鋰瓷石在超低溫玻化磚中的應用研究

周健兒 劉昆 汪永清 胡海泉

（1.景德鎮陶瓷學院，江西景德鎮333001；2.江西省陶瓷研究所，江西景德鎮333001）

鋰瓷石在超低溫玻化磚中的應用研究

周健兒1劉昆1汪永清1胡海泉2

（1.景德鎮陶瓷學院，江西景德鎮333001；2.江西省陶瓷研究所，江西景德鎮333001）

鋰瓷石引入坯體可有效地降低產品的燒結溫度，實驗表明，當基礎配方中直接外加35%的鋰瓷石，或以鋰瓷石替代基礎配方中25%長石時，均可將產品的燒結溫度降低約30℃，鋰瓷石的引入，可提高坯體的干坯強度，在配方中形成K2O-Na2O-Li2O多元復合熔劑，將產品的燒結溫度范圍拓寬為50℃，保證坯體可在超低溫度燒結，滿足生產需求。

鋰瓷石，超低溫度，多元復合熔劑，燒結溫度范圍

1 前言

建筑陶瓷是我國能源消耗大戶，耗費了大量的原料和燃料；并排放了大量的CO2廢氣，加劇了地球溫室效應，是國內外CO2廢氣排放重災行業，玻化磚是建筑陶瓷主要產品之一，其燒成溫度一般在1150～1200℃之間。目前，在保證產品主要性能指標不變，燒成周期依為48～100min的情況下，降低玻化磚燒成溫度100℃左右，仍是國際上難以逾越的技術壁壘。如能突破這一技術壁壘，可降低總能耗20～30%，并大大減少CO2的排放，為減緩和逐步克服溫室效應做貢獻，達到節能減排的目的。

現有的降低建筑陶瓷燒成溫度的主要方法是加入大量的熔劑類原料替代粘土類原料，而大量的熔劑類瘠性料的加入使得干坯強度明顯下降，Na2O、K2O等堿性氧化物比例過高又造成產品燒成溫度范圍變窄、產品成品率下降、成本提高，從鋰瓷石的化學組成來看，除了含有1.7%左右的Li2O外，還含有一定量的Na2O、K2O堿金屬氧化物，因此具有極強的助熔能力，另外從鋰瓷石的礦物組成來看，由于其含有大量的絹云母礦物，故具有較好的可塑性，有利于提高陶瓷制品的干坯強度，因此用于超低溫建筑陶瓷坯體中可起到降低燒成溫度，縮短燒成時間，增強坯體強度，拓寬燒成范圍的作用。

本文通過在基礎配方中直接外加鋰瓷石，或以鋰瓷石替代基礎配方中的長石，在降低燒成溫度的同時又縮短了燒成時間，增強了干坯強度，而且拓寬了制品的燒成溫度范圍，提高了產品的穩定性。

2 實驗

本實驗選擇品質穩定，儲量豐富，價格低廉的多種建筑陶瓷通用礦物原料作為基礎配方用料，實驗所用鋰瓷石選用江西宜豐的優質鋰瓷石，各種礦物原料的成分見表1。

坯料→球磨過篩→干燥造粒→陳腐→半干壓成型→干燥→燒成→性能測試（燒成收縮、吸水率、干坯強度、抗折強度）

3 結果分析與討論

表1實驗所用原料的化學組成（wt%）Tab.1 Chemical composition of raw materials for experiment（wt%）

表2基礎配方的化學成分（wt%）Tab.2 Chemical composition of basic formula(wt%)

表3外加鋰瓷石的燒成性能指標Tab.3 Firing performance of the formula with added lithium chinastone

3.1 鋰瓷石的引入對配方燒成性能的影響

本實驗前期進行了可行性實驗，得出了基礎配方，其燒成溫度范圍為1090～1140℃，燒成總用時50～70min（含保溫時間），產品性能符合國家標準，基礎配方化學組成見表2。

本實驗在基礎配方中外加不同用量的鋰瓷石，考察不同鋰瓷石用量對試樣燒成性能的影響，鋰瓷石外加量從20～40%，試樣燒成溫度設定為1070℃，總燒成時間約60min，性能測試結果見表3。

另一部分實驗用鋰瓷石來替代原基礎配方里面的長石，考察鋰瓷石替代長石對試樣燒成性能的影響，替代量從10～30%，試樣燒成制度與上一組實驗相同，性能測試結果見表4。

3.1.1鋰瓷石引入對吸水率和抗折強度影響

鋰瓷石是強堿，與鉀和鈉有類似的化學作用。鋰是堿金屬中原子量最小的元素（鉀的原子量為39，鈉為23，而鋰為6.94）。因此，鋰的助熔作用大于鈉，更大于鉀。以含鋰礦物作為熔劑，從圖1和圖2都可以看出隨著鋰瓷石含量的增加，配方的吸水率明顯下降，燒成溫度降低。

圖1和圖2對比可以看出，當鋰瓷石替代長石時降低溫度的效果更明顯，替代量為25%時就可以使配方在1070℃燒制成瓷，而直接外加35%的鋰瓷石至基礎配方時，也可使試樣在1070℃燒制成瓷。

從圖1和圖2的曲線斜率可以看出：開始時鋰瓷石的引入對降低溫度有很好的作用，但當鋰瓷石引入量達到一定程度（外加量為35%或替代量為25%）時，再增加鋰瓷石的量對降低配方燒成溫度的效果不明顯，且引入過多的鋰瓷石會導致產品變形。

