堇青石_莫来石复相陶瓷制备

1、第40卷第6期2008年12月西安建筑科技大学学报(自然科学版 J 1Xi an U niv. of Arch. &Tech. (Natural Science Edition Vol. 40No. 6Dec. 2008堇青石2莫来石复相陶瓷制备马林1,2, 吕戌生1, 薛娜1, 刘民生1(1. 西安建筑科技大学材料科学与工程学院, 陕西西安710055;2. 西部建筑科技国家重点实验室(筹 , 陕西西安710055摘要:以MgO 2Al 2O 32SiO 2三元相图为依据, 2计, 并在高温下合成制备了堇青石2莫来石复相陶瓷材料. 响. 试验结果表明:配料一的试样性能较好, 关键词:

2、堇青石; 莫来石; 中图分类号:100627930(2008 0620756203, 结构中有较大空隙. 当质点受热时, 可向空隙处振动, 故堇青石质窑具有热膨胀系数小和热震稳定性优异的特点122. 莫来石材料耐火度高, 高温稳定性好. 这使得堇青石2莫来石材料具有优良的抗热震性和较好的高温性能3. 窑具是烧成工序中用于支承和保护陶瓷产品的耐火材料, 对陶瓷制品的质量和能耗有着极其重要的影响4, 目前国内外高档陶瓷窑具趋向于采用堇青石2莫来石复相陶瓷材料. 本次实验旨在采用不同原料制备堇青石2莫来石复相陶瓷材料, 并对试样性能进行比较研究.1实验1. 1组成根据MgO 2Al 2O 32SiO

3、 2三元相图, 在M 2A 2S 52A 3S 2连线上选取了堇青石相理论生成量分别为20%、50%、80%三个组成作为原始配料组成点.1. 2原料表1原料的化学组成(wt. %Tab. 1Chemical compositions of raw materials (wt. %采用滑石、碳酸镁、苏州土、工业氧化铝等细粉原料进行一步合成制备堇青石2莫来石复相陶瓷材料实Raw materialsTalc MgO 32. 25Al 2O 30. 317SiO 262. 77验. 各原料主要化学组成如表1所示. Magnesium carbonate 411. 3制样Suzhou clay 0. 6

4、336. 546. 35根据原料及组成点的理论组成计算出各个配方Industrial alummina 99. 5所需实际原料, 其中, 配料一:滑石、苏州土、工业氧化铝, 制备A 、B 、C 三种试样; 配料二:碳酸镁、苏州土、工业氧化铝, 制备D 、E 、F 三种试样. 各个试样中堇青石、莫来石理论生成比为:A、D (14 ,B 、E (11 ,C 、F (41 . 采用半干法压制成型, 成型压力为100M Pa , 试样尺寸为:15mm ×15mm ×100mm. 将压好的试样放入干燥箱中110干燥24h.1. 4烧成要使堇青石2莫来石复相陶瓷材料中堇青石和莫来石的生

5、成量接近理论值, 合成温度应在13801420之间. 温度过低, 堇青石的生成量较少; 温度过高, 堇青石则会分解为莫来石和玻璃相526. 本次实验以5/min 的升温速度加热至最高烧成温度1390, 保温2h 后自然冷却到室温.3收稿日期:2008208224修改稿日期:2008210220作者简介:马林(19592 , 男, 河北肃宁人, 副教授, 主要从事无机非金属材料科学与工程教学和研究工作.第6期马林等:堇青石2莫来石复相陶瓷制备7572实验结果与分析2. 1实验结果表21390烧成后试样的物理性能Tab. 2Physical properties of t he sample he

6、ated at 1390AFlexural strength/MPaCompressive strength/MPaBulk density /g cm -3Apparent porosity/%38. 82242. 1329. 7B 38. 12562. 1822. 4C 35. 12782. 1322. 9D 25. 11111. 9833. 6E 5. 7841. 881F 3. 41051. 7933. 42. 2试样的显气孔率从表2可以看出, , . 这可能是因为堇青石晶体形成温度低, , . 另外, 配料一. 表明配料二试样中引入的碳酸镁对试样有较强的增孔作用.2. 3试样的体积密

