一種用作搪瓷材料的組合物及其用途
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用作搪瓷材料的組合物，所述組合物包括氧化硅、氧化鋁、氧化硼、氧化鈣、氧化鈷、氧化鈦、氧化鋯、堿性氧化物。所述組合物不含鉛、氟，安全性高，以該組合物制成的搪瓷材料表面光滑、致密，不易結(jié)水垢，耐酸堿性強，且該搪瓷材料的收縮率與金屬的金屬收縮率幾乎完全一致，特別是和不銹鋼的收縮率幾乎完全一致，可以防止因為急劇的收縮膨脹而使金屬表面的搪瓷涂層產(chǎn)生裂紋。本發(fā)明還涉及該組合物的用途，用于將所述組合物搪瓷到金屬基材的表面。
【專利說明】一種用作搪瓷材料的組合物及其用途
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于搪瓷材料領(lǐng)域，具體涉及一種用作搪瓷材料的組合物及其用途。
【背景技術(shù)】
[0002]在金屬表面進行瓷釉涂搪可以防止金屬生銹，使金屬在受熱時不至于在表面形成氧化層并且能抵抗各種液體的侵蝕。搪瓷制品不僅安全無毒，易于洗滌潔凈，可以廣泛地用作日常生活中使用的飲食器具和洗滌用具以及家用電器上，而且在特定的條件下，瓷釉涂搪在金屬坯體上表現(xiàn)出的硬度高、耐高溫、耐磨以及絕緣作用等優(yōu)良性能，使搪瓷制品有了更加廣泛的用途。
[0003]金屬管狀加熱元件是目前所有電熱元件中應用廣泛、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、使用壽命長的一種密封式電熱元件。早在三十年代，有英國霍特波因特公司就將金屬管狀加熱元件應用于家用電器上。目前，電熱管在國內(nèi)、外已廣泛應用于注塑行業(yè)、化工行業(yè)、輔助供暖等工業(yè)和家用電烤爐、立式空調(diào)等電器上。
[0004]現(xiàn)在的金屬管狀加熱元件有很多種，結(jié)構(gòu)上五花八門，但是共同的特點都是使用金屬管狀材料作為加熱元件的外殼，因為和加熱介質(zhì)直接接觸，所以外殼容易發(fā)生結(jié)水垢、腐蝕等情況，導致加熱元件時效，個別廠家在加熱元件表面使用一些普通搪瓷材料，但是材料表面容易凹凸不平，固化過程容易產(chǎn)生起泡，并且在長時間熱脹冷縮的作用下易產(chǎn)生裂紋，效果不甚理想。
[0005]CN1878734A公開了一種用于加熱元件搪瓷層中的搪瓷組合物,包含0_10質(zhì)量％的v205、0-10 質(zhì)量 ％ 的 Pb0、5-13 質(zhì)量 ％ 的 B203、33_53 質(zhì)量 ％ 的 Si02、5_15 質(zhì)量 ％ 的 Al2O3 和20-30質(zhì)量％的CaO;另外，該發(fā)明還包括包含此組合件的加熱元件。該搪瓷組合物使得電熱元件可以具有改良的耐久性和增強的安全性。
[0006]上述專利以及現(xiàn)有技術(shù)中提供的用于搪瓷材料組合物，或者使金屬加熱元件具有良好的熱效率，或者使金屬加熱元件具有較好的耐腐蝕性能，但其仍然存在或者結(jié)水垢、或者在長時間熱脹冷縮的作用下易產(chǎn)生裂紋等問題，為了獲得一種綜合性能更佳的搪瓷材料組合物，特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種用作搪瓷材料的組合物，該組合物不含鉛、氟，安全性高，以該組合物制成的搪瓷材料表面光滑、致密，不易結(jié)水垢，耐酸堿性強，且該搪瓷材料的收縮率與金屬的的金屬收縮率幾乎完全一致，特別是和不銹鋼的收縮率幾乎完全一致，可以防止因為急劇的收縮膨脹而使金屬表面的搪瓷涂層產(chǎn)生裂紋。
