本發(fā)明涉及一種陶瓷容器的制備方法，特別是涉及一種能夠通電自發(fā)熱的陶瓷容器的制備方法。

背景技術(shù)：

1、陶瓷是一種以粘土等天然硅酸鹽為主要原料燒成的制品，現(xiàn)代陶瓷則常用非硅酸鹽類化工原料或人工合成原料，如氧化物（氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦等）和非氧化物（氮化硅、碳化硼等）制造。陶瓷具有優(yōu)異的絕緣、耐腐蝕、耐高溫、硬度高、密度低、耐輻射等諸多優(yōu)點，已在國民經(jīng)濟各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。特別是我們?nèi)粘Ｊ褂玫娜萜?，如杯、碗、盤、碟、瓶等，常常都是使用陶瓷來制備的。而對于日常使用的盛納水和食物的容器而言，由于對于水和食物保溫的要求，能夠通電自發(fā)熱的陶瓷容器顯然是市場所需要的。陶瓷容器的制備方法是本領(lǐng)域已知的，通常是使用胚料混合成型后，高溫燒制，冷卻后經(jīng)過上釉后，再次高溫燒制而成。

2、電阻加熱是利用電流通過電阻體的熱效應(yīng)對物料進行電加熱的方法，其具有可控和升溫迅速等多項優(yōu)點。而如果將需要加熱的物料作為電路中的一段導(dǎo)體，則電流的通過也會使物料內(nèi)部發(fā)熱。但是由于陶瓷是絕緣體，則無法使其成為電路中的一段導(dǎo)體，因此要想陶瓷產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)電阻加熱，必然需要制備陶瓷復(fù)合材料來增強其導(dǎo)電性能和發(fā)熱性能。

3、細菌纖維素（bc）是一種由天然細菌發(fā)酵代謝產(chǎn)生的一種天然纖維素原料，與普通纖維素相比，其純度極高，基本不含有木質(zhì)素、半纖維素等雜質(zhì)，且具有超精細的三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此具有優(yōu)良的機械性能，且其生產(chǎn)成本較低，周期較短，切對環(huán)境友好，是一種可以良好的天然生物原料。纖維素纖維在高溫下會炭化成為具有導(dǎo)電性能的碳纖維。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種能夠通電自發(fā)熱的陶瓷容器的制備方法，其是在陶瓷混合原料中加入細菌纖維素干粉混合均勻，再一同高溫燒制。

2、細菌纖維素水凝膠的來源并沒有特殊要求，通過各種培養(yǎng)基培養(yǎng)、各種細菌纖維產(chǎn)生菌制備獲得的細菌纖維素水凝膠均可以使用，但是優(yōu)選使用靜態(tài)發(fā)酵制備的細菌纖維素水凝膠產(chǎn)品。細菌纖維素水凝膠在使用前，優(yōu)選經(jīng)過清洗和純化，常規(guī)的去離子水、弱堿溶液清洗純化均可以使用。

3、本發(fā)明中的細菌纖維干粉的制備方法，并沒有太多的限制，常規(guī)的各種干燥方法均可以使用，但是優(yōu)選是將細菌纖維素水凝膠在速凍后，真空冷凍干燥并粉碎制備的。這是由于速凍配合真空冷凍干燥的方法不會破壞細菌纖維素內(nèi)部的精細空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，之后經(jīng)過的高溫燒制后，也能保持這樣的結(jié)構(gòu)，有利于獲得更好的電導(dǎo)和發(fā)熱性能。

4、更優(yōu)選所述速凍是將清洗純化后的細菌纖維素水凝膠經(jīng)0-5℃預(yù)冷后，在低于-18℃的溫度下進行快速冷凍，然后再進行真空冷凍干燥。

5、本發(fā)明中細菌纖維素干粉的加入量為陶瓷混合原料重量的5-30%，可以根據(jù)導(dǎo)電性能和發(fā)熱性能進行選擇，優(yōu)選是陶瓷混合原料重量的10-20%。

