李月明　張黎暉　陳立夫

【摘要】本次研究中選用正交實驗方法，采用整改配方、工藝流程等形式，在氧化焰氛圍中燒制電瓷產(chǎn)品。并在RD、SEM等檢測技術(shù)的協(xié)助下，對瓷胎在顯微鏡下的結(jié)構(gòu)形態(tài)進行分析與研究。實驗結(jié)果表明，在氧化焰環(huán)境下制得高強度電瓷是切實可行方案之一，經(jīng)檢測產(chǎn)品的機械性能達到了140.5MPa。

【關(guān)鍵詞】氧化焰? 高強度電瓷? 燒制工藝? 機械強度

伴隨著國民經(jīng)濟發(fā)展腳步的推進，高電壓等級持續(xù)性提升，此時其對電瓷材料的性能，尤其是機械強度提出更高的要求。有調(diào)查資料顯示，當下世界上電瓷工業(yè)最發(fā)達的國家電瓷機械強度在70～80MPa范圍內(nèi)取值，高強度電瓷大概是普通瓷強度的1.5倍，而國內(nèi)超高高強度電瓷材料的機械強度基本在100NPa以下取值。提升高強度電瓷的機械強度，促進電瓷效能的充分發(fā)揮，進而迎合國民經(jīng)濟的快速發(fā)展需求，這始終是電瓷工業(yè)發(fā)展進程中需突破的難點。

一、實驗

（一）實驗材料

為迎合為滿足配方工藝、瓷質(zhì)性能需求，本文設(shè)定的實驗選用了某電瓷廠生產(chǎn)用原料。以鍛燒鋁礬土、安口土、左云土、長石等為主。鋁礬土中SiO2、Al2O3、Fe2O3+TiO2、CaO+Na2O的占有率依次為10.00%、85.00%、1.00+4.20、0.60，;安口土以上化學(xué)組分對應(yīng)的指標分別為61.00%、24.00%、1.50+1.00、0.40+0.20;左云土分別為57.00%、26.00%、1.70+1.00，、2.00%;長石依次為66.00%、18.80%、0.15%、0.38%。

（二）規(guī)劃配方

在規(guī)劃配方過程中，擬定應(yīng)用正交設(shè)計法。并將配方內(nèi)的主要化學(xué)成分與鍛燒溫度（T）設(shè)為因素。嚴格依照正交實驗選表規(guī)則，擬定應(yīng)用L9（34）正交表設(shè)置實驗。

（三）制備樣品

嚴格依照設(shè)計的配方精確稱量原材料，料、球、水三者依照1：2：0.3的比例進行球磨。出磨后注漿成型是100mm×15mm×10mm的試條，在100℃高溫環(huán)境下干燥24h，再將試條打磨制作成規(guī)格為70mm×8mm×4mm的試條，整合至爐體內(nèi)并在氧化焰進行緞燒。

二、檢測儀器

（1）機械強度：選用德國401/3型抗折儀進行檢測。

（2）坯料顆粒構(gòu)成：采用T-1500型離心沉降式粒度分布儀。

（3）XRD：日本理學(xué)D/max-2200PC。起始角、終止角依次為25°、70°。掃描速度8度/min，靶Cu，管流管壓為4mA40kv。

（4）顯微結(jié)構(gòu)：SEM掃描電子顯微鏡。

三、分析與討論

（一）配方對電瓷強度的影響

（1）最適宜配方的選擇。結(jié)合電瓷機械強度的檢測結(jié)果，在正交表上進行極差分析。發(fā)現(xiàn)K1、K2、K3、優(yōu)水平R對應(yīng)的SiO2依次為233.42%、332.54%、315.24%、30%、98.86%，Al2O3依次為319.47%、369.10%、193.24%、60%、175.48%，T分別為305.24℃、355.14℃、219.41℃、1312℃、135.07℃。

結(jié)合優(yōu)水平組合形式，并通過數(shù)次實驗研究檢測，擬定了如下最適宜的配方為：鋁礬土、安口土、左云土、長石依次為62%、5%、13%、19%。其對應(yīng)的抗折強度為125.27MPa。

（2）配方對電瓷機械強度形成的影響。配方對電瓷機械強度形成的影響實質(zhì)是采用調(diào)整材料顯微結(jié)構(gòu)中晶相構(gòu)成去達成的。剛玉作為主晶相，其與莫來石、石英相相比較，其在彈性模量方面占據(jù)更高的優(yōu)勢（380GPa），故而可以認為剛玉晶相量是影響瓷材料機械強度的主要因素之一，分析不同強度指標試驗樣品后發(fā)現(xiàn)，提升鋁礬土物質(zhì)用量，導(dǎo)入坯料內(nèi)的剛玉晶相量就會相應(yīng)增加，這對增強瓷質(zhì)機械強度是百利而無一害的。

（二）生產(chǎn)工藝對電氣機械強度形成的影響

（1）球磨時間。將正交實驗中優(yōu)先選擇的配方設(shè)為基礎(chǔ)，調(diào)整球磨時間，進而獲得試驗樣本抗折強度的變化曲線示意圖。對其整體分析后，發(fā)現(xiàn)坯料細度是影響產(chǎn)品性模量指標的主要因素之一，其有益于提升全復(fù)合體系的彈性模量。Szibor與Hennicke應(yīng)用于石英瓷和鋁質(zhì)瓷燒制工藝進程中，發(fā)現(xiàn)伴隨彈性模量的增加，產(chǎn)品的機械強度有連續(xù)上升的趨勢。由此可以推測出，高彈性模量晶相多少與電瓷機械強度高度之間存在正相關(guān)性。故而，在工藝實踐中，盡量選用細磨的、顆粒級配合理的粉體原料，對產(chǎn)品燒結(jié)目標的實現(xiàn)有明顯的促進作用，其還能降低瓷質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)大顆粒晶體的含量，同步提升瓷胎微觀結(jié)構(gòu)勻稱性與化學(xué)組分的相對穩(wěn)定性，進而增強電瓷自身的強度。

（2）煅燒方法。在配方及他類工藝條件恒定的狀況下，把試條劃分為兩個小組，一組用于裝置柑禍用氧化鋁粉埋覆，另一組直接安置在箱式電爐中燒成。結(jié)果表明前者強度約為140.5MPa，明顯高于裸燒的瓷強度（約80MPa）。認真分析SEM圖示，發(fā)現(xiàn)裸燒狀態(tài)中試樣中形成的氣孔數(shù)目相對較多，性狀以絮狀與蠕蟲狀為主。埋燒試樣內(nèi)氣孔數(shù)目較少，勻稱分布，氣孔外部結(jié)構(gòu)性狀以球狀、團狀為主，該種煅燒方法有益于提升電瓷材質(zhì)的強度，具有較大的推廣價值。

四、結(jié)束語

原材料、配方與生產(chǎn)工藝是影響電瓷產(chǎn)品顯微結(jié)構(gòu)的主要因素，而材料的顯微結(jié)構(gòu)將對電瓷產(chǎn)品強度高低水平形成直接影響。國內(nèi)外具有大量生產(chǎn)實踐表明，采用氧化焰燒制高強度電瓷具有較高的可執(zhí)行性。在現(xiàn)實生產(chǎn)中，可以采用優(yōu)化配方構(gòu)成、調(diào)整生產(chǎn)工藝流程等方式，能在氧化焰下燒制具備更高機械強度的電瓷材料。

參考文獻：

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