低温快烧陶瓷原料的研究

低温快烧陶瓷原料的研究

目前，利用科技快速燃烧陶瓷的原料包括叶蜡石、硅灰石、透辉石、透闪石、霞石正长岩和慈惠石。他们具有低温快烧原料的独特性能,即干燥收缩和烧成收缩小;热膨胀系数小,随温度变化呈直线关系;导热性能好,烧成时能迅速进行物理、化学变化;在烧成中易引起体积变化的游离石英等矿物含量少;有害杂质含量少,灼减量少;熔融性能强,高温粘度低,但又不大幅度降低烧成范围。下面简单介绍一下这几种原料的性能。1坯体及石英叶蜡石是一种生产瓷质砖的优质原料,它的特点是:坯体强度高、白度高;坯体尺寸收缩变化小,在较宽的烧成范围内依然保持原来的坯体尺寸;烧失量小,烧成过程中坯体产生开裂的可能性小;坯体中微细莫来石晶体多,无定形石英含量少,方石英大量存在,提高坯体耐高温荷重能力,扩大烧成范围;湿膨胀小,热稳定性好。叶蜡石的化学式:Al2O3·SiO2·H2O,理论组成为Al2O328.3%,SiO266.7%,H2O5%。生产上使用的叶蜡石都不是纯叶蜡石,而是由几种矿物组成的结合体。叶蜡石矿物一般分为4类:高岭石-叶蜡石,水铝石-叶蜡石,石英-叶蜡石,叶蜡石质蜡石。各种蜡石的性能如表1所示。我国的叶蜡石资源主要分布在东南沿海的火山岩发育地区,尤以浙江省、福建省矿点最多。如浙江温州藤桥渡、平阳县南雁荡山、青田县山口、上虞市梁岙等;福建的寿山、峨媚,福清县东仔、闽清县白中、莆田县的广宫等。目前生产厂家使用最多的青田叶蜡石。2硅灰石的生产硅灰石的化学式为:CaSiO3,理论组成为CaO48.25%,SiO251.75%。硅灰石外观呈灰白色,有玻璃光泽,单晶呈板状或片状,但其集合体则为纤维状或束状,密度为2.8～2.9g/cm3,莫氏硬度4.5～5.0,熔点1540℃。硅灰石矿物有3种晶型,其中两种为低温型态,即β-硅灰石(三斜晶系)和副硅灰石(单斜晶系,较少见);另一种为高温型态,即α-硅灰石。低温硅灰石在1120℃左右可转变为高温型硅灰石,但转变非常缓慢,陶瓷生产上使用的硅灰石原料都是β-硅灰石晶型。我国有丰富的硅灰石资源,具有工业价值的硅灰石矿床主要有接触变质矽卡岩型和大理岩型硅灰石矿床。主要产地有:吉林梨树大顶山、四平、盘石,辽宁铁法,河北武安、迁西,湖北大冶小箕铺,湖南长宁,福建漳州、南平,江西上高、月光山,安徽铜陵,浙江长兴,江苏江宁、漂阳,新疆哈密,青海都兰,内蒙古巴林旗,云南藤冲,黑龙江密山、龙江等。在所有探明的储量中,吉林硅灰石占全国总量的44.7%,主要分布于梨树、盘石一带。硅灰石坯体的特点:硅灰石针状晶体提供了水分排除的快速通道,可加速干燥速度;干燥收缩小,烧成过程中不产生气体,对改进素坯结构、提高釉面质量有利,适合一次烧成;碱金属含量少,坯体吸湿膨胀小,不易龟裂;坯体受热膨胀(其膨胀系数为6.7×10-6/℃)与温度呈直线关系,适合快烧;硅灰石矿物含有少量的石榴石和透辉石,在烧成过程中可起矿化剂作用促进化学反应,形成低粘度的玻璃相,并促进坯釉中间层的发育;烧成收缩小,烧成过程不易变形。硅灰石的膨胀曲线、差热分析曲线分别见图1、图2。3常用透辉石透辉石的化学式为CaMgSi2O6,理论化学组成为CaO25.9%,MgO18.5%,SiO255.6%,是同时含钙、镁的硅酸盐矿物,属链状结构的硅酸盐,硬度5.5～6,密度3.27～3.48g/cm3。透辉石无晶型转变,纯透辉石熔融温度为1391℃。