影響低溫快燒玻化磚性能的因素

廖花妹 范新暉

摘 要：本文主要探討了在低溫快燒?；u生產技術中，添加劑對生坯強度的影響，以及配方組成與低溫快燒玻化磚性能之間的關系。通過三點彎曲法測生坯強度，其它對應儀器測?；u的理化性能。結果表明，添加劑CMC、改性淀粉均能提高生坯強度，且當CMC與改性淀粉質量比為2：1時，組成的復合添加劑增強效果最顯著。同時，獲得最佳的配方組成為：陶瓷泥17%、水洗砂24.5%、定石粉40%、硅灰石12%、彭潤土1.5%、透輝石3%、硼鈣石2%。

關鍵詞：低溫快燒；添加劑；生坯強度；理化性能

1 前言

目前，國內外大量生產和使用的日用瓷、建筑陶瓷，其傳統陶的煅燒溫度都在1200℃以上，因此，能耗較大。隨著能源供需矛盾的突出，以及燃料價格的大幅度上漲，節能成為陶瓷生產與科技工作者的首要問題。

在陶瓷生產中，燒成溫度越高，燒成時間越長，能耗越高。據熱平衡計算，若燒成溫度降低100℃，則單位產品熱耗可降低10%以上；燒成時間縮短10%，則產量增加10%，熱耗降低4%。因此，在陶瓷行業中采用低溫快燒技術，可以顯著增加產量、節約能耗。此外，降低燒成溫度也有利延長窯爐和窯具的使用壽命。

本文是在節能減排的趨勢下，研究一種燒成溫度在1100℃左右，燒成時間為60min左右的低溫快燒玻化磚。

2 實驗內容

2.1 實驗原料

本實驗所使用的原料主要有陶瓷泥、水洗砂、定石粉、膨潤土、硼鈣石、硅灰石、透輝石、燒滑石等。它們的化學組成如表1所示。

2.2 實驗過程

（1） 首先稱取適量的原料，然后在內襯鑲嵌的球磨機中濕法研磨；

（2） 泥漿過篩，要求250目篩余小于0.5%；

（3） 經除鐵和陳腐；

（4） 泥漿經噴霧干燥后的粉料再陳腐一段時間后進行布料；

（5） 設定適合的成形壓力，得到生坯；

（6） 煅燒后，得到低溫?；u。

2.3 生產工藝流程

低溫?；u的生產工藝流程如圖1所示。

2.4 煅燒過程

低溫燒成?；u的燒成溫度為1100℃，燒成時間為55min。在燒制過程中需要特別注意尾部冷卻階段，因為成品磚中存在大量的玻璃相，若尾冷太快，則磚容易出現分裂。圖2為低溫煅燒?；u的燒成曲線圖。

2.5 性能測試

本文采用三點彎曲法，使用西安力創計量儀器有限公司生產的WDW-10型微機控制電子萬能試驗機，以測定生坯強度，主要有壓后強度和干燥強度；采用寧夏機械研究院生產的CXK型陶瓷吸水率真空裝置測產品的吸水率；采用寧夏機械研究院生產的TZS-8000型數顯陶瓷磚抗折試驗機測產品的斷裂模數。

3 結果分析與討論

3.1 添加劑對生坯強度的影響

選取四種添加劑，其中，A為改性淀粉；B為常用的陶瓷添加劑羧甲基纖維素鈉CMC；C為CMC與改性淀粉組成的復合添加劑（CMC和改性淀粉質量比為2：1）；D為CMC與改性淀粉組成的復合添加劑（CMC和改性淀粉質量比為1：2），探討不同添加劑及添加量對生坯強度的影響。不同添加劑的含量對產品的壓后強度、干燥強度的影響見圖3。

由圖3可知，隨著添加劑的增加，坯體強度均有顯著的增強。當加入量小于0.8%時，隨著添加量的增加，生坯壓后強度和干燥強度快速升高。當加入量達到0.8%時，其中單一添加劑A和B的增強率還一直處在上升趨勢，但上升的幅度很低，基本達到飽和狀態；復合添加劑C和D反而有下降的趨勢，坯體的生坯強度達到最大值。另外，添加劑都是有機物，其添加劑除了會對生坯強度造成影響外，還會直接影響坯體的成形性能和燒成收縮等。同時，提高有機物含量，可使成形性能得到改善，但是當添加量過多時，會造成坯體燒成收縮過大，且容易出現變形、針孔和氣泡等缺陷。因此，在達到顯著增強效果時，應該盡量減少添加劑的用量。結果表明，當加入0.8%復合添加劑C時，可顯著提高坯體的壓后強度和干燥強度，增強率分別達到84%和108%。

