王傳勝 張慧娟 黃 駿 許行強(qiáng) 張 敏

(江蘇拜富科技有限公司 江蘇 宜興 214221)

前言

骨質(zhì)瓷是目前日用陶瓷市場(chǎng)上較高檔次的瓷器，與其它材料燒制的瓷器相比其具有質(zhì)地細(xì)膩、晶瑩潔白、透明度好、致密輕盈等優(yōu)點(diǎn)，深受國(guó)內(nèi)外消費(fèi)者的喜愛(ài)。生產(chǎn)骨質(zhì)瓷的主要原料是動(dòng)物的骨灰，一般骨灰的用量占到了50%，在坯料中起主導(dǎo)作用，所以高質(zhì)量的骨灰是決定骨質(zhì)瓷品質(zhì)的重要因素。由于傳統(tǒng)的動(dòng)物骨灰的加工過(guò)程比較簡(jiǎn)單粗糙，使得骨灰質(zhì)量受到很大影響，而且隨著骨質(zhì)瓷器的工業(yè)化生產(chǎn)，對(duì)骨灰的需求量也日益增大。

固相法合成骨灰就是利用化工方法將化工原料或礦物原料通過(guò)一定方法制作成一種可以替代動(dòng)物骨灰的合成骨灰，這種合成骨灰應(yīng)具有和動(dòng)物骨灰相同的化學(xué)組成，甚至含有的羥基磷酸鈣成分比動(dòng)物骨灰更高。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.1 實(shí)驗(yàn)化學(xué)原理

通過(guò)查閱相關(guān)資料，實(shí)驗(yàn)中采用磷酸氫鈣和碳酸鈣作為主要原料，在一定溫度條件下直接煅燒合成，可得到白色粉末狀合成骨灰樣品。

合成所依據(jù)的化學(xué)反應(yīng)方程式為：

1.2 實(shí)驗(yàn)所用主要儀器設(shè)備

實(shí)驗(yàn)所用主要儀器見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)所用主要儀器設(shè)備

1.3 實(shí)驗(yàn)所用主要原料

實(shí)驗(yàn)所用主要原料為：磷酸氫鈣、碳酸鈣、長(zhǎng)石、石英、高嶺土等。

1.4 實(shí)驗(yàn)工藝流程

磷酸氫鈣+碳酸鈣→煅燒合成骨灰→配入骨質(zhì)瓷配方→球磨→成形→煅燒成骨質(zhì)瓷樣品。

1.5 合成骨灰的制備

按照表2給出的原料比例將磷酸氫鈣和碳酸鈣配制后放入球磨機(jī)中，球磨30 min，得到7組樣品。將7組樣品在選定的溫度下煅燒，所選取的溫度分別為950 ℃、1 000 ℃、1 050 ℃、1 100 ℃、1 150 ℃，燒成制度為升溫時(shí)間6 h、保溫時(shí)間3 h，樣品自然冷卻，得到合成骨灰樣品。

表2 碳酸鈣與磷酸氫鈣的質(zhì)量比

1.6 骨質(zhì)瓷樣品的燒制

按給定的骨質(zhì)瓷配比將合成骨灰與其它原料混合(按m(料)∶m(球)∶m(水)為1∶3∶1.2)，球磨30 min，球磨成泥漿，后制成直徑為55 mm、厚度為6 mm的圓餅狀坯體，烘干后于高溫爐中于1 180 ℃下燒制，燒成制度為升溫時(shí)間6 h、保溫時(shí)間2 h，冷卻后得到不同的骨質(zhì)瓷樣品。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

2.1 不同溫度下合成骨灰的煅燒情況

不同原料配比在不同溫度下煅燒后各個(gè)樣品的顏色狀態(tài)見(jiàn)表3。

表3 不同原料配比在不同溫度下煅燒后各個(gè)樣品的顏色狀態(tài)

