2006年第4期(第 112期)佛山陶瓷9添加劑對合成堇青石的影響曾國輝(武漢理工大學材料科學與工程學院 武漢 430070)摘要本文研究了鋯英砂碳酸鋇、硅線石、氟化鈣四種添加劑及其含量對合成堇青石晶相組成的影響。結(jié)果表明:四種添加劑的加入均提高了堇青石的含量, 且加入量都有-最佳值,分別為鋯英砂2wt%、碳酸鋇3wt%,硅線石2wt%、氟化鈣2wt%。關(guān)鍵詞堇青石， 合成，添加劑1前言2.1.1原料(1)蘇州土:主要為合成提供氧化硅;堇青石(2Mg0.2Al203.5SiO2)具有優(yōu)良的熱學性能,是(2)礬土:主要為合成提供氧化鋁;現(xiàn)代陶瓷工業(yè)、冶金工業(yè)不可缺少的原材料。董青石的合(3)滑石:主要為合成提供Mg0、Si0;成已經(jīng)有近百年的歷史,但仍是一項很困難的工作,這主(4)各種添加劑:A鋯英砂(ZrSi04);B碳酸鋇(Ba-要是因為它的生成條件比較苛刻:其生成溫度與分解溫度CO3);C硅線石(A10*.Si02);D氟化鈣(螢石CaF2)。原料化接近,即燒成溫度范圍窄;在較低溫度下沒有明顯的堇青學成分如表1所示,添加劑加入量如表2所示。石生成,提高溫度又會導致大量的玻璃相生成,降低制品2.1.2坯料配方的熱穩(wěn)定性。。作為耐火材料,要求其具有較高的堇青石含基礎(chǔ)坯料按以下成分配制:蘇州土40wt%、滑石量.高的致密性及盡可能少的雜質(zhì)。38wt%、礬土22wt%。2.1.3工藝2試驗(1)配料:按上述配方進行配料;(2)細磨(干磨):將混合料于行星球磨機中磨料,干磨時加1%~3%的油酸,以防粘結(jié),干磨時間為24h,以保證小于2.1原料及制備過程1 μ m的顆粒占15%~30%,配料均勻混合;表1原料的化 學組成(wt%)原料SiO2Fe203TiO2Ca0Mg0I.L礬土14.261. 8276. 814.033. 08蘇州土47.50.9534. 400. 600. 13l6. 42滑石2. 1733.6011. 03表2添加劑的種類及加入量 (wt%)編號#0#t3+5+8#10#11中國煤化工添加劑告英砂 鋯英砂鋯英砂鋯英砂碳酸鋇碳酸鋇硅線MYHCNMHG氟化鈣加入量34210FOSHAN CERAMICSVol.16 No.4(Serial No.112)(3)陳腐:陳腐時間48h以上;見添加劑A對提高基礎(chǔ)料中堇青石含量有明顯作用。#1、(4)采用模壓成形,混好的料加0.8%的糊精(另加水#2、#3#4樣品之間橫向比較:#1樣品主晶相堇青石占絕大2.4%)作粘結(jié)劑,和成泥料,制成形狀規(guī)則的塊狀樣品,成多數(shù),次晶相為莫來石相,此外樣品內(nèi)還有其它相;#2樣品形壓力58. 8~98.0MPa;主晶相仍是堇青石，次晶相為莫來石相,其主晶相強度比(5)干燥:采用烘箱烘干,以免燒成時干裂;#1樣品高;#3樣品主晶相為堇青石相,次晶相為莫來石、鋯(6)燒成:樣品放入硅鉬爐中進行燒成,在低溫階段英石;#4樣品主晶相是堇青石相，次晶相為莫來石、鋯英(300°C)升溫速度不可太快,以免因水分排出太快而引起石,幾乎無其它雜峰,且鋯英石含量顯著增高,堇青石相則樣品開裂;中溫階段升溫速度可快些;高溫階段也不可過相對減少。由此可知:#2樣品最為理想，堇青石含量高,雜快,此段時間是堇青石的生成階段,升溫速度過快會影響峰比較少董青石的結(jié)晶。燒成曲線見圖1。(3) #5 #6樣品中堇青石含量明顯高于#0樣,可見B1600 r添加劑效果明顯。但B添加劑加入量不同,產(chǎn)生的雜相也200 t有所不同:#5樣品主晶相為堇青石,另外有a -A1203和莫1000 I來石等雜相產(chǎn)生,此外還有不確定的峰值出現(xiàn);#6樣品雜峰明顯少于#5樣品,其衍射圖見圖3。00 I00 t)60120180240300360420480540600●-萬青石時間(min)▲一莫來石圖1燒成曲線圖2.2分析與討論Jbwix Je2.2.1 X- ray衍射分析020305(5070根據(jù)理論分析燒成后試樣的主晶相是堇青石,并且#6樣品(3%B添加劑)的XRD圖占絕大部分;其次可能出現(xiàn)莫來石相、剛玉相以及A.B、C、D等各添加劑形成的一系列次晶相;其余部分則是玻(4)加入C添加劑可能會引入雜質(zhì),但縱觀整體效果,璃相等。(1) 圖2(a)為#樣品的衍射分析圖。#0樣品是由仍是較大地提高了堇青石相的含量,減少了雜相。綜合分析純的基礎(chǔ)料燒結(jié)而成的,整個圖譜背底較厚,主要由玻璃#7#8#9樣品的XRD圖譜,#8樣品合成的堇青石含量最高。