表4鋰瓷石替代長石的燒成性能指標Tab.4 Firing performance of the formula with feldspar replaced by lithium chinastone

從圖3和圖4可以看出：隨著鋰瓷石的增加，坯體的抗折強度逐漸增大，因為鋰瓷石的加入可以降低配方的燒成溫度，促進瓷化使得坯體強度升高。

鋰瓷石的助熔效果強烈，在高溫階段熔融，生成液相起著填充坯體中氣孔，連接整個坯體的作用。鋰瓷石的加入量越多，則在高溫階段填充到坯體氣孔中的液相量也越多，使得坯體越致密，故提高了試樣的抗折強度，但當鋰瓷石的加入量過大時不僅會增加制品的燒成收縮，而且會引起產品變形。實驗結果表明，當鋰瓷石的外加量為35%或替代長石用量25%時，不僅可以保證產品燒成溫度低，而且不至于引起制品燒成變形。

3.1.2鋰瓷石引入對燒成溫度范圍的考察

取4#配方分別在不同溫度點進行燒制，測出試樣的吸水率和燒成收縮進行對比，如圖5所示，產品吸水率小于0.5%，燒成收縮變化量不大的溫度區間為產品的燒成溫度范圍。

從圖5中可以看出：4#配方在1070～1120℃吸水率小于0.5%，而燒成收縮變化不大，從吸水率和燒成收縮的對比圖可以看出4#配方的燒成溫度范圍約為50℃（1070℃～1120℃）。

超低溫坯體中需要大量的K2O，Na2O堿金屬元素的加入，大量的K2O，Na2O在降低產品燒結溫度的同時，增加了其脆性，縮短產品燒成溫度范圍，而鋰瓷石的引入，使配方中形成了K2O-Na2O-Li2O多元復合熔劑，在降低試樣燒成溫度的同時，將產品燒成溫度范圍拓寬至50℃。

3.2 鋰瓷石的引入對干坯強度的影響

從圖6和圖7可以看出：無論是在基礎配方中直接外加鋰瓷石，還是鋰瓷石替代基礎配方中的長石，都可以提高坯體的干坯強度，當基礎配方中直接外加35%的鋰瓷石，或以鋰瓷石替代基礎配方中25%長石時，可將產品的干坯強度提高約0.3MPa，鋰瓷石本身有著良好的可塑性，替代長石引入超低溫坯體時，不僅明顯可以降低配方的燒結溫度，而且還可以避免大量的熔劑類瘠性料的加入，保證坯體有足夠的可塑性，滿足生產需求。

4 結論

（1）鋰瓷石引入超低溫坯體中可以很好地降低產品的燒結溫度，當基礎配方中直接外加35%的鋰瓷石，或以鋰瓷石替代基礎配方中25%的長石時，均可將產品的燒結溫度降低約30℃，保證產品的燒成收縮和變形。

（2）鋰瓷石的引入使配方中形成K2O-Na2O-Li2O多元復合熔劑，增加了產品的強度，拓寬了產品的燒成溫度范圍，優化后樣品燒成溫度范圍為1070～1120℃。

（3）本實驗在低溫坯體引入鋰瓷石中，既可以避免大量的熔劑類瘠性料的加入，又能將產品的干坯強度提高0.3MPa，保證坯體在超低溫度燒成的同時，有足夠的干坯強度，滿足生產需求。

1周健兒,馬玉琦等.提高大規格超薄建筑陶瓷磚瓷坯性能的研究.陶瓷學報,2006,9

2李家駒.陶瓷工藝學.北京:中國輕工業出版社,2005,8

3素木洋一.せぅミ...ケ制造づロせス.技報堂出版株式會社,昭和53年

4葉祥等.鋰石粉在高白滲花磚中的應用.佛山陶瓷,2003,2

5吳從若,徐建偉等.鋰瓷石在調溫快燒白瓷生產中的應用.山東陶瓷,第24卷

6 Jean Vaunat,Vladimir Merchan,Enrique Rumero and Jubert Pineda.Residual strength of clays at high suctions.Glass and Ceramics,2000,57

Abstract

The introduction of lithium chinastone can effectively reduce the sintering temperature.Experiment results show,when 35%lithium chinastone was directly added to the basic formula,or when 25%feldspar in the basic formula was replaced by lithium chinastone,the sintering temperature can be reduced by about 30℃.The addition of lithium chinastone can enhance the green strength,expand the sintering range by 50℃ by forming the K2O-Na2O-Li2O composite flux in the formula,and ensure the sintering at an ultra-low temperature for the production needs.

Keywords lithium chinastone,ultra-low temperature,composite flux,sintering range

THE APPLICATION RESEARCH OF LITHIUM CHINASTONE IN PRODUCTION OF ULTRA-LOW TEMPERATURE TILE

ZhouJian'er1LiuKun1WangYongQing1Hu Haiquan2
(1.Jingdezhen Ceramic Institute,Jingdezhen Jiangxi 333001,China;2.Jiangxi Ceramic Research Institute, Jingdezhen Jiangxi 333001,China)

TQ174.76

A

1000-2278（2010）04-0529-05

2010-06-28

江西省科技支撐計劃項目資助

周健兒