2.2 合成骨灰pH值的測(cè)定

用廣泛pH試紙和精密pH試紙測(cè)定不同配比在不同溫度下煅燒后各個(gè)樣品水溶液的pH值。從圖1可以看出，當(dāng)碳酸鈣與磷酸氫鈣的質(zhì)量比為1∶2.5(樣品4號(hào))、1∶3(樣品5號(hào))、1∶3.5(樣品6號(hào))、1∶4(樣品7號(hào))時(shí)，樣品水溶液的pH值均小于9，說(shuō)明這些樣品基本處于弱堿性和中性的范圍，與天然骨灰的酸堿性基本一致。

圖1 不同溫度、不同配比對(duì)樣品pH值的影響

2.3 骨質(zhì)瓷樣品的吸水率測(cè)試

骨質(zhì)瓷樣品的吸水率測(cè)試結(jié)果如表4所示。

從表4中吸水率的大小可以看出，在950 ℃、1 000 ℃的煅燒溫度下，7組不同配比的樣品坯體并未成瓷，產(chǎn)生這個(gè)現(xiàn)象的原因可能是：

1)合成骨灰煅燒不完全，未能產(chǎn)生足夠的羥基磷酸鈣相；

2)燒制骨質(zhì)瓷溫度不夠，未能使樣品瓷化。當(dāng)然在其中有些樣品吸水率較好，如在1 050 ℃下的4號(hào)到7號(hào)樣品都為較低的吸水率，說(shuō)明坯體已成瓷。

表4 骨質(zhì)瓷樣品吸水率(%)

2.4 骨質(zhì)瓷樣品白度測(cè)試

骨質(zhì)瓷樣的品白度測(cè)試結(jié)果如表5所示。

表5 骨質(zhì)瓷樣品白度測(cè)試

觀察表5數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在950 ℃、1 000 ℃下的樣品白度值較高，但是在測(cè)吸水率的時(shí)候這些樣品并未完全瓷化，所以，如果再升高燒成溫度完全瓷化其白度值會(huì)有所下降。因此，在這次測(cè)試中主要考察已經(jīng)瓷化了的骨質(zhì)瓷樣品。通過(guò)對(duì)兩組數(shù)據(jù)的綜合考量，可以初步確定，在1 050 ℃下的4號(hào)到7號(hào)樣品吸水率符合成瓷要求，且成瓷樣品的白度較高，達(dá)到骨質(zhì)瓷生產(chǎn)要求。

2.5 骨質(zhì)瓷樣品燒成收縮率

骨質(zhì)瓷樣品的燒成收縮率如表6所示。

表6 部分樣品收縮率測(cè)試(%)

由于部分樣品未成瓷，故只對(duì)一些吸水率較低的樣品進(jìn)行收縮率測(cè)試。從表6測(cè)試結(jié)果可以看出，對(duì)一些吸水率較低的樣品而言，如1 050 ℃下7號(hào)樣品的收縮率也較低。

2.6 合成骨灰的XRD檢測(cè)分析

由于1 050 ℃下7號(hào)樣品綜合白度、吸水率、收縮率都較好，因此，對(duì)合成骨灰樣品進(jìn)行XRD檢測(cè)，如圖2所示。

根據(jù)XRD物相分析圖中所標(biāo)記的物相名稱可知,在合成骨灰中得到了羥基磷灰石相的成分，相對(duì)來(lái)說(shuō)羥基磷灰石含量較多，因此從物相分析來(lái)看，樣品是較為合格的合成骨灰樣品。

圖2 樣品物相分析

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)不同溫度、不同配比的合成骨灰配方進(jìn)行制瓷驗(yàn)證，對(duì)骨質(zhì)瓷樣品進(jìn)行吸水率、白度、收縮率的測(cè)試，并結(jié)合合成骨灰的物相分析，初步確認(rèn)了該種方法合成骨灰的可行性。 碳酸鈣與磷酸氫鈣原料質(zhì)量比在1∶2.5～1∶4之間，其中以1∶4較好，煅燒溫度為1 050 ℃。