6、本發(fā)明中所述的燒制是在700-1400℃下高溫燒制；優(yōu)選在1200℃下高溫燒制；燒制時還可以通入氮氣進行保護。

7、本發(fā)明中所述的容器為壺、杯、碗、盤、碟、瓶中的一種。

8、本發(fā)明中所述的加入細菌纖維素干粉的陶瓷混合原料可以為混合胚料、混合釉料或二者均加入；混合胚料或釉料的具體配方并沒有特別的要求，但是優(yōu)選所述的混合胚料優(yōu)選包括：高嶺土28-35份、長石粉6-18份、石英3-8份、膨潤土3-5份、骨炭20-35份；所述的混合釉料優(yōu)選包括：石英25-30份、高嶺土5-10份、長石粉6-18份、鋯英石2-3份、滑石1-2份、碳酸鋇2-3份。

9、本發(fā)明還提供了所述方法制備得到的通電自發(fā)熱陶瓷容器。

10、本發(fā)明的有益效果是：在混合胚料中加入細菌纖維素干粉，成型后高溫燒制，就可以使細菌纖維素轉(zhuǎn)化為碳纖維且均勻分布在陶瓷胚體中；或者在混合釉料中加入細菌纖維素干粉，上釉之后經(jīng)過再經(jīng)過高溫燒制，可以使細菌纖維素轉(zhuǎn)化為碳纖維且均勻分布在陶瓷的釉體中。由細菌纖維素轉(zhuǎn)化的碳纖維可以保持細菌纖維素本身的精細網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，與陶瓷材料結(jié)合能夠形成具有導(dǎo)電性和發(fā)熱性的復(fù)合材料，其在很低的人體安全電壓下通電就能夠自發(fā)熱，用這樣的陶瓷容器盛裝水和食品能夠具有良好的保溫效果。

11、實施方式

12、為了更好地說明本發(fā)明，我們提供了如下的具體實施方式，需要說明的是，下述的具體實施方式僅僅是為了便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，而不應(yīng)對本發(fā)明構(gòu)成任何限定。

13、實施例1：熱風干燥粉碎制備細菌纖維素素干粉

14、取靜態(tài)淺盤發(fā)酵制備的細菌纖維素水凝膠（椰子水培養(yǎng)基，木葡糖酸醋桿菌，28℃發(fā)酵7天），經(jīng)弱堿性溶液和去離子反復(fù)洗滌純化后，于45℃下熱風干燥，再粉碎過100目篩，制得細菌纖維素干粉。

15、實施例2：真空冷凍干燥粉碎制備細菌纖維素素干粉

16、取靜態(tài)淺盤發(fā)酵制備的細菌纖維素水凝膠（椰子水培養(yǎng)基，木葡糖酸醋桿菌，28℃發(fā)酵7天），經(jīng)弱堿性溶液和去離子反復(fù)洗滌純化后，先5℃下預(yù)冷2h，然后于-18℃下速凍10h，取出真空冷凍干燥（-35℃，0.6mbar）至恒重，再粉碎過100目篩，制得細菌纖維素干粉。

17、實施例3：胚體通電自發(fā)熱陶瓷盤的制備

18、取高嶺土30份、長石粉15份、石英5份、膨潤土3份、骨炭26份混合，加入實施例1中制備的細菌纖維素干粉28份，攪拌混合均勻后，慢慢加入適量去離子水，持續(xù)攪拌形成陶瓷胚料，將其制備成盤子形狀后，送入窯爐，于900℃下高溫燒結(jié)成型（升溫速度為10℃/min，燒制8h），期間通入n2保護，完成后冷卻，制得胚體通電自發(fā)熱陶瓷盤。