[0008]為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，特采用以下技術(shù)方案:
[0009]一種用作搪瓷材料的組合物，所述組合物包括氧化硅、氧化鋁、氧化硼、氧化鈣、氧化鈷、氧化鈦、氧化鋯、堿性氧化物。
[0010] 本發(fā)明提供的用作搪瓷材料的組合物不含鉛、氟，安全性高，以該組合物經(jīng)涂搪工藝在金屬表面制得的搪瓷涂層，其表面光滑，硬度高，表面不易存留雜質(zhì)，不易結(jié)水垢，且結(jié)構(gòu)致密，無缺陷，可以有效抵擋點腐蝕，另外，該搪瓷涂層與金屬的收縮率幾乎完全一致，特別是和不銹鋼的收縮率幾乎完全一致，可以避免因為急劇的收縮膨脹而使覆在金屬表面的搪瓷涂層產(chǎn)生裂紋。進一步地，以該組合物通過涂搪工藝制成的帶有涂層的金屬加熱元件，可以極大地提高了加熱元件的使用壽命。
[0011]按質(zhì)量百分含量計，所述組合物中氧化硅的含量為28~48%、氧化鋁的含量為3~13%、氧化硼的含量為30~44%、氧化鈣的含量為2~5%、氧化鈷的含量為2~6%、氧化鈦的含量為2~8%、氧化鋯的含量為1飛％、堿性氧化物的含量為f 5%。
[0012]本發(fā)明提供的用作搪瓷材料的組合物中，以氧化硅和氧化硼為主要組分，二者均為良好的耐酸組分，當氧化硅的含量為28~48%、氧化硼的含量為30-44%時，制得的搪瓷不僅具有較好的耐酸性，且其耐堿性能不會大幅下降，還能提高搪瓷的抗沖擊強度和耐溫急變性。另外，氧化硼還能顯著降低表面張力，改善密著性，提高搪瓷的表面光澤。
[0013]氧化鈦、氧化鋯、氧化鈣、氧化鈷是既耐酸又耐堿的組份，當氧化鈣的含量為2~5%、氧化鈷的含量為2飛 ％、氧化鈦的含量為2~8%、氧化鋯的含量為f 5%時，搪瓷具有非常好的耐酸堿性，特別是氧化鋯與氧化鈦，能使搪瓷表面形成耐酸堿的保護膜，極大地提高了搪瓷的耐腐蝕性。當氧化鋁的含量為3~13%時，可形成致密的微晶搪瓷結(jié)構(gòu)，使得搪瓷具有較好的化學穩(wěn)定性和較高的機械強度。堿性氧化物的作用是調(diào)節(jié)膨脹系數(shù)和助溶劑，但堿性氧化物既不耐酸又不耐堿，本發(fā)明中堿性氧化物的含量較低，在不影響搪瓷的耐酸堿性的同時，兼顧其調(diào)節(jié)膨脹系數(shù)和助溶劑的作用。
[0014]發(fā)明人意外地發(fā)現(xiàn)，以上述組成和含量的組合物混合后在金屬表面制成的搪瓷涂層，其熱收縮率與金屬的熱收縮率幾乎完全一致，特別是和不銹鋼的收縮率幾乎完全一致，將該組合物搪瓷在金屬材料的表面，可以避免在加熱過程中因為急劇地收縮膨脹而使覆在金屬表面的涂層產(chǎn)生裂紋，延長帶涂層的金屬材料在冷熱環(huán)境中的使用壽命，特別是將該組合物搪瓷在金屬加熱元件的表面，將極大地提高該金屬加熱元件的使用壽命。
[0015]優(yōu)選的，按質(zhì)量百分含量計，所述組合物中氧化硅的含量為32~44%、氧化鋁的含量為5~10%、氧化硼的含量為34~40%、氧化鈣的含量為2飛％、氧化鈷的含量為2~6%、氧化鈦的含量為2~8%、氧化鋯的含量為1飛％、堿性氧化物的含量為f 5%。
[0016]所述堿性氧化物包括氧化鈉、氧化鉀、氧化鋰、氧化鈣、氧化鎂中的一種或多種。
[0017]優(yōu)選的，所述堿性氧化物為氧化鈉、氧化鉀、氧化鋰的混合物。
