煅烧铝矾土含量对陶瓷薄板坯体膨胀系数的影响*

时间：2024-07-28

王贤超华泽金刘春江王飞

(蒙娜丽莎集团股份有限公司广东佛山 528211)

对于有釉的陶瓷产品来说,变形主要来自2个方面:①由于坯、釉的热膨胀系数匹配不合理而产生的上翘、龟背变形;②由于生产工艺控制不当造成的变形,这里主要指烧成工艺控制不当引起的变形[1]。

在热膨胀系数匹配方面,陶瓷坯体成分特点是硅饱和,石英的热膨胀系数较高,可达到(10～12)×10-6/℃,增加二氧化硅含量将提高陶瓷坯体的热膨胀系数[2]。氧化铝成分物相含量的增加可明显降低陶瓷坯体的热膨胀系数,这与氧化铝在陶瓷坯体中的存在状态有关。氧化铝在陶瓷坯体中有两种主要的存在状态:一种是莫来石,它的线膨胀系数较小,为4.5×10-6/℃;另一种是长石类,线膨胀系数也较小,例如钙长石的线膨胀系数为6.36×10-6/℃,钠长石的线膨胀系数为7.4×10-6/℃,钾长石的线膨胀系数为7.5×10-6/℃。所以在陶瓷坯体中增加氧化铝含量来降低陶瓷坯体的热膨胀系数,特别是氧化铝转化为莫来石相时,其作用更为明显[3]。含有K2O 和Na2O 的钾长石及钠钾长石的原料主要是用于降低烧成温度,使之瓷化。钾长石、钾钠长石、钠长石引入陶瓷坯体不会明显改变坯体的热膨胀系数[4]。参与反应的Al2O3能明显降低坯体的热膨胀系数,但煅烧铝矾土因煅烧失去活性,能参与陶瓷薄板坯体反应的量有限,在厚砖坯体中参与反应形成物相的量会更少,形成饱和。笔者主要研究煅烧铝矾土含量对陶瓷薄板坯体膨胀系数的影响。

1 实验内容

1.1 实验原料

实验所采用的原料有:低温钠砂类、钾砂类、球土类、鸿科铝石、废瓷粉。原料组成及化学成分含量如表1所示。

表1 实验原料组成及化学成分含量(质量%)

续表1

1.2 实验工艺流程

陶瓷薄板制备工艺流程如图1所示。其中,添加剂为三聚磷酸钠,主要起解离、辅助球磨作用。湿法球磨过程中,每500 g干料需用750 g球石,加入250 g自来水,球磨28 min;随后浆料过60目筛,烘干后加8%自来水并过20目筛造粒;烧成窑炉为2F1窑(环温1 175℃,烧成周期为72 min)。

图1 陶瓷薄板制备工艺流程

1.3 实验设备

实验所用的主要设备有:电子天平JJ500型、双头快速球磨机、标准检验筛(60目)、微波炉P70F23PG5(S0)、电动液压制样机HY-YX-35T、智能数显鼓风干燥箱、全自动色差计、陶瓷吸水率真空装置、热膨胀系数测定仪、大板陶瓷辊道窑。

1.4 实验内容

本实验采用的陶瓷薄板配方主要组成及含量(质量%)为:钠砂25、钾铝砂18.5、高白钾砂11.0、4#泥4.0、膨润土2.0、滑石坭2.0、邦砂6.0～8.5、水洗球土7、茂南球土8、韶关球土8、7#砂0～2、废瓷粉3.0～3.5。另外,添加不同含量的煅烧铝矾土,添加量分别为0%、1%、2%、3%、4%、5.5%这6种情况,研究煅烧铝矾土含量对坯体膨胀系数的影响如表2所示。

表2 薄板配方煅烧铝矾土含量实验方案(%)

上述方案所制得6个样品的化学分析结果如表3所示。

表3 小样品配方煅烧铝矾土含量对应化学分析(质量%)

续表3

打方饼并取一块饼放入电炉烧1 050℃切小条送烧结检测,取两块饼到2F1窑烧后做物理性能检测,再切小条送检测膨胀系数,其结果如表4所示。

表4 小样品配方煅烧铝矾土含量对应物理性能及膨胀系数的影响

从表3 和表4 可以看出,当配方化学成分除Al2O3和SiO2外,其他元素不变或变化不大时,白度、光泽度、收缩、体密度都相差不大,烧结温度随着铝含量下降略有降低。

煅烧铝矾土的含量和膨胀系数(40～600℃)关系如图2所示。

图2 煅烧铝矾土含量对膨胀系数的影响

从图2可以看出,当配方中煅烧铝矾土量超过2.0%后,可继续增加煅烧铝矾土含量,坯体膨胀系数变化不明显,即增加煅烧铝矾土薄板配方,膨胀系数基本保持稳定。

因此可以得出,当煅烧铝矾土超2.0%后,过量的煅烧铝矾土在烧成中形成游离晶相,无法参与物理化学反应,没有起到进一步减小膨胀系数的作用。因此煅烧铝矾土含量为2.0%时,膨胀系数为8.15×10-6/℃,陶瓷薄板综合性能最优。