影响陶瓷耐热锅热稳定性的因素
2012-11-14 14:22阅读：
用砂锅、陶煲一类陶瓷容器煮炖食物是我国烹饪方法之一，历史源远流长。虽然至今市场上出现了让人眼花缭乱的装饰新颖的各种金属制品，但因陶瓷材料耐磨，化学性能稳定，不会混入有害成份影响食物的营养价值和口感，所以陶瓷耐热锅仍受人们的青睐。
由高岭土一长石一石英制作的普通烧结瓷器不能直接在火上使用。而陶瓷耐热锅能在火上烧水煮食不开裂。这是因为组成锅体的陶瓷材料的化学组份、矿物组成和物理性能不同，它具备了良好的热稳定性。对陶瓷材料的热稳定性虽然有一定的理论解释，但还不能真正建立在各种实际场合下热稳定性的数学模型。不过研究表明某一材料的热稳定性与该材料的热膨胀系数，抗张强度，导热系数等密切相关。此外还与制品的致密程度、形状尺寸有关。膨胀系数越低、强度越高、导热性越好热稳定性就越好。但我们不可能采用高强度、高导热的材料来制作这类民用产品。最现实的措施还是尽可能地降低材料的热膨胀系数、合理设计制
品的造型和厚度尺寸。
砂锅一类耐热制品是由富含高岭石的粘土或粘土一熟料制作，在较低温度下烧成的陶器。这类材料本身热膨胀系数并不算低，强度也不高。但由于具有一定的吸水性和透气性，相应减缓了制品的热膨胀，可有效缓冲制品在热交换中产生的热应力，这类制品一般外观较粗糙、笨重，不过以其装饰造型具有粗犷古朴之感，仍有一定市场。因未烧结吸水性强，制品釉面大多呈网状裂纹，无法阻挡油污的渗透。多次使用后难以洗刷，给人以不洁之感。
笔者以为制作耐热陶瓷锅最好要尽可能烧结致密，长期使用釉面不开裂，不渗油，不渗水，易于洗刷洁净，采用低膨胀致密化的陶瓷材料
制作为佳。国外早先就有这种产品。通常制作耐热陶瓷锅的低膨胀材料有β-锂辉石(Li2O·Al2O3·4SiO2)，堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)和莫来石(2SiO2·3A1O2)。
在Li2O-Al2O3-SiO2系材料中，β-锂辉石是用锂辉石、透锂长石等含锂矿物与粘土来制备。经高温煅烧后产生β—锂辉石，材料的膨胀系数与引人坯料中的锂矿物的多少及煅烧温度的高低有关。锂含量多，烧成温度高生成卜锂辉石就多、膨胀系数就小。一般在2×10-6/℃～
3×10-6/℃之间，甚至为负膨胀。但生产工厂不仅要考虑产品性能，还需适应成型与烧成工艺之需要，成品率高、经济上合算。与坯料相适应的釉料也是合理低膨胀釉，若膨胀系数不够低釉面就会开裂；若膨胀系数虽低，但釉面失透不够光亮也不好看。光泽度在半无光釉至光泽釉之间，且不开裂为佳。这类制品引起了有关厂商的关注，近几年国内不少厂家相继开发生产，其外观洁白，加上有的厂家在造型设计上下功夫，付以简洁明快的彩绘，显得高雅，有艺术感，适应现代消费潮流。但这种材料之不足在于烧成范围狭窄，要得到无吸水率的制品很困难，而烧制成有一定吸水率的陶器制品就相对容易一些。此外成本与价格也是影响这类制品推广销售的关键因素之一。
在MgO-Al2O3—SiO2系材料中堇青石是用滑石、菱镁矿等含镁矿物与粘土或一定量的高铝原料，按较合理的组成关系，兼顾成型与烧成需要进行制作。制品的热膨胀系数与堇青石的生成量有关，因组份的差异和烧成温度的高低约在2×10-6/℃～3×10-6/℃之间。这种材料的烧成范围也窄，亦不易烧结。因堇青石材料具有经济适用的特点。在一些新兴领域有着极高的应用价值。所以国内外对膨胀系数低，烧成范围较宽的堇青石材料进行过大量的研究，并有许多专利报导。另外也可以制备出吸水率为零的，烧结范围较宽的制品，在这种坯件上施釉也有一定难度，弄不好釉面呈网状裂纹，若组份配合适当，就可制出与这种低膨胀坯件相适应的半无光釉，因此用这类材料制作耐热锅也是可行的。在Al2O3-SiO2系统中的耐热材料，前人已做过研究。例如化学瓷是在1450℃左右高温下烧成的，以针状莫来石为骨架的材料。其强度高又耐磨，热稳定性好。用这种材料制作的薄壁化学实验器皿，可从1000℃左右高温炉中取出置于室温空气中而不裂。以Al2O3和SiO2为主要组份制作耐热锅在国内外早有成功的实践：有以合成莫来石质熟料制作，有以高岭土为主要原料进行配制一次烧成的。其主要矿物成份是莫来石，其次是液相，避免游离石英的存在。这种制品在1300℃左右烧成，吸水率为零。材料的热膨胀系数在4×10-6/℃左右，与前述材料相比显然是高了不少。但其强度较高、结构致密、膨胀均匀，能够抵抗在合理使用条件下产生的应力而不破坏。实践证明长期使用坯釉都不开裂，不吸油污一洗如新。
从材料学科的研究实践表明，对材料性能的要求往往是相互矛盾的，顾此会失彼，难以十全十美。因此只能抓住主要性能指标而适当兼顾其他性能，使制品在合理使用条件下安全可靠。陶瓷耐热锅是适应人们煨炖食物的烹饪习俗而延续发展的，在煎炒甚至于烧方面难以取代金属制品的功能，也似无此必要。因为实在陶瓷制品的膨胀系数很难达到零。材料的强度或弹性也不及金属。除非是吸水性很强的生烧坯件，否则就不能可靠地使用。有的厂商将自己的产品说成样样皆宜的全能产品似不够确切。此外对陶瓷耐热锅性能考核似无统一标准，试验方法也不相同。因此科学地认识产品性能，合理制定产品标准和试验方法也是必要的。
低膨胀陶瓷还有其他十分广泛的用途，恰当地利用它去取代一些烧成温度高、价格昂贵又容易损坏的材料，对节约国家宝贵资源和能源有重要价值。