[0018]堿性氧化物的作用是調(diào)節(jié)膨脹系數(shù)和助溶劑，但堿性氧化物既不耐酸又不耐堿，同時在組合物中引入氧化鈉、氧化鉀和氧化鋰，制備的搪瓷的耐酸堿性最好。
[0019]優(yōu)選的，所述組合物還包括過渡金屬；所述過渡金屬的含量為廣2%。本發(fā)明在組合物的各組分中進步一加入過渡金屬，以增強組合物的抗菌、抑菌、殺菌、抗病毒等效果
[0020]更優(yōu)選的，所述過渡金屬包括銀、銅、鎳、鈮中的一種或多種。銀、銅、鎳、鈮在與組合物中的其它組分按照一定比例經(jīng)過涂搪工藝形成的具有特定金相結(jié)構(gòu)的微晶搪瓷，能極大地增強了該搪瓷抗菌、抑菌、殺菌、抗病毒的效果。
[0021]一種前面所述的組合物的用途，用于將所述的組合物搪瓷到金屬基材的表面。
[0022]所述金屬基材包括金屬加熱兀件、金屬飲食器具、金屬洗漆用具、家用電器的金屬外殼。[0023]本發(fā)明的組合物可參照現(xiàn)有技術(shù)的涂搪工藝搪瓷在金屬的表面，但優(yōu)選的，采用以下工藝:
[0024](I)將組合物的各組分按照處方量混合，加熱至熔融態(tài)，冷卻，磨粉；
[0025]( 2 )通過干法或濕法涂搪；
[0026](3)加熱至80(T900°C，保溫10~20分鐘；
[0027](4)冷卻至室溫。
[0028]本發(fā)明在金屬的表面涂搪之前，先將組合物中的各組分加熱熔融并冷卻磨粉，一是有利于各組分能更充分地混合均勻，二是在涂搪工藝前已使各組分按照一定的規(guī)律排列分布，形成微晶金相結(jié)構(gòu)，然后再進行涂搪工藝，得到的涂層硬度高，結(jié)構(gòu)致密，各項性能均得到了提高。
[0029]所述步驟(2)中的干法或濕法涂搪均可參照現(xiàn)有技術(shù)的干法涂搪工藝或濕法涂搪工藝，本領(lǐng)域技術(shù)人員無需付出創(chuàng)造性的勞動。
[0030]濕法涂搪工藝主要有噴涂、浸涂和滾動涂搪等方法。通過使金屬在三維空間內(nèi)轉(zhuǎn)動，使其所有表面都涂上釉漿，多余的殘渣和液體都必須清除掉，以保證金屬表面只覆蓋著一層薄薄的、均勻的和連續(xù)的釉漿。
[0031]干法涂搪工藝則以靜電噴涂為主。靜電噴涂與濕法系統(tǒng)相比，它降低了成本，節(jié)約了能量，材料利用率可達到97%。此外，它還減少了對環(huán)境的污染。本發(fā)明中，優(yōu)選采用靜電噴涂法。
[0032]涂搪后進行搪燒，當溫度升高到700°C左右時，各組分開始融化并形成瓷層，溫度繼續(xù)升高，本發(fā)明中搪燒溫度保持在830-860°C之間，時間為10-20分鐘，在此條件下，金屬的表面形成了一層硬質(zhì)的涂層，結(jié)構(gòu)致密。
[0033]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:
[0034](I)本發(fā)明提供的用作搪瓷材料的組合物不含鉛、氟，安全環(huán)保，另外，以該組合物制得的搪瓷材料的表面光滑，硬度高，表面不易存留雜質(zhì)，不易結(jié)水垢，且結(jié)構(gòu)致密，無缺陷，可以有效抵擋點腐蝕。
[0035](2)搪瓷涂層與金屬的收縮率幾乎完全一致，特別是和不銹鋼的收縮率幾乎完全一致，將該組合物搪瓷在金屬材料的表面，可以避免在加熱過程中因為收縮膨脹而使覆在金屬表面的搪瓷涂層產(chǎn)生裂紋，延長帶涂層的金屬材料在冷熱環(huán)境中的使用壽命。