19、實施例4：釉體通電自發(fā)熱陶瓷盤的制備

20、取高嶺土30份、長石粉15份、石英5份、膨潤土3份、骨炭26份混合，慢慢加入適量去離子水，持續(xù)攪拌形成陶瓷胚料，將其制備成盤子形狀后，送入窯爐，于900℃下高溫燒結(jié)成型（升溫速度為10℃/min，燒制8h），期間通入n2保護，完成后冷卻；再取石英28份、高嶺土9份、長石粉15份、鋯英石3份、滑石2份、碳酸鋇3份混合，加入實施例2中制備的細菌纖維素干粉15份，攪拌混合均勻后，慢慢加入適量去離子水，持續(xù)攪拌形成陶瓷釉料，對冷卻的胚料刷上釉料，再入窯于1300℃下再次燒制（升溫速度為15℃/min，燒制2h），期間通入n2保護，完成后冷卻，制得釉體通電自發(fā)熱陶瓷盤。

21、實施例5：通電自發(fā)熱陶瓷杯的制備（胚釉同熱）

22、取高嶺土32份、長石粉12份、石英6份、膨潤土4份、骨炭28份混合，加入實施例2中制備的細菌纖維素干粉18份，攪拌混合均勻后，慢慢加入適量去離子水，持續(xù)攪拌形成陶瓷胚料，將其制備成盤子形狀后，送入窯爐，于900℃下高溫燒結(jié)成型（升溫速度為10℃/min，燒制8h），燒結(jié)期間通入n2保護，完成后冷卻；再取石英26份、高嶺土8份、長石粉12份、鋯英石3份、滑石1份、碳酸鋇2份混合，加入實施例2中制備的細菌纖維素干粉18份，攪拌混合均勻后，慢慢加入適量去離子水形成陶瓷釉料，對冷卻的胚料刷上釉料，再入窯于1250℃下再次燒制（升溫速度為15℃/min，燒制2h），期間通入n2保護，完成后冷卻，制得通電自發(fā)熱陶瓷杯。

23、實驗例1：陶瓷材料物理性能及通電性能實驗

24、1)對比例的制備：制備如下對比例

25、對比例3：

26、取高嶺土30份、長石粉15份、石英5份、膨潤土3份、骨炭26份混合，攪拌混合均勻后，慢慢加入適量去離子水，持續(xù)攪拌形成陶瓷胚料，將其制備成盤子形狀后，送入窯爐，于900℃下高溫燒結(jié)成型（升溫速度為10℃/min，燒制8h），期間通入n2保護，完成后冷卻，制得不加入細菌纖維素干粉的陶瓷盤。

27、對比例4：

28、取高嶺土30份、長石粉15份、石英5份、膨潤土3份、骨炭26份混合，慢慢加入適量去離子水，持續(xù)攪拌形成陶瓷胚料，將其制備成盤子形狀后，送入窯爐，于900℃下高溫燒結(jié)成型（升溫速度為10℃/min，燒制8h），期間通入n2保護，完成后冷卻；再取石英28份、高嶺土9份、長石粉15份、鋯英石3份、滑石2份、碳酸鋇3份混合，攪拌混合均勻后，慢慢加入適量去離子水，持續(xù)攪拌形成陶瓷釉料，對冷卻的胚料刷上釉料，再入窯于1300℃下再次燒制（升溫速度為15℃/min，燒制2h），期間通入n2保護，完成后冷卻，制得不加入細菌纖維素干粉的上釉陶瓷盤。

29、對比例5：

30、取高嶺土32份、長石粉12份、石英6份、膨潤土4份、骨炭28份混合，攪拌混合均勻后，慢慢加入適量去離子水，持續(xù)攪拌形成陶瓷胚料，將其制備成盤子形狀后，送入窯爐，于900℃下高溫燒結(jié)成型（升溫速度為10℃/min，燒制8h），燒結(jié)期間通入n2保護，完成后冷卻；再取石英26份、高嶺土8份、長石粉12份、鋯英石3份、滑石1份、碳酸鋇2份混合，攪拌混合均勻后，慢慢加入適量去離子水形成陶瓷釉料，對冷卻的胚料刷上釉料，再入窯于1250℃下再次燒制（升溫速度為15℃/min，燒制2h），期間通入n2保護，完成后冷卻，制得不加入細菌纖維干粉的陶瓷杯。

