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降低長石釉燒成溫度關(guān)鍵技術(shù)的研究

孔祥明邵明梁何易龍宋來振

(濟南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院濟南250022)

前言

長石釉是陶瓷生產(chǎn)中最常用的釉料之一，屬于透明釉的一種，是由長石、石英、鐘乳石、滑石、生焦寶石、鋰輝石、碳酸鋇及氧化鋅等組成。與石灰釉相比，它具有高溫液相表面張力大，成熟溫度范圍較寬；透明度較低并具有一定的乳濁效果；膨脹系數(shù)較大，容易產(chǎn)生釉裂，通常適用于日用瓷器[1]。長石釉在低于1120℃的溫度下不易熔融，其燒成溫度一般為1285℃，且燒成收縮率大，使制品吸水率降低，強度提高，平均抗彎強度超過100MPa。為了降低長石釉的燒成溫度，對大量配入低溫熔塊或碎玻璃的方案做過技術(shù)嘗試，然而效果并不理想[2]。首先，熔塊成本較高；燒結(jié)時坯體易變形，尺寸精確度得不到保障；燒成收縮不均勻等。其次采用碎玻璃生產(chǎn)，其化學(xué)組成不夠穩(wěn)定，而且碎玻璃的收集存在著一定的難度。因此這兩種方案并不切實可行。若在1120℃的溫度下燒制質(zhì)量比較穩(wěn)定的長石釉采用原有配方是不可能實現(xiàn)的[3]。鑒于以上這些問題，筆者對降低長石釉燒成溫度進行了一系列研究，進一步完善了長石釉配料方案及工藝制度。

1　試驗方案與過程

1.1試驗用原料化學(xué)組成

長石釉的組成包括：鈉長石、石英、滑石、生焦寶石、碳酸鋇、鋰輝石、鐘乳石、氧化鋅，其原料化學(xué)組成見表1。

表1　原料化學(xué)組成(質(zhì)量%)

1.2樣品性能指標

燒成溫度≤1120℃，白度>86，光澤度>55，吸水率<0.05%,干燥收縮率<8%，燒成收縮率<10%,熱震穩(wěn)定性:200℃～20℃水中熱交換一次不裂，鉛溶出量≤5ppm,鎘溶出量≤0.1ppm。

1.3原料對長石釉性能的影響

1.3.1氧化鋅

氧化鋅是一種化工原料，容重為5.606g/cm3,熔點為1975℃[4]。氧化鋅系中性氧化物,它能降低釉料的成熟溫度,提高釉面光澤度、白度和熱震穩(wěn)定性，并能拓寬釉料的燒成范圍，但用量過多,容易與SiO2生成硅酸鋅晶體,使釉面失去光澤,而且還會影響釉漿的工藝性能,易產(chǎn)生坯體脫釉缺陷。因此,氧化鋅在長石釉中的使用量一般控制在4.0%～8.0%。

1.3.2碳酸鋇

碳酸鋇可以降低釉料的高溫粘度，改善釉面的光澤度[5]。

1.3.3鐘乳石

通過對試樣的觀察發(fā)現(xiàn)：只有鐘乳石與長石的含量呈一定比例關(guān)系時，才能夠呈現(xiàn)出理想的白色調(diào)[6]。加入了鐘乳石后，堿釉的高溫粘度高，氣泡不易變大。

1.3.4鋰輝石

陶瓷在燒結(jié)過程中會產(chǎn)生很多微裂紋，難以燒制成致密結(jié)構(gòu)。采用鋰輝石作為添加劑，其中的鋰是強助熔劑，在高溫時熔融為液相，填充釉料中的空隙，可獲得高致密的釉層[7]。因此，在陶瓷釉料中引入鋰輝石有助于改善釉料的性能。

1.4試樣制備

1.4.1工藝參數(shù)

1)快速磨研磨時間：35min；

2)球磨細度：250目篩余<0.5%；

3)料∶球∶水=1.0∶2.0∶0.5;

4)干燥溫度：105℃，入燒成電爐水分<0.1%;

5)燒成制度：采用電爐中性氣氛燒成，燒成制度控制曲線見圖1。

圖1　燒成制度曲線Fig.1　Firing curve

1.4.2配方的調(diào)整

通過實驗，可以得到一個基本的長石釉配方(質(zhì)量%):鈉長石58，石英2，滑石15，生焦寶石7，碳酸鋇2，鐘乳石5，氧化鋅4，鋰輝石7，其基本配方的化學(xué)組成如表2所示。

采用控制變量的實驗原理，分別調(diào)整氧化鋅、碳酸鋇、鐘乳石、鋰輝石的比例來進行試驗，得到A、B、C、D 4組試驗配方(如表3所示)。

表2　長石釉基本配方的化學(xué)成分(質(zhì)量%)

表3　試驗配方表(質(zhì)量%)

2　結(jié)果分析與討論

2.1試驗結(jié)果

按照配方進行制樣，再按上述工藝制度燒成，并將燒成試樣按照國家標準GB/T3532-2009測定其白度、光澤度、吸水率、燒成收縮、干燥收縮、熱震穩(wěn)定性、鉛溶出量和鎘溶出量，試驗結(jié)果見表4。

