利用硅灰石降低日用陶瓷燒成溫度的研究

黎 明 蔣述興 李 龍 閆 芳

摘要 本文研究了利用硅灰石降低日用陶瓷燒成溫度的可能性。以普通陶瓷坯料為基體,外加不同粒度的硅灰石并調(diào)整硅灰石的摻加量,經(jīng)干壓成形制備坯體,干燥后分別在1250℃、1200℃、1150℃燒結(jié)。通過測定吸水率、電子掃描電鏡觀察表面(斷面)形貌確定其燒結(jié)程度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在1200℃時(shí),加入5% 325目硅灰石燒結(jié)程度明顯提高。

關(guān)鍵詞 硅灰石;燒成溫度;日用陶瓷

1前 言

我國硅灰石成礦條件好,礦體規(guī)模大、純度高,礦石富而不雜,硅灰石含礦率達(dá)50%～90%,易于露天開采[1]。硅灰石在陶瓷工業(yè)具有廣泛的應(yīng)用,在坯料中加入一定量的硅灰石,可起助熔作用,降低坯體的燒結(jié)溫度;由于硅灰石本身不含有機(jī)物和結(jié)構(gòu)水,而且干燥收縮和燒成收縮都很小,其膨脹系數(shù)也小,因此適宜于快速燒成[2]。在陶瓷生產(chǎn)中,燒成溫度越高,燒成時(shí)間越長,能耗就越高。據(jù)熱平衡計(jì)算,燒成溫度每降低100℃,則單位產(chǎn)品熱耗可降低10%以上;燒成時(shí)間每縮短10%,則產(chǎn)量增加10%,熱耗降低4%[3]。因此,降低燒成溫度對節(jié)能降耗具有非常重大的意義。本實(shí)驗(yàn)以硅灰石作助熔劑,研究硅灰石加入量及其粒度對降低燒成溫度的影響。

2實(shí) 驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)原料

桂林資源安踏陶瓷廠的陶瓷坯料,其化學(xué)組成見表1;硅灰石為廣西桂林平樂縣硅灰石廠生產(chǎn),主要含CaO、SiO2,化學(xué)組成為:SiO2 43%～52%;CaO 42%～48%。

2.2 主要儀器與設(shè)備

托盤天平、電子分析天平、混料球磨機(jī)、電熱真空干燥箱、粉末壓片機(jī)、掃描電子顯微鏡。

2.3 樣品制備

在陶瓷坯料中外加不同粒度的硅灰石,并調(diào)整其摻加量,經(jīng)成形、干燥后分別于1150℃、1200℃和1250℃煅燒,保溫2h 后冷卻至室溫,得到實(shí)驗(yàn)樣品。實(shí)驗(yàn)方案見表2,實(shí)驗(yàn)工藝流程如圖1所示。

2.4 性能測試與表征

根據(jù)阿基米德原理測定樣品的吸水率;利用SM-5610LV 型掃描電子顯微鏡(SEM)觀測樣品斷面的顯微結(jié)構(gòu)。

3結(jié)果與討論

3.1 煅燒溫度對試樣燒結(jié)性能的影響

(1) 將#1、#2號樣品在1250℃進(jìn)行煅燒,測得吸水率均小于0.01%。

#1、#2樣品經(jīng)1250℃煅燒后的斷面形貌圖見圖2。

由#1、#2樣品吸水率測試結(jié)果分析可知,兩者吸水率均在0.01%以下,表明均已完全燒結(jié);仔細(xì)觀察圖2中#1、#2樣品的斷面形貌SEM圖,發(fā)現(xiàn)#2樣品氣孔率更低,結(jié)構(gòu)更加致密,燒結(jié)程度高于#1樣品,說明添加5%的325目硅灰石可以促進(jìn)燒結(jié)。

(2) 將#1、#2樣品在1200℃煅燒后,測得吸水率為:

#1樣品:0.1768% ; #2樣品:0.0118%。從吸水率看出,兩者均達(dá)到燒結(jié)狀態(tài)。相比于#1樣品,#2樣品的吸水率更低,說明其燒結(jié)程度更高,進(jìn)一步說明硅灰石可以降低燒成溫度。

