薄壁輕質(zhì)高強(qiáng)衛(wèi)生陶瓷的生產(chǎn)技術(shù)

陳冀渝

(四川省建材科學(xué)研究院成都610000)

摘要介紹了薄壁輕質(zhì)高強(qiáng)衛(wèi)生陶瓷的一種生產(chǎn)技術(shù)。采用該技術(shù)，衛(wèi)生陶瓷在燒結(jié)時(shí)變形小，且致密、強(qiáng)度高，宜于生產(chǎn)大規(guī)格、輕質(zhì)、薄壁衛(wèi)生陶瓷。

關(guān)鍵詞衛(wèi)生陶瓷平均粒徑泥漿輕質(zhì)高強(qiáng)薄壁大型化

作者簡(jiǎn)介：*陳冀渝(1951-)，大專，工程師；主要從事國(guó)內(nèi)外建材新技術(shù)調(diào)研、翻譯工作。

中圖分類號(hào)：TQ174.76+9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

前言

為人所知，生產(chǎn)衛(wèi)生陶瓷的泥漿是水與粉料拌成，將其注入吸水模具內(nèi)，形成主要由粉料構(gòu)成的坯件，經(jīng)燒結(jié)制成衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品。燒結(jié)助劑不僅降低燒結(jié)溫度，還提高衛(wèi)生陶瓷的致密性和強(qiáng)度。然而生產(chǎn)實(shí)踐表明，泥漿中摻用燒結(jié)助劑，燒結(jié)后衛(wèi)生陶瓷的變形率高，特別是其厚度越薄，變形越大，因此，摻入燒結(jié)助劑，只得將坯件增加至一定厚度，這就難以使衛(wèi)生陶瓷實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)化和大型化。針對(duì)衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)中存在的這一實(shí)際現(xiàn)狀，生產(chǎn)致密、輕質(zhì)高強(qiáng)、薄壁的衛(wèi)生陶瓷成為一項(xiàng)重要的研發(fā)課題。對(duì)此，有關(guān)技術(shù)人員通過(guò)試驗(yàn)和摸索，為生產(chǎn)具有上述性能的衛(wèi)生陶瓷探尋到一條可行的技術(shù)途徑。

1技術(shù)途徑

通過(guò)試驗(yàn)和摸索，探尋到的技術(shù)途徑是將SiO2、Al2O3等主要成分組成的粉料其平均粒徑控制在4μm以下。研究表明，采用該工藝，燒結(jié)時(shí)易促進(jìn)粒料相互固相反應(yīng)，降低燒成溫度，同時(shí)獲得致密性和高強(qiáng)度。因此泥漿中不用白云石和石灰石燒結(jié)助劑，也能降低燒結(jié)時(shí)衛(wèi)生陶瓷變形率，達(dá)到大型、輕質(zhì)和薄壁的目的。具體而言，泥漿的理想顆粒組成是粒徑小于2μm的粉料量在40%以上，粒徑大于20μm的在10%以下，這有利于發(fā)揮上述作用，收到良好的改性效果。此外，用該泥漿制成的衛(wèi)生陶瓷中主要含有SiO2、Al2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O，其中CaO和MgO的總含量在0.8%以下。試驗(yàn)結(jié)果表明，CaO含量在0.4%，MgO含量在0.4%以下，比原衛(wèi)生陶瓷配料所含的這兩種成分要少，因此使衛(wèi)生陶瓷能獲得上述良好性能。

2試驗(yàn)及評(píng)定

表1列出所用泥漿的化學(xué)組成。表1中的數(shù)值分為上下兩部分：上部分為干燥坯件的；下部分為燒成體的數(shù)值。

表2列出了粉料的平均粒徑。

表3列出了粉料顆粒組成。

在粒料中加水，拌制泥漿，用泥漿注入法制作規(guī)格為220mm×45mm的大尺寸坯件，于1200～1220℃及16～24h條件下燒成試件。此時(shí)，燒成窯爐中放置坯件的墊板間距為160mm。試驗(yàn)1和對(duì)比試驗(yàn)1中的最高燒成溫度為1218℃，試驗(yàn)2和對(duì)比試驗(yàn)2中最高燒成溫度為1087℃。

表1　衛(wèi)生陶瓷用泥漿化學(xué)組成(%)

表2　泥漿用粉料平均粒徑

表3　粉料顆粒組成

圖1為坯件厚度與燒成體彎曲度的關(guān)系曲線圖(燒成體彎曲度是指坯件燒成時(shí)中央部燒垂的長(zhǎng)度)。

不論坯件厚度大小，試驗(yàn)1坯體較對(duì)比試驗(yàn)1的燒成彎度小20%。這歸結(jié)于試驗(yàn)1泥漿中CaO和MgO含量較對(duì)比試驗(yàn)1的少。因此，用試驗(yàn)1的泥漿，衛(wèi)生陶瓷變形比率小，可降低其壁厚，實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)化和大型化。

對(duì)試驗(yàn)1和2及對(duì)比試驗(yàn)1和2的試件測(cè)定干燥質(zhì)量、水中質(zhì)量、飽和質(zhì)量、吸水率、表觀氣孔率、表觀密度、松密度和抗彎強(qiáng)度,測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。

圖1　試件厚度與燒成體彎曲度的關(guān)系曲線圖

各項(xiàng)性能指標(biāo)試驗(yàn)1對(duì)比試驗(yàn)1試驗(yàn)2對(duì)比試驗(yàn)2干燥質(zhì)量(g)60.01364.42853.99255.252水中質(zhì)量(g)35.69837.95133.40434.259飽和質(zhì)量(g)60.03164.45559.38161.530吸水率(%)0.0300.0429.98111.362表觀氣孔率(%)0.0740.10220.74523.021表觀密度2.4682.4332.6222.632松密度2.4662.4312.0782.026抗彎強(qiáng)度(MPa)91.3077.049.7041.25

表4表明，燒成溫度為1218℃的試驗(yàn)1和對(duì)比試驗(yàn)1相比，試驗(yàn)1的吸水率和表觀氣孔率更小，其松密度更大。這是由于試驗(yàn)1所用泥漿中顆粒平均粒徑小于4μm(見(jiàn)表2)，特別是粒徑小于2μm的顆粒含量在40%以上，粒徑大于20μm的顆粒在10%以下(見(jiàn)表3)，試件致密性好的緣故。此外，試驗(yàn)1泥漿中，具有表1所示化學(xué)組成的粉料未含白云石和石灰石，由此制成的試件其抗彎強(qiáng)度高。這歸結(jié)于即使在同一溫度下，試驗(yàn)1中促進(jìn)燒結(jié)時(shí)顆粒間相互固化反應(yīng)，使顆粒相互堅(jiān)固結(jié)合。由此可見(jiàn)，試驗(yàn)1的有效實(shí)用性高。就燒成溫度為1087℃的試驗(yàn)2與同一溫度的對(duì)比試驗(yàn)2進(jìn)行對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果與上述結(jié)果一樣。

用試驗(yàn)1和試驗(yàn)2的衛(wèi)生陶瓷用泥漿制成與上述同樣的試件。此外，對(duì)比試驗(yàn)5～11為常用的衛(wèi)生陶瓷，其泥漿所用粉料化學(xué)組成也見(jiàn)表1。

由表1可知，試驗(yàn)1和試驗(yàn)2與對(duì)比試驗(yàn)1～11相比，衛(wèi)生陶瓷的CaO和MgO總含量小于0.8%，燒成變形比率小、壁薄，可實(shí)現(xiàn)衛(wèi)生陶瓷的輕質(zhì)和大型化。