利用硅灰石降低日用陶瓷烧成温度的研究

黎 明 蒋述兴 李 龙 闫 芳

摘要 本文研究了利用硅灰石降低日用陶瓷烧成温度的可能性。以普通陶瓷坯料为基体,外加不同粒度的硅灰石并调整硅灰石的掺加量,经干压成形制备坯体,干燥后分别在1250℃、1200℃、1150℃烧结。通过测定吸水率、电子扫描电镜观察表面(断面)形貌确定其烧结程度。实验结果表明在1200℃时,加入5% 325目硅灰石烧结程度明显提高。

关键词 硅灰石;烧成温度;日用陶瓷

1前 言

我国硅灰石成矿条件好,矿体规模大、纯度高,矿石富而不杂,硅灰石含矿率达50%～90%,易于露天开采[1]。硅灰石在陶瓷工业具有广泛的应用,在坯料中加入一定量的硅灰石,可起助熔作用,降低坯体的烧结温度;由于硅灰石本身不含有机物和结构水,而且干燥收缩和烧成收缩都很小,其膨胀系数也小,因此适宜于快速烧成[2]。在陶瓷生产中,烧成温度越高,烧成时间越长,能耗就越高。据热平衡计算,烧成温度每降低100℃,则单位产品热耗可降低10%以上;烧成时间每缩短10%,则产量增加10%,热耗降低4%[3]。因此,降低烧成温度对节能降耗具有非常重大的意义。本实验以硅灰石作助熔剂,研究硅灰石加入量及其粒度对降低烧成温度的影响。

2实 验

2.1 实验原料

桂林资源安踏陶瓷厂的陶瓷坯料,其化学组成见表1;硅灰石为广西桂林平乐县硅灰石厂生产,主要含CaO、SiO2,化学组成为:SiO2 43%～52%;CaO 42%～48%。

2.2 主要仪器与设备

托盘天平、电子分析天平、混料球磨机、电热真空干燥箱、粉末压片机、扫描电子显微镜。

2.3 样品制备

在陶瓷坯料中外加不同粒度的硅灰石,并调整其掺加量,经成形、干燥后分别于1150℃、1200℃和1250℃煅烧,保温2h 后冷却至室温,得到实验样品。实验方案见表2,实验工艺流程如图1所示。

2.4 性能测试与表征

根据阿基米德原理测定样品的吸水率;利用SM-5610LV 型扫描电子显微镜(SEM)观测样品断面的显微结构。

3结果与讨论

3.1 煅烧温度对试样烧结性能的影响

(1) 将#1、#2号样品在1250℃进行煅烧,测得吸水率均小于0.01%。

#1、#2样品经1250℃煅烧后的断面形貌图见图2。

由#1、#2样品吸水率测试结果分析可知,两者吸水率均在0.01%以下,表明均已完全烧结;仔细观察图2中#1、#2样品的断面形貌SEM图,发现#2样品气孔率更低,结构更加致密,烧结程度高于#1样品,说明添加5%的325目硅灰石可以促进烧结。

(2) 将#1、#2样品在1200℃煅烧后,测得吸水率为:

#1样品:0.1768% ; #2样品:0.0118%。从吸水率看出,两者均达到烧结状态。相比于#1样品,#2样品的吸水率更低,说明其烧结程度更高,进一步说明硅灰石可以降低烧成温度。

分析二者的断面形貌图(图3),经1200℃煅烧后的#2样品,气孔明显比#1样品少且孔径较小,这与吸水率的测试结果相一致。

(3) 将#1、#2样品在1150℃煅烧后,其断面形貌SEM图如图4所示。

由图可见,#1、#2样品在1150℃煅烧后,两者均疏松多孔,致密化程度较差,但从图中仍可看出,#2样品的烧结优于#1样品。

以上分析说明,在陶瓷坯体中加入一定量的硅灰石能起到促进烧结的作用,对本实验所采用的陶瓷坯体,加入5%粒度为325目的硅灰石可降低烧成温度30～40℃,经1200℃煅烧后可得到烧结良好的样品。

3.2 硅灰石粒度对烧成温度的影响

对比#2样品(掺加325目硅灰石5%)与#4样品(掺加270目硅灰石5%)经1200℃煅烧后的SEM图(图5),可发现#2样品结构更致密,烧结程度较高,这与其吸水率测定结果相一致(#2样品吸水率为0.0118%,小于#4样品吸水率0.0475%),表明在一定范围内,加入的硅灰石粒度越细,越促进烧结。

3.3 硅灰石掺加量对烧成温度的影响

将#3、#4样品在1200℃煅烧后,测得其吸水率如下:

#3样品:0.1224% ;#4样品:0.0475%。

上述吸水率数据表明:经1200℃煅烧后,添加了5%的270目硅灰石的陶瓷样品(#4),比掺加了2%的270目硅灰石的陶瓷样品(#3)具有更低的吸水率,这与两者的电子扫描电镜分析结果也是一致的(见图6):#3样品出现了个别大的孔洞及若干小的孔洞,而#4样品结构更为致密,这说明适当提高硅灰石的掺加量,有利于促进烧结。

4 结 论

(1) 对本实验所采用的陶瓷坯体,加入5%粒度为325目的硅灰石可降低烧成温度30～40℃,经1200℃煅烧后可得到烧结良好的样品。

(2) 硅灰石确有降低烧成温度的作用,而且在一定范围内细化粒度、提高添加量其助熔作用越大。

参考文献

[1] 王焕磊.我国硅灰石的生产应用及深加工现状[J].中国非金

属矿工业导刊,2005,(5):14.

[2] 余少华.硅灰石降低日用细瓷烧成温度的研究[J].景德镇陶

瓷,2006,10(4):1.

[3] 林衡,饶平根,吕明.日用陶瓷低温快烧技术的发展现状[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