硅灰石在日用陶瓷坯体中的应用研究

谭训彦

（景德镇陶瓷学院，江西景德镇333000）

0前言

陶瓷工业中采用硅灰石是二十世纪五十年代以后的事，欧美一些国家的陶瓷工作者发现硅灰石是制造快烧釉面砖的好原料[1]。二十世纪八十年代王淑英等[2～3]专门进行了硅灰石制瓷的研究，杨子初等[4]于1990年申请了硅灰石质瓷的专利，李晓琴等[5]、黄惠宁等[6]、余少华[7]和罗日军[8]都研究了硅灰石在日用陶瓷坯体中的应用，发现硅灰石有利于降低坯体的烧成温度、提高成瓷坯体的抗折强度。但是，所研制的坯体烧成温度一般都在1200℃以上，烧成时间则在7.5小时以上。随着全世界能源危机越来越严重，节能降耗是陶瓷工业面临的紧迫问题。因此，研制低温快烧的日用陶瓷符合市场需求。

1 实验

1.1 原料

实验所用原料的化学组成见表1。

1.2 工艺流程

实验工艺流程与一般制备陶瓷制品的过程基本一样，即：原料→称量→球磨→注浆成型→脱模→干燥→修坯→补水→施釉→干燥→烧成。

实验中选用了三个最高烧成温度：1100℃、1120℃和1150℃，还选用了三个保温时间：20分钟、40分钟和60分钟，以确定最佳的烧成温度和保温时间。烧成制度为：室温升至最高烧成温度，用时150分钟；然后在最高烧成温度保温拟定的时间；最后自然降温至室温。

1.3 坯体配方设计

表1 原料化学组成Tab.1 Chem ical com position of raw material

1.3.1 第一次正交实验

根据初步试验结果，选定了8～10种原料，在其中选了4种作为正交实验的4个因素，每个因素取3个水平，见表2。正交表选用L9（34）。

表2 因素及水平Tab.2 Factors and levels

表3 因素及水平Tab.3 Factors and levels

图1 第一次正交实验结果分析Fig.1 Analysis of first experiment result

图2 第二次正交实验结果分析Fig.2 Analysis of second experiment result

其它原料为：膨润土、龙岩高岭、大同土、硅灰石和硼钙石，用量均固定不变。

1.3.2 第二次正交实验

根据第一次正交实验的结果，第二次正交实验仍然选择4个因素，3个水平，见表3。

其它原料为：膨润土、龙岩高岭、大同土、硅灰石、黑滑石和硼钙石，用量均固定不变。

1.3.3 石英用量的单因素实验

根据第二次正交试验得到的最优配方，做石英用量的单因素实验，用量范围为13％～23％。

1.4 测试

采用吸红法粗略测定坯体烧成后的烧结致密程度；采用上海昕瑞WSB-2A白度计测定坯体烧成后的白度。

2 结果与分析

2.1 正交实验结果分析

2.1.1 第一次正交实验结果分析（见图1）。

图1中的“得分”是以坯体烧成后的烧结程度和平整度为准，得分高者表示坯体烧结程度高且平整，表明烧成质量好；反之，得分低者表示坯体烧结程度低且不平整，表明烧成质量差。从图1可以看到，4个因素对坯体烧成质量的影响顺序是：锂瓷石＞石英＞钾长石=黑滑石。

（1）钾长石含量越高，坯体的质量越好，以25时为最好。应进一步探索钾长石含量更高的情况。

（2）石英含量越高，坯体的质量越好，以10时为最好。应进一步探索石英含量更高的情况。

表4 石英用量对坯体烧成质量的影响Tab.4 The influence of quartz on fired body

（3）锂瓷石含量越高，坯体的质量越好，以20时为最好。应进一步探索锂瓷石含量更高的情况。

（4）黑滑石含量越低，坯体的质量越好，以3时为最好。2.1.2第二次正交实验结果分析

与第一次正交实验结果分析方法相同，得到4个因素对坯体烧成质量的影响顺序是：锂瓷石＞石英＞钾长石＞玻璃粉。钾长石的量以30最好，石英以20最好，锂瓷石以25最好，玻璃粉以5最好。如图2所示。

2.2 单因素实验结果分析

单独改变石英在坯料配方中的用量对坯体烧成质量的影响见表4。从表4中可以看到，石英用量对坯体质量影响不大。

2.3 烧成温度对坯体烧结的影响

将第二次正交实验的试样分别在1100℃、1120℃、1150℃下烧成，保温时间均为40分钟，得到以下结果。

在1100℃烧成下的坯体变形严重，四角朝上，滴水在坯体表面，水分迅速被吸收，说明坯体未能完全烧结。在1150℃烧成下的坯体虽然烧结程度良好，但全部都有过烧现象，坯体中央因软化而塌陷。而在1120℃烧成的坯体中，虽然有个别坯体未烧结，但整体效果比另外两个温度下烧成的效果好。故将坯体最合适的烧成温度定为1120℃，烧成温度范围约为1110℃～1130℃。

表5 保温时间对坯体烧成质量的影响Tab.5 The influence of soaking time on fired body

2.4 保温时间对坯体烧结的影响

在1120℃的烧成温度下，改变保温时间对坯体烧成质量的影响见表5。

保温时间40分钟和60分钟时得到的坯体，在规整度、烧结程度、吸水率方面都十分相近。根据低温快烧的要求，由表5可知，保温时间为40分钟时比较合适。

3 结论

（1）在日用瓷坯体中加入较多的硅灰石，同时调整锂瓷石、钾长石、黑滑石、石英和玻璃粉等原料的用量，可以制备出低温快烧的日用瓷。

（2）最终确定的烧成工艺参数为烧成温度1120℃±10℃，保温时间40分钟，烧成总时间190分钟。

1广东化工学院陶瓷教研组.用硅灰石制造陶瓷.陶瓷，1975，（6）：33～38

2王淑英，程秀兰.硅灰石制瓷研究.陶瓷研究与职业教育，1986，（1）：19～26

3王淑英，程秀兰.硅灰石制瓷研究（续）.陶瓷研究与职业教育，1986，（2）：3～7

4杨子初，冯波，谢晓静.高透光度的硅灰石质瓷.申请号90105537.9，1990

5李晓琴，孙传敏.硅灰石质瓷质坯体焙烧过程物相变化研究.非金属矿，1999，22（1）：12～13

6黄惠宁，胡锦寰，王平芳.锂云母-高岭石-石英-硅灰石低温日用瓷研究.陶瓷工程，2000，34（1）：19～22

7余少华.硅灰石降低日用细瓷烧成温度的研究.景德镇陶瓷，2000，10（4）：1～4

8罗日军.硅灰石在高温日用细瓷坯体中的应用.陶瓷，2003，（6）：49～50