王賢超 華澤金 劉春江 王 飛

(蒙娜麗莎集團(tuán)股份有限公司 廣東 佛山 528211)

對(duì)于有釉的陶瓷產(chǎn)品來(lái)說(shuō),變形主要來(lái)自2個(gè)方面:①由于坯、釉的熱膨脹系數(shù)匹配不合理而產(chǎn)生的上翹、龜背變形;②由于生產(chǎn)工藝控制不當(dāng)造成的變形,這里主要指燒成工藝控制不當(dāng)引起的變形[1]。

在熱膨脹系數(shù)匹配方面,陶瓷坯體成分特點(diǎn)是硅飽和,石英的熱膨脹系數(shù)較高,可達(dá)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(shù)[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(shù),這與氧化鋁在陶瓷坯體中的存在狀態(tài)有關(guān)。氧化鋁在陶瓷坯體中有兩種主要的存在狀態(tài):一種是莫來(lái)石,它的線膨脹系數(shù)較小,為4.5×10-6/℃;另一種是長(zhǎng)石類,線膨脹系數(shù)也較小,例如鈣長(zhǎng)石的線膨脹系數(shù)為6.36×10-6/℃,鈉長(zhǎng)石的線膨脹系數(shù)為7.4×10-6/℃,鉀長(zhǎng)石的線膨脹系數(shù)為7.5×10-6/℃。所以在陶瓷坯體中增加氧化鋁含量來(lái)降低陶瓷坯體的熱膨脹系數(shù),特別是氧化鋁轉(zhuǎn)化為莫來(lái)石相時(shí),其作用更為明顯[3]。含有K2O 和Na2O 的鉀長(zhǎng)石及鈉鉀長(zhǎng)石的原料主要是用于降低燒成溫度,使之瓷化。鉀長(zhǎng)石、鉀鈉長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石引入陶瓷坯體不會(huì)明顯改變坯體的熱膨脹系數(shù)[4]。參與反應(yīng)的Al2O3能明顯降低坯體的熱膨脹系數(shù),但煅燒鋁礬土因煅燒失去活性,能參與陶瓷薄板坯體反應(yīng)的量有限,在厚磚坯體中參與反應(yīng)形成物相的量會(huì)更少,形成飽和。筆者主要研究煅燒鋁礬土含量對(duì)陶瓷薄板坯體膨脹系數(shù)的影響。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)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(xué)成分含量如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)原料組成及化學(xué)成分含量(質(zhì)量%)

續(xù)表1

1.2 實(shí)驗(yàn)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(guò)程中,每500 g干料需用750 g球石,加入250 g自來(lái)水,球磨28 min;隨后漿料過(guò)60目篩,烘干后加8%自來(lái)水并過(guò)20目篩造粒;燒成窯爐為2F1窯(環(huán)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(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)所用的主要設(shè)備有:電子天平JJ500型、雙頭快速球磨機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩(60目)、微波爐P70F23PG5(S0)、電動(dòng)液壓制樣機(jī)HY-YX-35T、智能數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱、全自動(dòng)色差計(jì)、陶瓷吸水率真空裝置、熱膨脹系數(shù)測(cè)定儀、大板陶瓷輥道窯。

1.4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

本實(shí)驗(yàn)采用的陶瓷薄板配方主要組成及含量(質(zhì)量%)為:鈉砂25、鉀鋁砂18.5、高白鉀砂11.0、4#泥4.0、膨潤(rùn)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(guān)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(duì)坯體膨脹系數(shù)的影響如表2所示。

表2 薄板配方煅燒鋁礬土含量實(shí)驗(yàn)方案(%)

上述方案所制得6個(gè)樣品的化學(xué)分析結(jié)果如表3所示。

表3 小樣品配方煅燒鋁礬土含量對(duì)應(yīng)化學(xué)分析(質(zhì)量%)

續(xù)表3

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

表4 小樣品配方煅燒鋁礬土含量對(duì)應(yīng)物理性能及膨脹系數(shù)的影響

從表3 和表4 可以看出,當(dāng)配方化學(xué)成分除Al2O3和SiO2外,其他元素不變或變化不大時(shí),白度、光澤度、收縮、體密度都相差不大,燒結(jié)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(shù)(40～600℃)關(guān)系如圖2所示。

圖2 煅燒鋁礬土含量對(duì)膨脹系數(shù)的影響

從圖2可以看出,當(dāng)配方中煅燒鋁礬土量超過(guò)2.0%后,可繼續(xù)增加煅燒鋁礬土含量,坯體膨脹系數(shù)變化不明顯,即增加煅燒鋁礬土薄板配方,膨脹系數(shù)基本保持穩(wěn)定。

因此可以得出,當(dāng)煅燒鋁礬土超2.0%后,過(guò)量的煅燒鋁礬土在燒成中形成游離晶相,無(wú)法參與物理化學(xué)反應(yīng),沒(méi)有起到進(jìn)一步減小膨脹系數(shù)的作用。因此煅燒鋁礬土含量為2.0%時(shí),膨脹系數(shù)為8.15×10-6/℃,陶瓷薄板綜合性能最優(yōu)。

2 結(jié)語(yǔ)

坯體配方中煅燒鋁礬土含量越高,其膨脹系數(shù)越小。但是煅燒鋁礬土類原料因經(jīng)過(guò)煅燒活性降低,在反應(yīng)中需要較多的熔劑和助熔劑,而且會(huì)飽和。當(dāng)其含量超過(guò)閾值后,過(guò)量的煅燒鋁礬土將不再參與反應(yīng),無(wú)法進(jìn)一步降低坯體的膨脹系數(shù)。當(dāng)煅燒鋁礬土的添加量為2.0%時(shí),陶瓷薄板綜合性能最優(yōu)。