透辉石常伴生有硅灰石、石榴石、镁橄榄石、石英、透闪石、方解石、绿泥石等矿物,常含有铁、锰等杂质。由于矿藏成因不同,矿物组成略有不同,透辉石含量占90～94%。我国有丰富的透辉石资源,主要产地有:山东烟台的福山和蓬莱,山东青岛的平度和莱西,河北的迁西,湖北的宜昌,黑龙江的鸡西和林口,江西的新余,福建的浦田,辽宁的辽阳和建平,湖南的冷水江等等。表2列出了几种常用透辉石的化学组成。透辉石的特点:降低烧成温度,在坯体中加入透辉石可降低烧成温度150～200℃;有利于坯体快速干燥;可缩短烧成周期,进行快速烧成和快速冷却;减少烧成收缩;提高产品的机械强度;产品的热稳定性好;热膨胀系数小,250～800℃时为7.5×10-6/℃。透辉石的差热分析曲线、热膨胀曲线分别见图3、图4。4矿物共生,聚合物烧失量高透闪石的化学式为2CaO·5MgO·8SiO2·H2O。理论化学组成为:CaO13.8%,MgO24.6%,SiO258.8%,H2O2.8%。透闪石属于接触变质矿物,常与石灰石、滑石、白云石等矿物共生,矿物烧失量较高。透闪石属单斜晶系,晶体呈长柱状、针状,有时呈毛发状,集合体常呈柱状、放射状或纤维状,透闪石外观呈灰白或白色,硬度5.0～6.0,密度3.0g/cm3左右。表3列出了常见透闪石的化学组成。透闪石的产地主要有:江西的萍乡、辽宁的蚰岩,吉林的江源等。透闪石属于双链硅酸盐结构,具有与硅灰石相似的纤维状、放射状结晶集合体。作坯料使用,坯体的强度高,干燥性能好,烧成收缩小,热膨胀系数小(5.82×10-6/℃),且质地轻,比重小。由于透闪石原矿与滑石共生,还夹杂白云石,导致坯体烧成范围窄小,形成分层缺陷的可能性增加,用透闪石作坯料时,要限制透闪石在配方中的比例。5化学组分及含量霞石正长岩的矿物主要是长石类(正长石、微斜长石、钠长石)和霞石(Na,K)AlSiO4的固溶体。霞石以不规则的粒状或晶体存在于岩石里,外观呈浅灰绿色或浅褐色,有脂肪光泽。氧化钾和氧化钠的含量约14～19%,氧化铝的含量也高于长石。它在1060℃左右开始熔融,在1150～1200℃范围内完全熔融。它几乎不含游离石英,在高温下能溶解石英,故其熔融后的粘度较高。用霞石正长岩作熔剂生产的瓷质砖,高温烧成时不易变形,热稳定性好,机械强度高。将霞石正长岩与适量其它熔剂如珍珠岩、滑石等混合使用,不但能扩大其烧结范围,而且能达到理想的熔融及降低温度的效果。在国外,前苏联和美国采用霞石正长岩作为陶瓷坯体的原料。霞石正长岩的化学成分见表4。我国有丰富的霞石正长岩资源,霞石正长岩很少单独产出,多与其它碱性杂岩一起构成碱性杂岩体。主要产地有:吉林的桦甸,辽宁的凤城,河南的安阳,四川的宁南、会理、南江,云南的个旧、永平,安徽的六安,河北的阳原,湖北的随州,山西的临县等等。6锂辉石在瓷质砖中的应用锂辉石的化学式为LiAl(SiO3)2,锂辉石晶体粗大,常呈长柱状,集合体常呈板柱状和致密块状,颜色为浅灰白色,常带浅绿和黄绿等色调,硬度6.5～7.0,密度3.13～3.2g/cm3。锂辉石是一种性能超群的熔剂,其溶解石英的能力比含钾钠矿物强很多,还可以抑制石英的晶型转变,有助于在更低的温度下生成莫来石,从而提高坯体强度。用锂辉石和钾长石(或钠长石)制成的坯料比只用长石的坯料吸水率低,烧成温度降低而强度提高。据试验,在坯料中加入2%的锂辉石可降低烧成温度30～40℃,加入锂辉石后,瓷质砖的热膨胀系数降低,提高了瓷质砖的热稳定性,同时增加了坯体的抗变形能力