影響耐熱陶瓷炊具熱穩定性的因素＊

唐志陽

（無錫工藝職業技術學院 江蘇 宜興 214206）

影響耐熱陶瓷炊具熱穩定性的因素＊

唐志陽

（無錫工藝職業技術學院 江蘇 宜興 214206）

簡述了鋰質耐熱陶瓷炊具的特點，從坯料的組成、原料細度、坯釉的適應性、燒成制度和炊具造型幾個方面探討了影響鋰質耐熱陶瓷炊具熱穩定性的因素。

耐熱陶瓷 炊具 熱穩定性 鋰輝石 透鋰長石

前言

近年來，隨著經濟的飛速發展，人們的生活水平得到了很大提高，飲食業也隨之得到快速發展。許多食物需要經過煎、炒、烹、炸、燉、煮等復雜的烹飪方法的來豐富普通百姓的餐桌，而且人們希望傳統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。傳統陶瓷炊具由于其抗熱震性能差已很難滿足人們復雜的烹飪要求。利用鋰質原料生產的高檔耐熱炊具，具有良好的抗熱震性能，無毒、無鉛鎘溶出等優點，其使用壽命是傳統陶瓷炊具的數10倍，受到人們的青睞。

1 坯料組成對熱穩定性的影響

鋰質耐熱陶瓷炊具的微晶結構和其它陶瓷一樣，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、莫來石和殘留石英。

β一鋰輝石及其固溶體是鋰質耐熱陶瓷炊具的主要晶相，通常占晶相的60%～80%。鋰礦物含量的多少決定著產品膨脹系數的大小，其含量越高，膨脹系數越小。在鋰質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，因此能提高產品的熱穩定性。

鋰礦物的含量越高，產品熱穩定性越好。但鋰礦物的含量也不能過高，因其價格較貴，含量過高會導致產品成本增加；同時含鋰礦物燒成范圍窄，含量過高也會導致產品燒成困難，其含量為40%～55%較適宜。同時，要盡量提高坯體中A12O3的含量，使其形成較多的莫來石晶體；降低石英含量（尤其不能存在游離石英），因為它有多晶轉化的體積變化；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 原料細度對熱穩定性的影響

原料的細度對耐熱陶瓷炊具的熱穩定性有顯著的影響。原料的細度不僅會影響燒成后各晶相的晶粒尺寸，還會影響各晶相的形成和含量。原料細度越高，則其活性就越高，比表面能就越大，可以降低反應溫度，燒成時反應就比較徹底。從而有助于降低殘余石英含量，生成更多的分布較均勻、熱膨脹系數較低的低膨脹晶體，熱穩定性也就越好。但原料也不是細度越高越好，應合理地控制原料的細度，能夠使產品具有良好的耐熱性能及微觀結構。原料顆粒過粗，則部分較粗顆粒將破壞產品的微觀結構，使得產品抗張強度明顯下降，同時也將帶來泥料成形性能、釉面質量的下降；原料過細，則泥料中固體粒子的表面能和表面活性均較大，在燒成時玻璃相增加，從而降低了產品的耐熱性能。細度越高，生產成本也就越高，大規模生產越不容易實現。因此，原料細度應控制在0.2～0.3mm，顆粒度為3%～8%萬孔篩余較適宜。

3 坯釉適應性對熱穩定性的影響

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。為了避免發生釉層開裂，則要求釉的熱膨脹系數小于坯體的熱膨脹系數。日用陶瓷常規釉料的膨脹系數較大，與耐熱陶瓷坯體結合差，而且會出現龜裂，在耐熱陶瓷中根本無法使用，必須配制與耐熱陶瓷坯體相適應的低膨脹釉料。良好的釉層可改善耐熱陶瓷炊具的熱穩定性。

良好的釉層包含以下內容：①坯、釉膨脹系數的匹配；②坯、釉彈性模數的匹配。如坯、釉膨脹系數差距過大，面對溫度急劇變化，坯釉之間將會產生較大的拉（壓）力，導致產品熱穩定性受到影響。因此，要盡量使釉的膨脹系數接近于坯體的膨脹系數，最好略低于坯體的膨脹系數。因為陶瓷產品的耐壓強度總是高于抗張強度，受到壓應力的釉層能抵消產品受到的部分張力，從而提高產品的機械強度和抗熱震性能。另外，坯、釉要有較低的彈性模數，且彼此應較為接近，這樣既能補償坯、釉中間層產生的應力，也能補償由于外力作用產生的應力。

為了解決坯、釉相適應的問題，提高耐熱陶瓷炊具的熱穩定性，還要采用合理的施釉方法和適合的釉層厚度。實踐證明，釉層厚度應控制在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 燒成制度對熱穩定性的影響

陶瓷產品燒成溫度的高低直接影響著晶粒尺寸、液相的組成和數量以及氣孔的形貌和數量。鋰質耐熱陶瓷是以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。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，因此燒成溫度對坯體的熱膨脹系數影響較大。通常產品適宜在燒成溫度的上限（1 240～1 280℃）燒成，且適當延長高溫保溫時間，使坯體充分反應，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度，使產品熱膨脹系數明顯變小；若燒成溫度過低，則造成坯體生燒。導致坯體的強度低，化學反應不完全，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。同時，氣孔率大將嚴重影響坯體的導熱系數，降低坯體的強度和抗熱震性；若溫度過高，雖然固溶體中SiO2含量會增多，但同時玻璃相也會明顯增多，會侵蝕低膨脹晶相而使產品膨脹系數提高。另外，合理控制升溫速率有利于坯體中形成較強的骨架，提高產品的機械強度，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，又能改善產品結構、提高抗折強度，同時可防止釉面過度析晶、提高釉面光澤。

5 炊具造型對熱穩定性的影響

耐熱陶瓷炊具的熱穩定性還與制品的形狀、尺寸、厚薄等因素有關。造型時應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，可以設計許多同心半圓形槽溝，這些槽溝能有效地增加受熱面積；將炊具底面設計成平緩的傘面型，這樣，只有底圈與爐子接觸，可將接觸面減小到最低限度。這些造型設計擴大了產品底部受熱面積和散熱途徑，能緩沖制品在急冷急熱時產生的熱應力，有利于陶瓷制品的傳熱和熱穩定性。

綜上所述，鋰質耐熱陶瓷炊具的熱穩定性與坯料組成、原料細度、坯釉適應性、燒成制度及炊具造型等多種因素有關。在生產過程中要對每一道工序嚴格控制，才能使陶瓷炊具的熱穩定性處于穩定、良好的狀態。

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，廖潤華，王竹梅，等.透鋰長石質低膨脹陶瓷材料的研究.武漢理工大學學報，2008，30（3）：32～35

3 趙越清.耐熱日用陶瓷坯體及其低熱膨脹性.河北理工學院學報（社會科學版），2003（3）：117～120

4 錢錦，余炳鋒.宜春鋰輝石質耐熱陶瓷砂鍋的研制.景德鎮高專學報，2010，25（4）：31～32

TQ174.73

B

1002－2872（2012）05－0012－02

唐志陽（1967－），本科，副教授、高級工程師；主要從事應用化學教學及無機材料的研究。