相組成,并且有許多小的雜峰。由圖2可知:#0樣品的主從圖4可以看出:#8樣品的主晶相為堇青石，次晶相a -A1203莫來石含量少,雜峰明顯少于#7和#9樣品。晶相是堇青石,次晶相主要是剛玉莫來石。(2)圖2(b)為#2樣品的XRD圖,與#0樣品相比,雜峰|明顯減少,說明雜相明顯減少，堇青石含量顯著增大,可●冀青石.■-0-A1203 ;.▲-莫來石■-a-Al203細)物樣品izi識R3C5圖4#8樣品(2%C添加劑)的XRD圖譜●-革青石▲-莫來石(5)與#0樣比,#10 #11兩個樣品堇青石含量都有很大的提高。與#11 樣品相比,#10樣品堇青石衍射峰的2(4060相對強度更高,中國煤化工2.2.2物相與真HCNMH G用比重瓶法測材料的真密度,真密度與制品中的物相圖2 #0 樣品(無添加劑)與#2樣品(2%A添加劑)的XRD圖2006年第4期(第 112期)佛山陶瓷112.95}2.85] --蒸青石2.75→-ζ▲-莫來石區(qū)2.65最2.551iWisilit J心i辮2.45020340550702. 352.257圖5#10樣品(2%D添加劑)的XRD圖譜123添加劑的含最x(%)有很大的關(guān)系,其中某種晶相含量越多,制品密度則越接圖6各添加劑量與樣品密度的關(guān)系近此種物相。表3為四種晶相的理論密度。由以上分析可以看出:物相與密度的關(guān)系是極其密切表3物相的密度的,含某種物相多,樣品密度就越靠近該種物相的密度,這物相堇青石A1203鋯英莫來石可以作為-種輔助的分析手段。以上的結(jié)果與用XRD分析的結(jié)果是相符的。密度(g/cm')2. 53.93.13結(jié)論圖6為密度(d)-添加劑量(x)關(guān)系圖。由圖6可知,對加入A添加劑的試樣#4(4%A)樣 品密度大,#2(2%A)密(1)加入實驗所用的四種添加劑,均能大大提高基料度最小，這是因為隨著添加劑量的增大,#4樣品中鋯英石中堇青石的含量,并且減少了雜質(zhì);相占的比例很大,而鋯英石密度又較大,所以制品密度最(2)每一-種添加劑的加入量都有一個最合適的量,接近鋯英石的密度，密度最大。#0 樣品中因各雜相(a過多或過少效果都不好。四種添加劑較合適的加入量分別-A1203、莫來石等)多,雜相密度相對較大,所以密度較大,為:鋯英砂2wt%,碳酸鋇3wt%,硅線石2wt%,氟化鈣2wt%;而#2樣品中堇青石相含量最高,雜相少,而堇青石相密(3)通過對比各種添加劑所產(chǎn)生的作用可以看出,碳度低,故#2樣品最靠近堇青石密度,密度最小。其它#1、酸鋇添加劑效果最好，堇青石與標準JCPD卡能很好地吻#3樣品則處于這幾個密度之間,與以上規(guī)律相符。合,并且雜相很少。對含B.C、D添加劑的樣品，也可得出同樣的結(jié)論:添加B添加劑的#朽樣品雜相多于#6樣品，故其密度比#6樣品高;#6樣品因堇青石相最多，故雜相最少,密度最低。參考文獻加入C添加劑的#9樣品含雜相最多，故其密度最大。由1陳玉清,吳正，王連星.堇青石的合成及應(yīng)用[J].于C添加劑密度較大,所以#7、#8、#9樣品密度都比#0樣中國陶瓷,1992,5品密度有所增加。加入D添加劑的#10樣品雜相多,故密2郭瑞本.堇青石莫來石質(zhì)低膨脹窯具的研制及應(yīng)用[J].度大,而#11樣品雜相少,故密度小。Effects of Additives on Synthesizing CordieriteZeng Guohui(School of Materials Science and Engineer ing Wuhan University of Technology Wuhan 430070)Abstract:The effect of additives zirconium silicate， barium carbonate， si的管化2nd their adingquatities on crystal phase and mineral composition of synthesized cordierit_per. The resultsshowed that the four additives could greatly improve the content of cordier:fH.CN M H G8 quatities areas following:zirconium silicate 2wt%， barium carbonate 3wt%, sillimanite 2wt%, IluorIte zwt%.Keywords: cordierite, synthesize, additive