多元復(fù)合熔劑對低溫快燒玻化磚的影響

周子松　陳賢偉　范新暉

摘 要：在“K2O-Na2O-Li2O”三元復(fù)合熔劑對配方燒成溫度及試樣性能影響的基礎(chǔ)上，本文深入研究了多元復(fù)合熔劑體系對產(chǎn)品低溫燒成性能的影響。實踐證明：采用多元復(fù)合熔劑可以解決超低溫建筑陶瓷磚燒成溫度范圍窄、產(chǎn)品容易變形等問題，為大幅降低陶瓷制品的燒成溫度提供了科學的技術(shù)路徑。

關(guān)鍵詞：多元復(fù)合熔劑；低溫快燒；玻化磚；影響

1 前言

建筑陶瓷是我國能源消耗大戶，節(jié)能減排、低碳環(huán)保是陶瓷行業(yè)永遠的追求，技術(shù)節(jié)能蘊含著廣闊的空間。玻化磚一般采用輥道窯一次快速燒成技術(shù)，其燒成溫度一般在1200℃左右，燒成周期為40～100min，若能在保證產(chǎn)品燒成周期和性能指標不變的前提下，降低燒成溫度80～120℃，仍是目前一項技術(shù)難度很高的課題。一旦研發(fā)成功再產(chǎn)業(yè)化推廣，至少可降低燒成能耗10%以上，節(jié)省大量能源，也大大減少了NOX、CO2等廢氣的排放，其經(jīng)濟社會效益十分顯著，是當前陶瓷行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)需求和動力。

為實現(xiàn)超低溫快速燒成技術(shù)，獲得性能合格的玻化磚產(chǎn)品，必須合理配合使用熔劑。本文采用多元復(fù)合熔劑系統(tǒng)，來解決超低溫建筑陶瓷磚燒成溫度范圍窄、產(chǎn)品容易變形等瓶頸問題。研究發(fā)現(xiàn)，多元復(fù)合熔劑隨著溫度的升高，堿性氧化物逐步地進入液相，液相會慢慢地出現(xiàn)在坯體中，明顯減小了產(chǎn)品的變形率，且拓寬了試樣的燒成溫度范圍。

2 二元熔劑對超低溫快燒玻化磚的影響

目前，降低建筑陶瓷玻化磚燒成溫度的主要方法是大量引入1～2種低溫熔劑（如：Na2O、K2O），使坯體在較低溫度下燒結(jié)。但此方法存在以下幾個方面的不足：

（1） 低溫坯體燒結(jié)過程中液相出現(xiàn)速率較快，液相量較大，產(chǎn)品出現(xiàn)快速收縮，很容易造成變形；

（2） 堿性原料本身液相粘度低，液相受溫度影響較敏感，產(chǎn)品燒結(jié)溫度范圍窄，產(chǎn)品軟榻變形難以控制；

（3） 產(chǎn)品堿性氧化物比例高、玻璃相比例高，導(dǎo)致產(chǎn)品脆性大、強度低，可加工性能差；

（4） 因坯體需在超低溫度下快速燒結(jié)，含堿性氧化物的原料比例大，造成瘠性料所占比例高，導(dǎo)致坯體結(jié)合性能降低，壓制后因起模強度較低，生坯破損率高；

（5） 稀土尾砂成份波動大，造成產(chǎn)品性能難以穩(wěn)定。3 試驗內(nèi)容

3.1 試驗方案

在總結(jié)分析國內(nèi)外研究低溫燒結(jié)玻化磚試驗的基礎(chǔ)上，針對超低溫玻化磚在生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的問題，筆者公司在研究中發(fā)現(xiàn)：要想使玻化磚在超低溫下快速燒結(jié)而不變形，熔劑原料需選擇多元化，同時，要科學組合熔劑原料，使得坯體能在一個較寬的燒成溫度范圍內(nèi)逐漸燒結(jié)。因此，本文提出了復(fù)合熔劑及梯度熔融燒結(jié)的技術(shù)路線。項目采用多種系統(tǒng)的復(fù)合熔劑，分別研究了不同堿金屬氧化物用量，以及多元復(fù)合熔劑對低溫燒成產(chǎn)品性能的影響；利用多元復(fù)合熔劑梯度出現(xiàn)液相，來降低產(chǎn)品燒成溫度，保證產(chǎn)品性能，最終取得較滿意的效果。

為了解決低溫坯體燒結(jié)過程中堿性氧化物過高，液相出現(xiàn)速率較快，液相受溫度影響較敏感；液相量較大且粘度低，容易造成產(chǎn)品出現(xiàn)快速收縮；產(chǎn)品燒結(jié)溫度范圍窄，容易變形等問題。筆者采用多元復(fù)合熔劑體系，在保證較大降低產(chǎn)品燒結(jié)溫度的同時，使坯體在較低溫度下階梯式出現(xiàn)粘度較高的液相，從而來解決超低溫產(chǎn)品燒成溫度范圍窄、高溫變形大的難題。其具體方案如下：

