顆粒過(guò)粗，則部分較粗顆粒將破壞產(chǎn)品的微觀結(jié)構(gòu)，使得產(chǎn)品抗張強(qiáng)度明顯下降，同時(shí)也將帶來(lái)泥料成形性能、釉面質(zhì)量的下降；原料過(guò)細(xì)，則泥料中固體粒子的表面能和表面活性均較大，在燒成時(shí)玻璃相增加，從而降低了產(chǎn)品的耐熱性能。細(xì)度越高，生產(chǎn)成本也就越高，大規(guī)模生產(chǎn)越不容易實(shí)現(xiàn)。因此，原料細(xì)度應(yīng)控制在0.2～0.3mm，顆粒度為3%～8%萬(wàn)孔篩余較適宜。

3 坯釉適應(yīng)性對(duì)熱穩(wěn)定性的影響

通常，為了使耐熱陶瓷炊具既美觀又便于洗滌、清潔，需要在其表面上施一層薄薄的釉層。為了避免發(fā)生釉層開裂，則要求釉的熱膨脹系數(shù)小于坯體的熱膨脹系數(shù)。日用陶瓷常規(guī)釉料的膨脹系數(shù)較大，與耐熱陶瓷坯體結(jié)合差，而且會(huì)出現(xiàn)龜裂，在耐熱陶瓷中根本無(wú)法使用，必須配制與耐熱陶瓷坯體相適應(yīng)的低膨脹釉料。良好的釉層可改善耐熱陶瓷炊具的熱穩(wěn)定性。

良好的釉層包含以下內(nèi)容：①坯、釉膨脹系數(shù)的匹配；②坯、釉彈性模數(shù)的匹配。如坯、釉膨脹系數(shù)差距過(guò)大，面對(duì)溫度急劇變化，坯釉之間將會(huì)產(chǎn)生較大的拉（壓）力，導(dǎo)致產(chǎn)品熱穩(wěn)定性受到影響。因此，要盡量使釉的膨脹系數(shù)接近于坯體的膨脹系數(shù)，最好略低于坯體的膨脹系數(shù)。因?yàn)樘沾僧a(chǎn)品的耐壓強(qiáng)度總是高于抗張強(qiáng)度，受到壓應(yīng)力的釉層能抵消產(chǎn)品受到的部分張力，從而提高產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度和抗熱震性能。另外，坯、釉要有較低的彈性模數(shù)，且彼此應(yīng)較為接近，這樣既能補(bǔ)償坯、釉中間層產(chǎn)生的應(yīng)力，也能補(bǔ)償由于外力作用產(chǎn)生的應(yīng)力。

為了解決坯、釉相適應(yīng)的問(wèn)題，提高耐熱陶瓷炊具的熱穩(wěn)定性，還要采用合理的施釉方法和適合的釉層厚度。實(shí)踐證明，釉層厚度應(yīng)控制在0.2～0.3mm為宜，太薄不利于析晶；太厚則操作困難，而且容易造成釉裂和剝釉缺陷。

4 燒成制度對(duì)熱穩(wěn)定性的影響

陶瓷產(chǎn)品燒成溫度的高低直接影響著晶粒尺寸、液相的組成和數(shù)量以及氣孔的形貌和數(shù)量。鋰質(zhì)耐熱陶瓷是以β一鋰輝石及其固溶體為主晶相，所以固溶體中含硅量的多少直接影響著坯體的熱膨脹系數(shù)。而β一鋰輝石固溶體中的含硅量隨燒成溫度的升高而增加，因此燒成溫度對(duì)坯體的熱膨脹系數(shù)影響較大。通常產(chǎn)品適宜在燒成溫度的上限（1 240～1 280℃）燒成，且適當(dāng)延長(zhǎng)高溫保溫時(shí)間，使坯體充分反應(yīng)，這樣既能保證坯體中含有大量富含SiO2的β一鋰輝石固溶體，又能降低殘余石英的含量，從而可提高坯體致密度和強(qiáng)度，使產(chǎn)品熱膨脹系數(shù)明顯變??；若燒成溫度過(guò)低，則造成坯體生燒。導(dǎo)致坯體的強(qiáng)度低，化學(xué)反應(yīng)不完全，吸水率大，耐熱性能差，坯體中不能形成必要的晶相和玻璃相。β一鋰輝石及其固溶體和莫來(lái)石晶相含量低、氣孔率大，這些因素都將影響坯和釉的膨脹系數(shù)。同時(shí)，氣孔率大將嚴(yán)重影響坯體的導(dǎo)熱系數(shù)，降低坯體的強(qiáng)度和抗熱震性；若溫度過(guò)高，雖然固溶體中SiO2含量會(huì)增多，但同時(shí)玻璃相也會(huì)明顯增多，會(huì)侵蝕低膨脹晶相而使產(chǎn)品膨脹系數(shù)提高。另外，合理控制升溫速率有利于坯體中形成較強(qiáng)的骨架，提高產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度，促使低膨脹晶相的生成。燒成后快速冷卻，既能防止某些化合物的分解、固溶體的脫溶及粗晶的形成，又能改善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、提高抗折強(qiáng)度，同時(shí)可防止釉面過(guò)度析晶、提高釉面光澤。

5 炊具造型對(duì)熱穩(wěn)定性的影響

耐熱陶瓷炊具的熱穩(wěn)定性還與制品的形狀、尺寸、厚薄等因素有關(guān)。造型時(shí)應(yīng)盡量避免銳角和棱邊，造型愈圓正，厚薄愈均勻，抗熱震性能愈高。在熱源直接接觸的炊具底面，可以設(shè)計(jì)許多同心半圓形槽溝，這些槽溝能有效地增加受熱面積；將炊具底面設(shè)計(jì)成平緩的傘面型，這樣，只有底圈與爐子接觸，可將接觸面減小到最低限度。這些造型設(shè)計(jì)擴(kuò)大了產(chǎn)品底部受熱面積和散熱途徑，能緩沖制品在急冷急熱時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力，有利于陶瓷制品的傳熱和熱穩(wěn)定性。

綜上所述，鋰質(zhì)耐熱陶瓷炊具的熱穩(wěn)定性與坯料組成、原料細(xì)度、坯釉適應(yīng)性、燒成制度及炊具造型等多種因素有關(guān)。在生產(chǎn)過(guò)程中要對(duì)每一道工序嚴(yán)格控制，才能使陶瓷炊具的熱穩(wěn)定性處于穩(wěn)定、良好的狀態(tài)。

1 吳從若，李維友.高檔陶瓷炊具的研制及釉下裝飾.山東陶瓷，2001（1）：25～27

2 李月明，廖潤(rùn)華，王竹梅，等.透鋰長(zhǎng)石質(zhì)低膨脹陶瓷材料的研究.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，30（3）：32～35

3 趙越清.耐熱日用陶瓷坯體及其低熱膨脹性.河北理工學(xué)院學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2003（3）：117～120

4 錢錦，余炳鋒.宜春鋰輝石質(zhì)耐熱陶瓷砂鍋的研制.景德鎮(zhèn)高專學(xué)報(bào)，2010，25（4）：31～32

TQ174.73

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1002－2872（2012）05－0012－02

唐志陽(yáng)（1967－），本科，副教授、高級(jí)工程師；主要從事應(yīng)用化學(xué)教學(xué)及無(wú)機(jī)材料的研究。