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1、擴大陶瓷制品燒成范圍的途徑 擴大陶瓷制品燒成范圍的途徑 2011年01月20日 　　陶瓷的燒成范圍對陶瓷制品質量穩(wěn)定性和生產(chǎn)中廢品率有很大影響，所以擴大陶瓷燒成范圍與降低燒成溫度一樣，具有很大的實際意義。目前降低燒成溫度最普遍方法是采用礦化劑，而實際上在加入礦化劑時，不僅影響到陶瓷燒成溫度，而且也影響到陶瓷燒成范圍，因此在選擇礦化劑的時候，這兩者都要兼顧。 目前采用的礦化劑基本上可以分成以下幾類： （1）能與陶瓷基體氧化物形成固溶體或低共熔物的礦化劑，這類礦化劑為鈣、鋅、鎂、鋇、錳、硼的化合物。也包括一些熔劑性礦物，如長石、透輝石。 （2）采用能使陶瓷晶格中產(chǎn)生缺位形成反應的礦化劑

2、。為了制備高致密度、無氣孔陶瓷，采用能使陶瓷晶格產(chǎn)生缺位形成反應的礦化劑，使礦化劑的缺位機理加速擴散，以促使晶體內部和晶體之間的氣孔排除，又改善晶體界面和本身結構。 （3）復合礦化劑，例如采用滑石和螢石組成的復合礦化劑，可以使剛玉陶瓷燒成溫度從1700℃降低到1580℃。此類復合礦化劑加入量為3~7%（其是86%為滑石、14%螢石）。M-7剛玉陶瓷燒成溫度高達1700℃，采用TiO2+MnO2+滑石瓷復合礦化劑，可以使它的燒成溫度降低到1420~1440℃。 （4）采用玻璃態(tài)礦化劑，如加入鈉鈣玻璃作為礦化劑，也可以是其它系統(tǒng)的玻璃，如：CaO-B2O3-SiO2系統(tǒng)玻璃等。 （5）采用超細金屬

3、粉作為陶瓷燒成的礦化劑，這是近年來強化陶瓷燒成過程，改善陶瓷材料性能的新的有效途徑，例如在剛玉陶瓷和二氧化鋯陶瓷中引入銅粉或鎳粉或鋁粉。這不僅可以降低陶瓷燒成溫度而且使這兩類陶瓷燒結密度、強度、抗裂性、硬度、耐磨性得以改善。 以上幾類礦化劑引入一般都能降低陶瓷燒成溫度，但對燒成范圍有的礦化劑會帶來不利影響：例如第1類礦化劑，它的引入在陶瓷中生成低熔化合物或者降低熔體粘度，這樣常常使燒成范圍變窄，給陶瓷生產(chǎn)帶來負影響。 如何擴大陶瓷燒成范圍，可以從降低陶瓷中熔體開始出現(xiàn)的溫度，或增加熔體粘度兩方面著手。 對于窄的燒成范圍的陶瓷隨著溫度升高，在燒成時產(chǎn)生的熔體顯粘度快速降低，例如：在溫度增加時，含

4、鎂的鋁硅酸鹽熔體比含鈣的鋁硅酸鹽和含鋇鋁硅酸鹽熔體粘度降低要快，所以在用鎂、鈣、鋇離子作為礦化劑的高頻瓷中，鎂離子對熔體粘度變化有決定性影響，為此用硼來代替高頻瓷中鎂的成份，引入硼的化合物導致形成復雜成份的低熔混合物，它的熔點為977℃，而含鎂的低熔體形成溫度比此溫度高，因此引入硼，使陶瓷在燒成時、液相在更低溫度下產(chǎn)生，從而擴大了燒結范圍，此外加入B2O3也降低了熔體表面張力，改善了固相濕潤狀況，并且減少了顆粒之間的空隙和氣孔，以致于在最終燒成階段，有可能減少陶瓷過燒情況。例如：對于Yф-46高頻瓷在不加B2O3時燒成范圍為20~30℃，燒成溫度為1390~1410℃，而加入0.92% B2O

5、3使燒成范圍擴大到100℃，燒成溫度為1370~1390℃。 在傳統(tǒng)的KM-1、Yф-53、Yф-46剛玉一莫來石陶瓷，采用碳酸鈣、碳酸鋇作礦化劑，這些化合物作為礦化劑在加熱過程中轉化為氧化物，而產(chǎn)生燒結作用，采用這類礦化劑，燒結范圍很窄，一般在20~40℃，而用TiO2+MnO2+滑石復合礦化劑，不僅可以降低燒成溫度（為1360~1380℃），而且使燒成范圍擴大到200℃，這因為TiO2和MnO2加入形成侵入式固溶體，并在這時產(chǎn)生剛玉晶格變形，但為了克服TiO2和MnO2礦化劑引入形成粗晶結構，同時引入滑石，滑石在燒成過程中脫水，并分解形成偏硅酸鎂和二氧化硅，引入鎂鹽和氧化鎂是減緩剛玉晶體的