從圖3還可以看出，不同種類的添加劑對坯體均有顯著的增強。當單一添加劑A和B在添加劑量相同時，坯體強度增強效果明顯B要優于A，即在相同情況下，CMC的增強效果要強于改性淀粉。同時，復合添加劑C和D的增強效果要明顯優于單一添加劑A和B。相對于復合添加劑C比復合添加D的增強效果要明顯。綜上所述，CMC和改性淀粉比為2：1的復合添加劑C對生坯強度的增強效果最顯著。

在不添加增強劑時，顆粒間主要有范德華力和毛細管力。添加增強劑后，由于顆粒表面被高分子材料包裹，顆粒間可以借助有機高分子而產生氫鍵作用來較大增強坯體強度。當添加量太少時，添加劑和水形成的混合物膜不能充分分布到顆粒表面，形成的氫鍵少，氫鍵作用力弱；當添加物太多時，形成的混合物膜較厚，顆粒間粘性質量增多，粘附力增大，但顆粒間距增大，導致顆粒間氫鍵作用力和毛細管力作用大大減少，所以強度不會隨添加量的增加而提高。改性淀粉特點是以支鏈為主，長鏈為輔，且羧基多。因此，粘結力大、耐水性好。當CMC和改性淀粉配比適當時，可形成結構緊湊的網狀骨架，在膠黏劑的固化過程中，阻止水分子進入產生膨脹而對氫鍵造成破壞。因此，復合添加劑的增強效果比單一添加劑的增強效果要好。

3.2 配方組成對低溫快燒?；u性能的影響

要在超低溫下燒結?；u，熔劑原料須多元化。本實驗擬采用“K-Na-Li-Ca-Mg”五元系列，并復合優選之。要求控制K2O/Na2O的比例，同時引入部分Li2O，利用多堿效應來降低燒成溫度。CaO和MgO的引入能形成較低膨脹系數和高粘度玻璃相，從而改善陶瓷產品的機械性能，也可使產品在燒成中具有更低的始熔溫度和更寬的熔融溫度范圍，從而降低變形度。在原料選擇與配方優化時，考慮引入少量硅灰石、透輝石等低溫快燒原料，以減少坯體收縮較大的缺陷，抵消其收縮，減少產品變形度。同時，考慮到組分可塑性較差，故引入少量高可塑性粘土增加成形塑性，而又不影響燒結性能。初步擬定的實驗方案一的配方如表2所示，其樣品的理化性能見表3。

由表3可知，配方3#、5#的斷裂模數不達標，吸水率只有配方1#達標，熱穩定性只有配方2#達標。因此，必須進一步優化配方，增加坯體強度及適量低溫材料，在保證坯體在燒成時不變形的基礎上，盡量減少砂的用量，增加石粉、石粒的用量。同時，為保證制品有好的抗化學腐蝕性，在配方中盡量引入較多的鈣、鎂元素，替代部分鉀、鈉元素。對于配方溫度降低的問題，不再采用玻璃粉作為助熔劑，而是通過添加少量的強助熔劑硼鈣石來實現。優化升級后的實驗配方如表4所示，其樣品的理化性能見表5。

由表5可知，配方7#和9#較理想，最后通過微調中試，以9#配方為基礎配方的低溫快燒玻化磚性能最為優異。

4 結論

（1） 當添加劑的加入量為0.8%時，坯體的強度基本達到飽和狀態。

（2） 復合添加劑對生坯強度的增加效果要強于單一添加劑，且CMC和改性淀粉質量比為2：1時，效果最佳。

（3） 當配方的組成為：陶瓷泥17%、水洗砂24.5%、定石粉40%、硅灰石12%、彭潤土1.5%、透輝石3%、硼鈣石2%時，可以獲得理化性能最佳的快燒?；u，如：吸水率為0.06%、斷裂模數44.56MPa、莫氏硬度6.5、抗酸性0.04、抗堿性0.03、耐污性0.06、熱穩定性3次熱循環不裂、內放射性Ira 0.134、外放射性Tr 0.274，均優于國家標準。

參考文獻

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