31、2)煮沸法測定細菌纖維素素對陶瓷材料理化性質(zhì)的影響

32、實驗樣品制備：將實施例3-5和對比例3-5中的產(chǎn)品打碎，選取外觀平整，無明顯缺陷和裂痕的樣品陶瓷片，用切割機切割成直徑為約5cm的小圓片，備用。

33、測量干重m1：將各小圓片用超聲波清洗器清洗10分鐘后擦干，用真空干燥箱110℃烘干至恒重，稱量干重m1，精確到0.01g，測定三次，取平均值；

34、測量浮重m2：將各小圓片放入沸水中煮沸2h，使其充分飽和，冷卻至室溫后，稱量樣品在水中的質(zhì)量，即為浮重m2，精確到0.01g，測定三次，取平均值；

35、測量濕重m3：將小圓片取出，用濕布擦干樣品表面，稱量濕重m3，精確到0.01g，測定三次，取平均值；

36、計算樣品的體積密度：按如下公式計算：

37、

38、計算樣品的表觀密度：按如下公式計算：

39、

40、計算樣品的氣孔率：按如下公式計算：

41、

42、測定及計算結(jié)果見下表：

43、

44、從實驗結(jié)果可以看出，加入細菌纖維素干粉之后，復(fù)合陶瓷產(chǎn)品的密度明顯降低，氣孔率有所提升，但對陶瓷產(chǎn)品的品質(zhì)并無顯著影響。

45、3)細菌纖維素對陶瓷電熱性能的影響

46、實驗樣品制備：將實施例3-5和對比例3-5中的產(chǎn)品打碎，選取外觀平整，無明顯缺陷和裂痕的樣品陶瓷片，用切割機切割成直徑為約5cm的小圓片，備用。

47、i）電阻實驗：在復(fù)合陶瓷圓片兩端接入6v的穩(wěn)定電壓，測定不同時間下的電阻值，每3分鐘記錄一次，結(jié)果見下表：

48、

49、從上面的實驗結(jié)果可以看出，通電后的初始階段，復(fù)合陶瓷圓片的電阻顯著降低，可能是電流的作用在擊穿絕緣層，隨之通電時間增加復(fù)合陶瓷材料的電阻穩(wěn)定在1.30左右，其中由于實施例3中加入的是直接熱風干燥的到的細菌纖維素干粉，可能其在干燥時網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)受到破壞，纖維容易出現(xiàn)重疊、纏繞，使得其電阻值相對更高。而不加入細菌纖維素的對比例3-5是絕緣體。

50、ii）升溫實驗：在復(fù)合陶瓷圓片兩端接入6v的穩(wěn)定電壓，測定不同時間下的溫度值，每5分鐘記錄一次，結(jié)果見下表：

51、

52、從上述實驗結(jié)果結(jié)果可以看出，通電后的初始階段，復(fù)合陶瓷圓片即開始緩慢升溫，15min之后升溫速度加快，25min后溫度穩(wěn)定到60度左右。其中實施例4的升溫較慢，溫度稍低，應(yīng)該是由于其胚料中沒有加入細菌纖維素，其僅依靠釉面發(fā)熱，再將熱量傳導(dǎo)到整個陶瓷材料的緣故。而不加入細菌纖維素的對比例3-5樣品不能發(fā)熱。

53、綜上所述，細菌纖維素干粉加入后，其在陶瓷燒制過程中碳化形成碳纖維，其能夠在不影響陶瓷產(chǎn)品品質(zhì)的情況下，賦予陶瓷產(chǎn)品電熱性能，能夠在低電壓下提供優(yōu)良的熱效應(yīng)。

54、以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。