莫来石质陶瓷窑具基质的组成设计.pdfVIP

1 0 0 村 料 导 报 2 0 0 0年 i 0 月 第 i 4卷 专 辑 r f c t 摘要 数 据 关键词 0 引言 莫来石质陶瓷窑具基质的组成设计 竺 奎 塑 杨 辉 王 秀 芳 f p 7 浙江 大学无机 材料研究所 杭 州 3 1 0 0 2 7 根 据 A1 O S 2 二元 栖B理论 指导 了其来石质 窑具基质组成 的设计 井舟绍 了配万 实验 噩有关 昭 莫来石窑具热膨胀 一 一 髦 瓷 言壤材孝 目前 国际 上蛀为常用的高温 窑具 耐火度 l 7 9 0 C 多 奠来 石材 质为主 这 种制 品可 全部采用商品奠来石 接预定 组成 和颗粒级配 经混合 压 制和烧 成后 而制得 连使产 品成 本较 高 另 一种较为经济 的方法是 基质配合料由价格更为低 廉 的天然原料如优质粘土 高铝矾土和刚玉柑等组成 通过烧 结反应而最终生成具 有预定组成的莫来石化台物 莫来石的晶体结 构是 一种不饱和的具有 有序分 布氧 空位 的网络结构 其结构空隙大 比较疏松 因而具有许多独特的 性 能 如较低 的热膨胀 系数 低的热导率和 热客 弹性模量也 较低 因而 具有 是好的绝热和抗 热震性及耐腐蚀性 此外高纯 奠来石还表现 出低 的蠕变性 大多数结构陶瓷其强度随温度 上升均有不 同程 度的退化 而奠来 石的强度在一定组成和温 度内不仅不下 降反而 有一定的起 跳 奠来石陶瓷 中晶体呈现 针柱状交织刚珞结构 少量玻璃相填充于州络间 使得莫来石 陶瓷具 有忧异 的抗热震性能 是制备窑具的极佳材料 1 Al 2 0 5 一 s i 02 系二元 相图及组成设计 1 1 A l 2 O5 一 S i O2 系二元相图 A 1 O S i Oz 系 二元相图 l J 是奠来石质窑具基质组 成设计 的主要依据 但 任何 一个相圈只给出平衡过程的相组成 实际 生产过程往往 偏离理想的平衡状 态 如何根 据实际烧成条件 应用相圈是 得出正确 结论的关键 A 1 Or S iO 系 一 元 干 H 幽 中 只 有 一个 一致 熔 融 化 合 物 3 A O 2 S i O 即萸来 石 A S 其重 量组成为 7 0 A1 2 0 和 2 000 8 培 O0 I O0 Wt 2 0 O 60 B Mu l e ki 口 Si o 2 Lj a u L q e s o L 1 8 4 0 i c 59 Si 0 Mu CO r uI I i 5 s Mu I I I t e S iO 2 M I 6 0 A l 图 1 A I 2 0 一 S i O 二元系统 相图 2 8 S i O 如圈 l 所示 该圈还 表刈在 A s 品格 尚潜八 些 A1 o 而形成 固溶体 但溶 入的 A 1 0 有定限度 在 相当于含 6 3 摩尔位置 上 1 2 组成设 计 对于 A o S 曲 二元相图 中的 各种陶 瓷利 料 由于 S i O 的多晶转化 料 现不 均匀膨胀而不利 于其抗热震叫 所 应尽量避 免 S D 晶体 的出现 由圈 l可知 H婪配 料组 成 s 线的右 边 即 A s A一 无系统 内 戟 陡避 免 S i t 品体 的出现 且这一区域的液相线的湍度 七较高 大于 j 8 i 0 C 制 品将具有较高的耐火度 另外 由于刚 玉的热膨雌 系数 l t蓖来 石的大得 多 如果制品中舍有较多 的 A1 也不干 U 于 其抗热 震性能 故最理想的高温窑具应 全由蔸来石组成 当然 肇质配 料组成点也应是 奠来石的组成点 其铝 硅 r 匕 A S 2 6 7 2 2 8 左右 基质配 料要完全 生成奠来石是 分 刚难的 实际生产中 除 r确定合理 的基质配料组戚外 可 通 过U下建 径选刊 目 的 a 提 高奠来石骨 隼 斗 的 含量 b 适 当提 高烧成佩 盥 延 长烧成时 间 2 配方实验 基于前面提到的观点 我们进行 r多组配方设i 实验 中 所 用原料化 学组 成 配方及实验结果 别 0 于 走 l 3 为 J 简化计算 我们只计入各 料 的 O 和 S i O 阿 个组 讣 虹 料 外加适 量的水 经混合 均 匀后 由油j 机于 3 O M J 下 制成 5 0 ram 5 0 ram 5 mm 的试弹 在 电炉 中 于 j 3 5 0 c l h 的条件下烧成 烧成后测试其热l 斟畦率 室黼 0 0 c 表 1 实验用原料的化学组成 含 量 w t 高锚矾土 粘上 A1 z O 8 d 0 7 S i O l 5 5 9 3 表 2 不同 A S实验配方及其热噼胀系数 高铝矾土 牯土 S l O a 试样 A S wr C wt wt 1 o K J l 7 7 4 l 6 6 6 2 6 lI 4 3 Z 7 8 2 l 6 5 8 2 7 3 7 9 l 6 5 0 2 8 n j 比较表 2的数据 可 看 随着 A S的增 大 样的热 膨胀 翠增 大 是 由于试样 中A1 的含 量随着 A S的增 大 维普资讯 莫来石 蜃 陶瓷 窑具基质 的组成设 计 茅宇雄等 l 0 表 5 相同 A S 为 2 6 实验配方夏其热膨胀系 莫来石颗粒 奠来石颗粒 莫来石 细粉 试样 氧化铝粉 高铝矾土 牯土 S L 01 1 6 2 4目 6 O 8 0目 t 1 8 0目 t 0 K J 4 3 0 2O 20 15 8 4 7 j 0 5 3 0 2 0 2 0 8 3 4 8 3 6 6 j l 6 3 0 2 0 0 24 73 0 5 2 7 j 3 7 3 0 2 0 30 1 4 23 5 77 5 0 8 3 0 2 0 20 2 1 3 0 8 7 5 7 9 3 0 Z 0 3 5 S 8 l 4 42 2 而增多所致 比较试 洋 4 5 8的 数据 可以看 出 即使 A S相 同 其热 膨胀率也不 同 从该组试洋 x射线衍射分 析结果来看 试样 矿物组成 都艺 上 莫来石为主 但 是还有少量的刚玉存 在 这说 明 试样基质 中各组成 未能完全反应生成莫来石 由于基质各组 成物 质的化学 反应活 性不 同 粘土在 高温下分 艇 其 活性较 大 而氧化 铝粉次之 高铝矾土较差 所以试样 1 的基质反应 相对来说 较完全 熟膨胀率较 小 同时 从表 3 可 以看出 在满足成型条件的前提下 增加莫 来石颗粒含量 降低基质含量 从而减少制品 中未 完全 反应生 成 莫来石 的成分 选也是 降低热膨胀率的有效途径 5 结论 1 应 用 A l O r S i O 系 元相 图可 有效地指 导 蓖柬石基 质料的配方设 计 2 最佳基