表4　各組配方的實驗結(jié)果

續(xù)表4

在所進行試驗的4組配方中，各組中性能指標比較好的配方分別為：A-3、B-3、C-3、D-2，其各項性能如表4所示。

從表4可以看出，碳酸鋇、氧化鋅、鐘乳石、鋰輝石分別占3%、6%、5%、7%時，釉料在1120℃下燒成的性能最好。由此可得出配方D-2的性能最好，其釉式為：

2.2分析與討論

由A組試驗可以看出，氧化鋅在加入量為6%左右時，其白度、光澤度等性能最好；加入量過少釉面光澤度略低；加入量超過9%時則會出現(xiàn)析晶，大大影響釉面的光澤度。所以在B組實驗中將氧化鋅調(diào)整到6%最佳。

由B組試驗可以看出，碳酸鋇在加入量為3%左右時，可以大大提高釉面光澤度并且不影響其它理化性能指標。如果其含量過低或過高會使釉面無光，而且含量過高還會增加高溫時二氧化碳排出量，使得釉層存有較多氣泡。所以C組試驗加入3%的碳酸鋇效果最好。

由C組試驗可以得出，鐘乳石在加入量為5%左右時，可以明顯提高長石釉的白度，而且不影響其它理化性能指標。如果加入過少釉的白度達不到標準；反之加入量過多會增加二氧化碳的排出，并且使釉料高溫液相的粘度增大，釉層氣泡增多，且使釉面平整度變差，所以D組加入5%的鐘乳石進行試驗。

由D組試驗結(jié)果可以看出，鋰輝石在加入量為7%左右時，可以明顯降低長石釉的燒成收縮率、干燥收縮率以及吸水率，增大體積密度，并且不影響其它理化性能指標。加入量過少或過多沒有明顯效果。而且鋰輝石價格較高，其含量過高也會提高釉料成本。

3　結(jié)論

1)本試驗成功地使長石釉的燒成溫度從1285℃降低至1120℃。

2)試驗中，在1120℃的燒成溫度下，長石釉的最佳性能指標是：白度為88、光澤度為57、干燥收縮率為6.30%、燒成收縮率為9.16%、吸水率為0.02%、體積密度為2.15g/cm3、鉛溶出量<0.01ppm、鎘溶出量<0.01ppm、熱震穩(wěn)定性為200℃～20℃水中熱交換一次不開裂。

3)氧化鋅含量過高會使釉漿產(chǎn)生析晶傾向，同時增加了釉料成本；鐘乳石含量過高會使釉面產(chǎn)生氣泡；碳酸鋇含量過高會使釉面無光；鋰輝石含量過高會增大釉料成本。

4)氧化鋅、碳酸鋇、鐘乳石、鋰輝石等對燒成溫度影響較大，并且他們適量的配比可以改善長石釉的白度、光澤度、吸水率、干燥收縮率、燒成收縮率、熱震穩(wěn)定性、鉛溶出量以及鎘溶出量等性能指標。

參考文獻

1周忠華.硬質(zhì)陶器低溫?zé)傻难芯?江蘇陶瓷,2007(4):11～13

2素木洋一著.硅酸鹽手冊.劉達興譯.北京:輕工業(yè)出版社,1982

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4鄒建金.日用陶瓷原料各種氧化物在坯釉中的作用.景德鎮(zhèn)陶瓷,1990(3):10～14

5張怡，朱劍，王濤，等.低溫陶瓷的燒成溫度測定及其初步應(yīng)用.南方文物,2012(1):140～146

6曹愛紅.鋰輝石對陶瓷燒結(jié)性能的影響.中國陶瓷,2006(7):30～32

7戴慕潛.長石釉的結(jié)構(gòu)和性質(zhì).中國陶瓷,1982(5):18～24

《耐火材料》雜志2016年征訂啟事

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摘要筆者研究了降低長石釉燒成溫度的配方與工藝制度等。研究表明，通過調(diào)整氧化鋅、碳酸鋇、鐘乳石以及鋰輝石的配比，來降低長石釉的燒成溫度(從原來的1285℃降低到1120℃)。較大地降低了長石釉的燒成溫度，從而降低了燒成能耗，節(jié)約了燃料；并且增強長石釉的白度、亮度、透明度以及熱震穩(wěn)定性等各項理化指標；從根本上改善了長石釉從高溫?zé)傻街袦責(zé)傻臒芍贫取?/p>

關(guān)鍵詞降低長石釉燒成溫度能源消耗理化指標

Reduce the Feldspar Glaze Firing Temperature Key Technology Research

Kong Xiangming,Shao Mingliang,He Yilong,Song Laizhen(School of Material Science and Engineering University of Jinan,Jinan,250022)

Abstract:This paper studies the formulation and process of the feldsparglaze firing temperature system by adjusting the ZnO and BaCO3, CaCO3and LiAl(SiO3) ratio to reduce the feldspar glaze firing temper-ature. And the feldspar glaze firing temperature down significantly reduce, which down from 1285℃ to 1120℃, so as to reduce the firing energy consumption and cost savings. The physical and chemical ind-exes such as whiteness, brightness, transparency and thermal shock resistance enhances of the feldspar glaze. So this studies fundamentally improved the feldspar glaze temperature firing from high temperature firing into the burningsystem.

Key words:Reduce; Feldspar glaze; Sintering temperature; Energy consumption; The physical and chemical indicators

中圖分類號：TQ174.6

文獻標識碼：A

文章編號：1002-2872(2015)09-0019-05

通訊作者：邵明梁(1963-)，研究生，副教授；主要從事教學(xué)與科研工作，研究領(lǐng)域為普通陶瓷與特種陶瓷，重點研究陶瓷的坯體與釉料配方。