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低温烧成陶瓷结合剂磨具原材料的选择与作用
 发布时间:2012-2-26 点击次数:9620
 

要想实现陶瓷磨具的低温烧成,必须从原料、工艺、窑具等多方面努力。在这里主要讨论降低结合剂的耐火度,设计性能优良的陶瓷结合剂,也就是主要讨论原材料的选择与作用。

近年来形成了新的烧成理论—“准非反应”烧成机理,即可以在结合剂中添加低熔点原料,利用液相的低温形成推进高温物化反应的进行,将结合剂的熔融温度降到1000℃以下。在结合剂化学成分中,A12O3、SiO2含量增加,一般提高结合剂的耐火度。K2O、Na2O、Li2O、CaO、Mg0等碱性氧化物的含量及B2O3的含量增加,—般会降低结合剂的耐火度。结合剂的颗粒度越细,其分散度越大,结合剂的反应能力会增强,降低结合剂的耐火度。

陶瓷结合剂磨具从它的发展以来,结合剂的主要原料主要有粘土、长石、石英、滑石、硼玻璃,起助熔作用的只有长石和硼玻璃,

(1)结合剂配方中,重点考虑加入起熔剂作用的原料

1)从工艺角度看熔剂原料的作用

在坯体中添加助熔剂可以增加晶格缺陷,会降低坯体出现液相的温度和促进坯体中莫来石的形成,长石是作为催熔原料而引入结合剂中的,作为熔剂原料,应有较低的熔化温度,较宽的熔融温度范围,比较高的高温液相粘度,以及良好的溶解其它物质的能力。

2)长石的性质

长石的物理性能

理论上各种纯长石都有各自的熔融温度(如表),但实际上,尽管长石是一种结晶物质,因其经常是几种长石的互溶物,加之又含有一些石英、云母、氧化铁等杂质,所以长石没有一个固定的熔点,只能在一个不太严格的温度范围内软化熔融,变为玻璃态物质。

实验证明,长石变为滴状玻璃体时的温度并不低,一般在1220℃以上,并依其粉碎细度、升温速度、气氛性质等条件而异,其一般熔融温度范围为:钾长石1130~1450℃;钠长石1120~1250℃;钙长石1250~1550℃。

①改变熔剂原料的品种。如钠长石或钠钾长石替代目前使用的钾长石。钠长石与石英二元系的共熔温度为1070℃,三元系更低,熔融温度范围仅有50℃左右,形成的熔融体粘度小且随温度变化速度快,利于低温烧成。

②多元的复合熔剂组分对促进坯体低温烧结有更好的效果,如可以同时使用钾长石、钠长石和钙长石替代现在单一使用的钾长石。钾钠混合型长石( 钾钠长石摩尔比接近1:1) 相比单一钾钠含量的长石,提前60℃出现液相, 更加适合于低温烧成。

③选用新品种熔剂原料。

如霞石(Na3K[AlSiO4]4)或霞石正长石,熔点低、催熔作用较大。使用钠长石、霞石等,以利于降低结合剂的耐火度。透辉石属于硅酸镁-硅酸钙铁类质同象系列中的矿物,透辉石的化学组成为钙、镁、硅的氧化物组成,其化学分子式为cao’mgo’2sio2。透辉石的理论化学组成为:氧化钙25.8%,氧化镁18.5%,二氧化硅55.7%。透辉石具有的熔剂性质也很独特,如其开始变化温度为1170℃,软化温度为1280℃,熔融温度为1290℃,软化温度范围为110℃,熔融温度范围则为10℃。作为优秀的低温快烧原料,引入透辉石的建筑陶瓷制品,其烧成温度极低,仅为980℃-1020℃左右。另外还有含锂矿物(如锂辉石)、含磷矿物、硅灰石、珍珠岩、废玻璃等;

④增加结合剂中熔剂料的比例。如合理增加结合剂长石和硼玻璃的量。

当然这需要对配方进行适当的调整,如增加熔剂用量时,结合剂中Al2O3含量应适当增加。

(2)在结合剂中加入纯度高的矿化剂。如加入Mg、Ca、Zn、Li、B等的氧化物、碳酸盐、磷酸盐等。如纯度较高的CaCO3做原料,通过适当的配比,高岭土、石灰石( 碳酸钙) 和硅石为基本成分组成的结合剂,可在低于1 000℃的温度下烧制形状尺寸稳定、抗弯强度超过60MPa 高强陶瓷磨具。

(3)采用低熔点的粘土。和高岭石相比较,伊利石含K2 O较多,而含水较少。如使用娟云母质粘土替代高岭土质粘土,绢云母是在热液或变质作用下形成的细小鳞片状白云母,具有粘土性质,是南方瓷石中的主要粘土矿物之一。娟云母质粘土颗粒较细,从800℃起就开始莫来石化,富含K2O,在较低温度下就容易玻璃化而又不易引起变形,其结晶水含量是各类粘土矿中较低的,易于实现快速烧成。高岭石粘土的耐火度比较高约在1580~1780℃,伊利石类粘土耐火度则比较低,约为1370℃。

高岭石在500~700℃之间会分解而失去结构水,出现吸热效应。高岭石脱水后还保留硅氧四面体的Si—O网络结构,四面体层仍继续存在,而八面体层中的Al—OH键断裂,Al3+与O2-重新排列组成Al—O键,Al的配位数由6变为4。由此形成偏高岭石。偏高岭石虽然显示出微弱的X-射线衍射图谱,但其电子衍射图和原始的高岭石十分相似。高岭石加热至980~1000℃出现第一个放热效应,但无重量变化,偏高岭石结构破坏,生成有缺陷的Al—Si尖晶石相。尖晶石相继续受热,便从1000℃开始转变为莫来石与方石英,出现第二个放热效应。

伊利石类矿物在100~200℃出现吸热谷是由于排除层间吸附水而引起的。在500~600℃之间产生吸热谷是由于结构水的排除而引起的,同时晶格破坏。920℃时吸热,剩余羟基逸出,转变成非晶态。960℃放热,非晶态结晶成尖晶石。

(4)适当降低原料细度。

低温烧成陶瓷磨具不仅是为了节约燃料,降低能源消耗,解决能源供应紧张问题,提高陶瓷磨具工业整体效益与产品市场竞争能力。更重要的是通过节约能源促进企业技术改造和产品更新换代。节约能源早已被列为我国现代化建设的科技发展方向,因此低温烧成在陶瓷磨具行业中有很好的发展前景。

 
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