煅燒鋁礬土含量對陶瓷薄板坯體膨脹系數的影響*

王賢超 華澤金 劉春江 王 飛

(蒙娜麗莎集團股份有限公司 廣東 佛山 528211)

對于有釉的陶瓷產品來說,變形主要來自2個方面:①由于坯、釉的熱膨脹系數匹配不合理而產生的上翹、龜背變形;②由于生產工藝控制不當造成的變形,這里主要指燒成工藝控制不當引起的變形[1]。

在熱膨脹系數匹配方面,陶瓷坯體成分特點是硅飽和,石英的熱膨脹系數較高,可達到(10～12)×10-6/℃,增加二氧化硅含量將提高陶瓷坯體的熱膨脹系數[2]。氧化鋁成分物相含量的增加可明顯降低陶瓷坯體的熱膨脹系數,這與氧化鋁在陶瓷坯體中的存在狀態有關。氧化鋁在陶瓷坯體中有兩種主要的存在狀態:一種是莫來石,它的線膨脹系數較小,為4.5×10-6/℃;另一種是長石類,線膨脹系數也較小,例如鈣長石的線膨脹系數為6.36×10-6/℃,鈉長石的線膨脹系數為7.4×10-6/℃,鉀長石的線膨脹系數為7.5×10-6/℃。所以在陶瓷坯體中增加氧化鋁含量來降低陶瓷坯體的熱膨脹系數,特別是氧化鋁轉化為莫來石相時,其作用更為明顯[3]。含有K2O 和Na2O 的鉀長石及鈉鉀長石的原料主要是用于降低燒成溫度,使之瓷化。鉀長石、鉀鈉長石、鈉長石引入陶瓷坯體不會明顯改變坯體的熱膨脹系數[4]。參與反應的Al2O3能明顯降低坯體的熱膨脹系數,但煅燒鋁礬土因煅燒失去活性,能參與陶瓷薄板坯體反應的量有限,在厚磚坯體中參與反應形成物相的量會更少,形成飽和。筆者主要研究煅燒鋁礬土含量對陶瓷薄板坯體膨脹系數的影響。

1 實驗內容

1.1 實驗原料

實驗所采用的原料有:低溫鈉砂類、鉀砂類、球土類、鴻科鋁石、廢瓷粉。原料組成及化學成分含量如表1所示。

表1 實驗原料組成及化學成分含量(質量%)

續表1

1.2 實驗工藝流程

陶瓷薄板制備工藝流程如圖1所示。其中,添加劑為三聚磷酸鈉,主要起解離、輔助球磨作用。濕法球磨過程中,每500 g干料需用750 g球石,加入250 g自來水,球磨28 min;隨后漿料過60目篩,烘干后加8%自來水并過20目篩造粒;燒成窯爐為2F1窯(環溫1 175℃,燒成周期為72 min)。

圖1 陶瓷薄板制備工藝流程

1.3 實驗設備

實驗所用的主要設備有:電子天平JJ500型、雙頭快速球磨機、標準檢驗篩(60目)、微波爐P70F23PG5(S0)、電動液壓制樣機HY-YX-35T、智能數顯鼓風干燥箱、全自動色差計、陶瓷吸水率真空裝置、熱膨脹系數測定儀、大板陶瓷輥道窯。

1.4 實驗內容

本實驗采用的陶瓷薄板配方主要組成及含量(質量%)為:鈉砂25、鉀鋁砂18.5、高白鉀砂11.0、4#泥4.0、膨潤土2.0、滑石坭2.0、邦砂6.0～8.5、水洗球土7、茂南球土8、韶關球土8、7#砂0～2、廢瓷粉3.0～3.5。另外,添加不同含量的煅燒鋁礬土,添加量分別為0%、1%、2%、3%、4%、5.5%這6種情況,研究煅燒 鋁礬土含量對坯體膨脹系數的影響如表2所示。

表2 薄板配方煅燒鋁礬土含量實驗方案(%)

上述方案所制得6個樣品的化學分析結果如表3所示。

表3 小樣品配方煅燒鋁礬土含量對應化學分析(質量%)

續表3

打方餅并取一塊餅放入電爐燒1 050℃切小條送燒結檢測,取兩塊餅到2F1窯燒后做物理性能檢測,再切小條送檢測膨脹系數,其結果如表4所示。

表4 小樣品配方煅燒鋁礬土含量對應物理性能及膨脹系數的影響

從表3 和表4 可以看出,當配方化學成分除Al2O3和SiO2外,其他元素不變或變化不大時,白度、光澤度、收縮、體密度都相差不大,燒結溫度隨著鋁含量下降略有降低。

煅燒鋁礬土的含量和膨脹系數(40～600℃)關系如圖2所示。

圖2 煅燒鋁礬土含量對膨脹系數的影響

從圖2可以看出,當配方中煅燒鋁礬土量超過2.0%后,可繼續增加煅燒鋁礬土含量,坯體膨脹系數變化不明顯,即增加煅燒鋁礬土薄板配方,膨脹系數基本保持穩定。

因此可以得出,當煅燒鋁礬土超2.0%后,過量的煅燒鋁礬土在燒成中形成游離晶相,無法參與物理化學反應,沒有起到進一步減小膨脹系數的作用。因此煅燒鋁礬土含量為2.0%時,膨脹系數為8.15×10-6/℃,陶瓷薄板綜合性能最優。

2 結語

坯體配方中煅燒鋁礬土含量越高,其膨脹系數越小。但是煅燒鋁礬土類原料因經過煅燒活性降低,在反應中需要較多的熔劑和助熔劑,而且會飽和。當其含量超過閾值后,過量的煅燒鋁礬土將不再參與反應,無法進一步降低坯體的膨脹系數。當煅燒鋁礬土的添加量為2.0%時,陶瓷薄板綜合性能最優。