[0036](3)本發(fā)明提供的組合物還具有非常強的抗菌、抑菌、殺菌、抗病毒等作用。
【具體實施方式】
[0037]下面通過具體實施例對本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
做進一步說明，但并不因此而限定本發(fā)明的內(nèi)容。
[0038]實施例1
[0039]將各組分按以下質(zhì)量百分含量混合:氧化硅的含量為28%、氧化鋁的含量為13%、氧化硼的含量為44%、氧化鈣的含量為2%、氧化鈷的含量為2%、氧化鈦的含量為5%、氧化鋯的含量為1%、氧化鈉的含量為5% ;再加熱至熔融態(tài)，冷卻，磨粉。
[0040]通過濕法噴涂，在不銹鋼加熱元件表面覆蓋著一層薄薄的、均勻的和連續(xù)的涂層，加熱至900°C，保溫20分鐘；冷卻至室溫，即得。該搪瓷涂層的厚度為100 μ m。[0041]實施例2
[0042]將各組分按以下質(zhì)量百分含量混合:氧化硅的含量為48%、氧化鋁的含量為3%、氧化硼的含量為30%、氧化鈣的含量為2%、氧化鈷的含量為3%、氧化鈦的含量為8%、氧化鋯的含量為5%、氧化鈣的含量為1% ;再加熱至熔融態(tài)，冷卻，磨粉。
[0043] 通過靜電噴涂，在不銹鋼加熱元件表面涂搪涂層，加熱至800°C，保溫10分鐘；冷卻至室溫，即得。該搪瓷涂層的厚度為10 μ m。
[0044]實施例3
[0045]將各組分按以下質(zhì)量百分含量混合:氧化硅的含量為32%、氧化鋁的含量為10%、氧化硼的含量為40%、氧化鈣的含量為5%、氧化鈷的含量為6%、氧化鈦的含量為2%、氧化鋯的含量為2%、氧化鉀的含量為3% ;再加熱至熔融態(tài)，冷卻，磨粉。
[0046]通過靜電噴涂，在不銹鋼加熱元件表面涂搪涂層，加熱至840°C，保溫15分鐘；冷卻至室溫，即得。該搪瓷涂層的厚度為50 μ m。
[0047]實施例4
[0048]將各組分按以下質(zhì)量百分含量混合:氧化硅的含量為44%、氧化鋁的含量為5%、氧化硼的含量為34%、氧化鈣的含量為3%、氧化鈷的含量為3%、氧化鈦的含量為6%、氧化鋯的含量為2%、氧化鋰的含量為3% ;再加熱至熔融態(tài)，冷卻，磨粉。
[0049]通過靜電噴涂，在不銹鋼加熱元件表面涂搪涂層，加熱至850°C，保溫10分鐘；冷卻至室溫，即得。該搪瓷涂層的厚度為350 μ m。
[0050]實施例5
[0051]將各組分按以下質(zhì)量百分含量混合:氧化硅的含量為28%、氧化鋁的含量為13%、氧化硼的含量為44%、氧化鈣的含量為5%、氧化鈷的含量為4%、氧化鈦的含量為2%、氧化鋯的含量為1%、氧化鈉的含量為1%、鎳的含量為2% ;再加熱至熔融態(tài)，冷卻，磨粉。
[0052]通過靜電噴涂，在不銹鋼杯子表面涂搪涂層，加熱至860°C，保溫10分鐘；冷卻至室溫，即得。該搪瓷涂層的厚度為500 μ m。
[0053]實施例6
[0054]將各組分按以下質(zhì)量百分含量混合:氧化硅的含量為48%、氧化鋁的含量為3%、氧化硼的含量為30%、氧化鈣的含量為2%、氧化鈷的含量為2%、氧化鈦的含量為8%、氧化鋯的含量為5%、氧化鉀的含量為1%、銅的含量為1% ;再加熱至熔融態(tài)，冷卻，磨粉。
[0055]通過靜電噴涂，在不銹鋼加熱元件表面涂搪涂層，加熱至845°C，保溫12分鐘；冷卻至室溫，即得。該搪瓷涂層的厚度為40 μ m。
[0056]實施例7