6、生長的最有效辦法，二氧化硅同樣地減緩剛度結晶生長。 用粘土38%，純橄欖巖12%，熱粘土50%制備的化學瓷雖然具有良好性能，但它的燒成范圍僅為30℃。燒成范圍窄的原因，形成的熔體數(shù)量迅速增加。所以為了擴大它的燒成范圍，必須增加燒成時熔體粘度。研究表明：在陶瓷配合料中同時引入8~10%工業(yè)氧化鋁，0.2~2%玄武巖及0.4~1.5%碳酸鋇，不僅仍保留化學瓷所要求的性能和燒成溫度，但它的燒成范圍擴大到135~140℃，這由于上述三個成份引入熔體粘度有所提高，并形成的玻璃相硬度增加了，而且形成玻璃相溫度有所降低。 對于制備傳統(tǒng)的軟瓷，主要成份為高嶺土、蒙脫石、石英、長石。在陶瓷燒成過程中，在930~

7、950℃，由于長石熔化，生成熔體，在熔體中發(fā)生莫來石形成的結晶，在這種情況下，石起到調節(jié)粘度的作用，使這類陶瓷具有比較寬的燒成范圍。在制備塊滑石瓷時，采用以下組成：滑石、粘土及礦化劑（碳酸鋇），在燒成時、在1150~1170℃范圍，形成比較多的鋇鋁硅酸鹽熔化。但該組成的塊滑石瓷燒成范圍狹。為了提高熔體粘度，采用加入硼的化合物，從而使它的燒成范圍有所擴大。另一個擴大這類陶瓷燒成范圍的途徑，可以采用NiO作為礦化劑，它的加入量為1.6~2.5%。在塊滑石瓷中主要結晶相是鎂的偏硅酸鹽，加入礦化劑NiO，在1200~1400℃范圍，通過固相反應形成正硅酸鎳，并且氧化鋁以不大數(shù)量熔于于氧的鎳中，在NiO

8、-SiO2-Al2O3系統(tǒng)中正硅酸鎳相當穩(wěn)定，以致于它可以均勻分布于熔體的液相中，使熔體粘度增加，并且成為玻璃相的骨架，所以在塊滑石瓷中加入NiO不僅擴大了燒成范圍，而且也使塊滑石瓷致密度和強度等性能得以改善。 天然透輝石（CaO.MgO.2SiO2）它的熔化溫度為1390℃。在帶有粘土的陶瓷材料中，透輝石可以形成易熔低熔化合物，這因為在900~1250℃范圍，透輝石促進形成液相，并且把氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂結合到液相中，從而提高陶瓷材料的反應能力。在1250℃透輝石起到助熔劑的作用，因此透輝石對于高鋁陶瓷和其它陶瓷，可以作為降低燒成溫度和促成玻璃相形成的礦化劑。研究表明：當透輝石作為

9、礦化劑加入，陶瓷不僅可以降低燒成溫度100~150℃，而且可以改善陶瓷的物理機械性能和介電性能。因此既可以建立透輝石基礎上的陶瓷，也可以把透輝石以礦化劑型式引入到陶瓷中，但在陶瓷中引入透輝石以礦化劑型式引入到陶瓷中。但在陶瓷中引入透輝石也帶來不利影響，即使陶瓷燒成范圍變狹。因此要獲得性能良好的透輝石陶瓷，必須探討擴大這類陶瓷燒成范圍的途徑。 由于透輝石加入使陶瓷具有良好介電性能，俄羅斯研制成功了透輝石基礎上DCK-5型高頻電瓷，其成份為透輝石、粘土和硼的化合物，其中硼的化合物作為礦化劑。該陶瓷在燒成時熔體形成溫度為1150℃，由于透輝石部分溶于熔體中，使熔體中富集氧化鈣和氧化鎂，從而使熔體粘度

10、降低，燒成范圍變狹。采用鋯石（ZrSiO4）作為燒結添加劑，它逐漸熔解于熔體中，以調節(jié)熔體粘度、補償透輝石不良影響，從而使該陶瓷燒成范圍擴大。 降低燒成開始溫度，也就是降低熔體開始出現(xiàn)的溫度，這也是擴大陶瓷燒成范圍的有效措施，但也不是絕對的。在低溫燒成的透輝石瓷，曾研究采用軟化溫度為700~800℃堿性硅酸鹽玻璃作為礦化劑，它能同陶瓷料中某些成份進行反應，在溫度850~900℃下形成熔體，但在提高溫度時，它的粘度很快降低，這類透輝石陶瓷雖然有低的燒成溫度，但它的燒成溫度很狹，在實際生產(chǎn)中很難獲得質量穩(wěn)定的產(chǎn)品。 為了使透輝石瓷在950~1100℃范圍燒成，而又具有寬的燒成范圍和良好的使用性能，

11、采用引入以下組成復合礦化劑，即CJI電氣玻璃廢料+硼酸。CJI電氣玻璃化學成份如下：SiO270.77、CaO 5.41、MgO 3.44、Al2O3 1.48、Fe2O3 0.1、Na2O 15.87、k2O 0.98、BaO 1.97。加入這類復合礦化劑，不僅使陶瓷在850~900℃下形成熔體，而且熔體具有很大粘度。一般這類復合礦化劑加入量為4~5%。采用鉀長石+鈉長石作為透輝石陶瓷的礦化劑，也有上述效應，加有這類復合礦化劑的透輝石陶瓷燒成溫度為950~1050℃，燒成范圍達100℃，燒成的陶瓷具有穩(wěn)定的收縮率和吸水性，良好的物理機械性能和介電性能。研究表明：僅僅以鉀長石或鈉長石作為礦化劑引入到透輝石瓷中，不能達到擴大燒成范圍的目的。 4699673O