分析二者的斷面形貌圖(圖3),經(jīng)1200℃煅燒后的#2樣品,氣孔明顯比#1樣品少且孔徑較小,這與吸水率的測試結(jié)果相一致。

(3) 將#1、#2樣品在1150℃煅燒后,其斷面形貌SEM圖如圖4所示。

由圖可見,#1、#2樣品在1150℃煅燒后,兩者均疏松多孔,致密化程度較差,但從圖中仍可看出,#2樣品的燒結(jié)優(yōu)于#1樣品。

以上分析說明,在陶瓷坯體中加入一定量的硅灰石能起到促進(jìn)燒結(jié)的作用,對本實(shí)驗(yàn)所采用的陶瓷坯體,加入5%粒度為325目的硅灰石可降低燒成溫度30～40℃,經(jīng)1200℃煅燒后可得到燒結(jié)良好的樣品。

3.2 硅灰石粒度對燒成溫度的影響

對比#2樣品(摻加325目硅灰石5%)與#4樣品(摻加270目硅灰石5%)經(jīng)1200℃煅燒后的SEM圖(圖5),可發(fā)現(xiàn)#2樣品結(jié)構(gòu)更致密,燒結(jié)程度較高,這與其吸水率測定結(jié)果相一致(#2樣品吸水率為0.0118%,小于#4樣品吸水率0.0475%),表明在一定范圍內(nèi),加入的硅灰石粒度越細(xì),越促進(jìn)燒結(jié)。

3.3 硅灰石摻加量對燒成溫度的影響

將#3、#4樣品在1200℃煅燒后,測得其吸水率如下:

#3樣品:0.1224% ;#4樣品:0.0475%。

上述吸水率數(shù)據(jù)表明:經(jīng)1200℃煅燒后,添加了5%的270目硅灰石的陶瓷樣品(#4),比摻加了2%的270目硅灰石的陶瓷樣品(#3)具有更低的吸水率,這與兩者的電子掃描電鏡分析結(jié)果也是一致的(見圖6):#3樣品出現(xiàn)了個(gè)別大的孔洞及若干小的孔洞,而#4樣品結(jié)構(gòu)更為致密,這說明適當(dāng)提高硅灰石的摻加量,有利于促進(jìn)燒結(jié)。

4 結(jié) 論

(1) 對本實(shí)驗(yàn)所采用的陶瓷坯體,加入5%粒度為325目的硅灰石可降低燒成溫度30～40℃,經(jīng)1200℃煅燒后可得到燒結(jié)良好的樣品。

(2) 硅灰石確有降低燒成溫度的作用,而且在一定范圍內(nèi)細(xì)化粒度、提高添加量其助熔作用越大。

參考文獻(xiàn)

[1] 王煥磊.我國硅灰石的生產(chǎn)應(yīng)用及深加工現(xiàn)狀[J].中國非金

屬礦工業(yè)導(dǎo)刊,2005,(5):14.

[2] 余少華.硅灰石降低日用細(xì)瓷燒成溫度的研究[J].景德鎮(zhèn)陶

瓷,2006,10(4):1.

[3] 林衡,饒平根,呂明.日用陶瓷低溫快燒技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀[J].

佛山陶瓷,2008,(9):39.

Using Wollastonite to Decrease Firing Temperature of Table Ware

Li Ming Jiang ShuxingLi LongYan Fang

(1 Key Laboratory of Nonferrous Materials and New Processing Technology of the Ministry of EducationGuilin Guangxi 541004

2 Department of Materials and Chemical Engineering, Guilin University of TechnologGuilinGuangxi541004)

Abstract: Flux effect of Wollastonite on table ware was researched in this paper.Samples were prepared by adding wollastonite in different particle sizes to ceramic bodies with different additive quantity.This bodies were sistered at 1250℃,1200℃ and 1150℃ after pressing. The analysis results of water absorption and microsturcture of the samples showed that ceramic bodies with five percent wollastonite in 325 mesh sistered at 1200℃ could achieve good density.

Keywords: wollastonite;sintering temperature;table ware