[0057]將各組分按以下質(zhì)量百分含量混合:氧化硅的含量為32%、氧化鋁的含量為10%、氧化硼的含量為40%、氧化鈣的含量為2%、氧化鈷的含量為6%、氧化鈦的含量為2%、氧化鋯的含量為1%、氧化鈉的含量為5%、銀的含量為1%、鈮的含量為1% ;再加熱至熔融態(tài)，冷卻，磨粉。
[0058]通過靜電噴涂，在不銹鋼加熱元件表面涂搪涂層，加熱至845°C，保溫12分鐘；冷卻至室溫，即得。該搪瓷涂層的厚度為40 μ m。
[0059]實驗例I
[0060]本實驗例測試了以本發(fā)明提供的組合物在金屬加熱元件表面制成的搪瓷涂層在經(jīng)過高溫后的各項性能。
[0061]1、高溫試驗
[0062]將帶有涂層的加熱元件通電加熱，使其表面溫度逐漸升高至1500°C，取出，再自然冷卻至室溫，重復50次，觀察其外觀的變化，結(jié)果見表1。
[0063]表1
[0064]
【權(quán)利要求】
1.一種用作搪瓷材料的組合物，其特征在于，所述組合物包括氧化硅、氧化鋁、氧化硼、氧化鈣、氧化鈷、氧化鈦、氧化鋯、堿性氧化物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，按質(zhì)量百分含量計，所述組合物中氧化硅的含量為28~48%、氧化鋁的含量為3~13%、氧化硼的含量為30-44%、氧化鈣的含量為2飛％、氧化鈷的含量為2飛％、氧化鈦的含量為2~8%、氧化鋯的含量為1飛％、堿性氧化物的含量為I~5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合物，其特征在于，按質(zhì)量百分含量計，所述組合物中氧化硅的含量為32~44%、氧化鋁的含量為5~10%、氧化硼的含量為34~40%、氧化鈣的含量為2飛％、氧化鈷的含量為2飛％、氧化鈦的含量為2~8%、氧化鋯的含量為1飛％、堿性氧化物的含量為I~5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述堿性氧化物包括氧化鈉、氧化鉀、氧化鋰、氧化鈣、氧化鎂中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的組合物，其特征在于，所述堿性氧化物為氧化鈉、氧化鉀、氧化鋰的混合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的組合物，其特征在于，所述組合物還包括過渡金屬。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的組合物，其特征在于，所述過渡金屬包括銀、銅、鎳、鈮中的一種或多種。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的組合物，其特征在于，所述過渡金屬的含量為廣2%。
9.一種權(quán)利要求1-8任一項所述的組合物的用途，其特征在于，用于將所述的組合物搪瓷到金屬基材的表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用途，其特征在于，所述金屬基材包括金屬加熱元件、金屬飲食器具、金屬洗滌用具、家用電器的金屬外殼。
【文檔編號】C03C8/02GK103964690SQ201310039629
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月31日
【發(fā)明者】王軍, 于垂妍, 馬峰, 趙小勇, 童紅利 申請人:海爾集團公司, 青島經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)海爾熱水器有限公司