承德粘土在高壓電瓷泥料配方中的應用

侯慶華　高國玲

摘 要：本文介紹了承德粘土的礦源及儲量的考察情況，對該粘土的礦石類型，礦物成份及理化性能指標進行了詳細的分析。并深入研究了承德粘土在高壓電瓷泥料配方中的應用，提高了高壓電瓷產品的性能，降低了產品的成本。

關鍵詞：承德粘土；高壓電瓷；理化性能；配方工藝

1 前言

隨著電瓷產品電壓等級的不斷提高，電瓷配方由普通硅質瓷向高強鋁質瓷的方向發展。電瓷配方中粘土的含量變得越來越低，為了保證配方的塑性和結合強度，必須尋找可塑性高、結合能力強、性能穩定、價格合理的粘土作為配方的主要原料。筆者公司現使用的寬城土、水洗法庫土、左云土、水曲柳等粘土原料雖然理化性能較好，但價格昂貴，使得生產成本較高。基于此，筆者公司對承德圍場粘土進行了分析與實驗，將承德粘土應用于高壓電瓷泥料配方中，最終獲得了理想的效果。

2 承德粘土的礦源及礦物類型分析

2.1 礦山儲量及分布

承德粘土礦區位于承德圍場縣，現有六大礦區，礦體在地表分布面積2.35 km2，侵蝕基準面以上，適宜露天開采，探明控制的經濟基礎量（122b）96556 kt，經鉆探驗證，礦體在侵蝕基準面以下垂向延伸大于500 m，推測內蘊經濟源量（333），可達3～4億t，是當前我國已探明儲量最大的伊利石粘土礦。礦區周邊水電設施齊全，有便利的礦山專用路橋，直通礦區，為礦石開采、運輸提供了良好的保證。

2.2 礦石類型

該礦是以含伊利石礦物為特征的粘土，伊利石又稱水白云母。屬于富鉀的硅酸鹽粘土礦物，伊利石礦物顆粒細小，一般為小于2 um，呈粘土狀，為單斜晶系，常呈鱗片狀塊體，其化學成份為K0.75（Al1.75R0.25）（Si3.50Al0.50O10（OH）2·nH2O。伊利石的片狀或條狀晶體非常細小，它們一般呈現給我們的是土狀、塊狀，因含雜質一般為黃、褐、綠等顏色，但純度高的則為白色。伊利石是一種2﹕1型的層狀粘土礦物，但它與同為2：1型的粘土礦物蒙脫石有很大不同。主要表現在：①伊利石的同形置換主要發生在四面體，其層電荷也主要分布在四面體，電荷密度也高于蒙脫石。這兩點對K的固定是十分有利的。②層間陽離子主要是K+，也有少量的Na+等半徑較小的陽離子，它們都是不可交換的，所以承德粘土不具備膨脹性能。

3 承德粘土的礦物成份及理化性能分析

3.1 承德粘土的礦物化學成份

承德粘土的礦物化學成份如表1所示。

3.2 承德粘土的理化性能分析

3.2.1 承德粘土的差熱分析、X射線衍射分析及電鏡分析

承德粘土差熱和熱天平曲線如圖1所示。承德粘土的X射線衍射圖如圖2所示。承德粘土的SEM顯微結構如圖3所示。

由圖1可以看到，承德粘土在60 ℃左右表現出的吸熱谷為排出吸附水所致，在702.72 ℃有一明顯的吸熱谷，為失去結構水，在927.87 ℃和1157.05 ℃又出現兩個吸熱谷。說明承德粘土在這兩個溫度附近產生了不同種類的相變。

3.2.2 承德粘土的水化率及可塑性指數分析

承德粘土的水化率及可塑性指數如表2所示。

3.2.3承德粘土的顆粒組成

承德粘土的顆粒組成如表3所示。

3.2.4承德粘土的干燥性能

承德粘土的干燥性能如表4所示。

3.2.5承德粘土的燒成性能

承德粘土的燒成性能如表5所示。

3.2.6承德粘土的燒結范圍

承德粘土的燒結范圍如表6所示。

通過對承德粘土的差熱分析、X射線衍射、電鏡分析可知，承德粘土的主要礦物成份為伊利石；次要礦物成份是高嶺石、石英、長石、葉蠟石等，有時會含有少量黃鐵礦、方解石。該粘土的可塑性指數為26.63，結合能力達到了3.29，超過了水曲柳、左云土等高嶺粘土的性能指標，并且該粘土中含有較高的鉀含量，可以降低瓷體的燒成溫度，節能效果良好。在高強瓷配方中可部分或全部取代長石和高嶺粘土，是一種生產電瓷的優質粘土。

4 承德粘土在高壓電瓷配方中的應用

本文采用對比實驗的方法研究承德粘土在高壓電瓷配方中的應用，主要分為兩組：一組為加入承德粘土實驗成功的新配方（5號配方）；另一組為生產現用配方（9806配方）。對比內容包括：配方組成、坯料的可塑性、干燥性、燒成性能、燒成溫度范圍、瓷質性能等方面。

4.1 配方組成

本文主要采用兩組配方，9806配方中不含有承德粘土，5號配方中含有承德粘土，具體配方組成及含量如表7所示。

4.2 化學成份

9806配方和5號配方的化學成份如表8所示。

4.3 坯料的可塑性能

9806配方和5號配方坯料的可塑性能如表9所示。

4.4 干燥性能

9806配方和5號配方坯料的干燥性能如表10所示。

4.5 燒成性能

9806配方和5號配方坯料的燒成性能如表11所示。

4.6 燒結溫度范圍

9806配方和5號配方坯料的燒結溫度范圍如表12所示。

由表12可知，9806配方的燒結溫度范圍為1230～1260 ℃；5號配方的燒結溫度范圍為1220～1270 ℃。因此，5號配方的燒結范圍比9806配方的燒結范圍稍寬。

4.7 成瓷性能

9806配方和5號配方坯料的成瓷機械性能如表13所示。 9806配方和5號配方坯料的成瓷電氣性能如表14所示。

5 結論

（1） 通過以上實驗對比可以看出，以承德粘土為主要粘土原料的5號配方的可塑性和結合能力等各方面物理特性都優于生產使用的配方，對成型更有利，可以減少生產過程中的開裂，提高產品的合格率。5號配方在收縮率、氣孔率、真比重、燒成范圍等各方面比現用生產配方都有一定程度的提高，能夠更好地適應生產工藝，滿足生產的需求。

（2） 從燒成后產品的機械和電氣等各方面性能來看，使用承德粘土的5號配方比現用配方有了比較明顯的提高，尤其是強度方面的提高，可以使產品結構進一步優化，使生產成本大幅降低。

（3） 承德粘土與現用配方的粘土原料相比，具有價格低廉、儲量豐富、礦源穩定、運輸方便等多方面優點，可以大幅降低產品的成本，提高產品性能穩定性。

（4） 在高強瓷配方中用承德粘土取代部分粘土和長石原料，能夠降低配方的成本，提高泥料的性能，減少生產過程中的開裂，對產品強度的提高及瓷質性能有很大的改善，5號配方的投入必定使筆者公司產生良好的經濟效益。

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