7、度从表2可以看出, 配料一的体积密度明显较配料二高. 主要原因在于两种配料选用了不同的原料. 配料一中的氧化镁主要来自滑石, 配料二的氧化镁来自碳酸镁粉料. 但是碳酸镁粉料密度较低、结构疏松, 容易导致试样成型不够致密, 以及烧后试样的气孔率增加, 体积密度降低.2. 4试样的抗折强度从表2可看出试样抗折强度随堇青石含量的增多而呈降低的趋势, 这可能是随着基质中堇青石相含量增多, 莫来石相含量减少, 抗拉强度较大的纤维状或柱状结构莫来石不能很好地形成网络状或镶嵌结构, 导致试样抗折强度降低. 另外, 配料二试样的抗折强度明显低于配料一试样的抗折强度, 这可能是随着堇青石生成量的增多, 配料二试

8、样需要引入更多的作为MgO 载体的碳酸镁粉料, 因而导致配料二试样体积密度降低、气孔率增大、抗折强度降低.2. 5试样的耐压强度本次实验所有试样的耐压强度均较高, 表明试样的烧结情况良好, 这可能是采用细粉原料以及堇青石的液相烧结, 促进了试样的致密化. 另外, 从两组配料的对比可明显看出配料二试样的耐压强度相对较低. 这可能是配料二试样中引入的作为MgO 载体的碳酸镁粉料的增孔作用, 导致配料二试样的气孔率增大、体积密度降低、耐压强度降低.3结论(1 配料一试样的各项性能均优于配料二试样的性能. 抗折强度最高达38. 8M Pa , 耐压强度最高达278M Pa.(2 各配料试样中, 生成的

9、莫来石含量增加, 试样的抗折强度增大; 生成的堇青石含量增加, 试样的耐压强度增大. 综合考虑, 试样中理论生成的堇青石含量以不超过50%为宜.(3 用细粉原料直接合成制备堇青石2莫来石复相陶瓷材料时, 结构松散的细粉可能造成成型坯体不够致密, 粉料间的密度差异可能导致原料混合不够均匀, 从而影响试样性能.参考文献R eferences 1F. A. Costa Oliveira ,Mechanical and thermal behaviour of cordierite 2zirconia compositeJ.Ceramics International ,758西安建筑科技大学学报(自

10、然科学版 第40卷2002,28:79291.2GROS J EAN P. Chlorite and chlorite 2rich talcs in cordierite J.Inter 2ceram ,1995,44(6 :4112414.3鲁兵, 方昌荣, 王周福, 等. 窑具材料的研究现状及发展趋势J.耐火材料,2007,41(2 :1322136.L U Bing , FAN G Chang 2rong , WAN G Zhou 2f u , et al. Present research status and prospect of kiln furnitures J.Naihuo

11、Cailiao ,2007,41(2 :1322136.4贺海洋, 曾令可. 莫来石2堇青石窑具的现状与发展前景J.耐火材料,1999,33(2 :107.H E Hai 2yang , ZEN G Ling 2ke. Current situation and developing prospects of mullite 2cordierite kiln f urniture J.Naihuo Cailiao ,1999,33(2 :107.5贾江议, 曹贞源. 莫来石2堇青石陶瓷窑具材料的性能及显微结构J.耐火材料,2004,38(4 :2582260.J IA Jiang 2yi ,

12、CAO Zhen 2yuan. Property and microstructure of 2cordierite urniture J.Naihuo Cailiao ,2004,38(4 :2582260.6张颖, 张军战, 蒋明学1:自然科学版,2005,37(1 :1382140.ZHAN G Ming of burning temperatures on aluminafiber reinforced andalusite .an Univ. of Arch. &Tech. (Natural Science Edition ,2005,37(1 :1382140.Prepar

13、ation of cordierite 2mullite composite ceramicsM A L i n 1, 2, L V X u 2sheng , X U E N a , L I U M i n 2shen g 111(1. School of Material Sci. and Eng. , Xi an Univ. of Arch. &Tech. , Xi an , 710055, China ;2. State Key Laboratory of Architecture Science and Technology in West China (XAUA T , Xi

14、 an 710055,China Abstract :In this paper , cordierite 2mullite composite ceramics were prepared in high temperature by using different raw materials , whose compositions were designed on the basis of MgO 2Al 2O 32SiO 2phase diagram. Effects of different raw materials and cordierite content on the perfo