（1） 以“K2O-Al2O3-SiO2”系統(tǒng)相圖（見圖1）中985℃低共熔點附近的配方組成為基礎(chǔ)配方，其組成及含量為：K2O 9.5%、Al2O3 10.9%、SiO2 79.6%。在低共熔點附近取一點（1060℃），其組成及含量為：K2O 12.20%、Al2O3 16.94%、SiO2 70.86%，經(jīng)計算得出理論配方。

（2） 在理論配方基礎(chǔ)上研究了不同粘土和鉀鈉長石用量與配比（“K2O-Na2O”二元熔劑系統(tǒng)）對產(chǎn)品燒結(jié)性能和起模強度的影響，尋求能在低溫下燒成的基礎(chǔ)配方。

（3） 在基礎(chǔ)配方中引入第三種熔劑原料--鋰瓷石，利用多堿效應(yīng)來進一步降低試樣燒成溫度。并研究了“K2O-Na2O-Li2O”三元復(fù)合熔劑體系對超低溫燒結(jié)性能的影響。

（4） 在“K2O-Na2O-Li2O”三元復(fù)合熔劑對配方燒成溫度及試樣性能影響的基礎(chǔ)上，深入研究四元、五元、六元復(fù)合熔劑體系（例：K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO）對產(chǎn)品低溫燒成性能的影響。通過大量的試驗、性能測試和顯微結(jié)構(gòu)觀察分析，深入研究超低溫燒結(jié)過程和機理，并優(yōu)化出超低溫燒結(jié)陶瓷玻化磚的配方組成及制備工藝。

為了準確把握各陶瓷原料的物料性能，本試驗采用了熒光光譜儀分析了陶瓷原料的化學成份，其結(jié)果如表1所示。

3.2 試驗過程及工藝流程

本試驗通過系統(tǒng)研究不同復(fù)合熔劑，以及配方組成及工藝條件對產(chǎn)品起模強度、干坯強度、燒成溫度、產(chǎn)品變形等性能的影響，并利用XRD、SEM等測試手段揭示了超低溫瓷質(zhì)磚燒成溫度范圍和燒成變形的機理。低溫快燒玻化磚的工藝流程示意圖如圖2所示。

3.3 試驗結(jié)果及分析

3.3.1“K2O-Na2O”二元復(fù)合熔劑對燒成溫度及燒成性能的影響

“K2O-Na2O”二元復(fù)合熔劑對燒成溫度的影響如圖3所示。“K2O-Na2O”二元復(fù)合熔劑對吸水率的影響如圖4所示。

從上圖3、圖4可以看出，鉀、鈉長石替換配方中稀土尾砂，可以降低配方的燒成溫度，因為稀土尾砂的熔融溫度高于鉀、鈉長石，但并不是鉀鈉長石總用量越大越好。當鉀、鈉長石總用量≦35%時，產(chǎn)品燒結(jié)溫度從1150℃降低到1125℃，產(chǎn)品的吸水率從42.5%降低到0.4%，其變化速度較大。當長石替代稀土尾砂的總量>35%時，其溫度及吸水率變化速度都較小。因此，當鉀、鈉長石引入量為35%時，可以獲得較理想的效果。

3.3.2“K2O-Na2O-Li2O”三元復(fù)合熔劑對燒成溫度及燒成性能的影響

在基礎(chǔ)配方中分別引入5%、10%、15%、20%、25%、30%的鋰瓷石替代基礎(chǔ)配方中的稀土尾砂，并研究不同用量的Li2O替代稀土尾砂后對試樣燒成性能的影響。鋰瓷石用量對吸水率的影響如圖5所示。鋰瓷石用量對抗折強度的影響如圖6所示。

鋰瓷石中的Li2O是強堿性氧化物，有很強的助熔作用。鋰是堿金屬中原子量最小的元素。因此，鋰的助熔作用大于鈉，更大于鉀。從圖5中可以看出，隨著鋰瓷石含量的增加，產(chǎn)品的吸水率明顯下降，燒成溫度降低。當鋰瓷石取代稀土尾砂的量為25%時，燒成溫度為1100℃就可以燒制成瓷，且吸水率小于0.5%。但當鋰瓷石引入量達到一定程度（取代量為25%）時，再增加鋰瓷石的量，對降低產(chǎn)品燒成溫度的效果趨于減弱，且過多的鋰瓷石引入會導(dǎo)致產(chǎn)品燒成溫度范圍減小，變形加大。

從圖6可以看出，隨著鋰瓷石的增加，坯體的抗折強度逐漸增大，當鋰瓷石取代稀土尾砂用量為25%時，產(chǎn)品抗折強度達到55MPa。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，生成液相起填充坯體中氣孔，連接整個坯體的作用。鋰瓷石的加入量增加，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(chǎn)品變形。

綜上所述，當鋰瓷石取代稀土尾砂的用量為25%時，不僅可以保證產(chǎn)品燒成溫度降低約30℃，產(chǎn)品的抗折強度達到55MPa，而且還不會引起制品燒成變形。

3.3.3“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”等多元復(fù)合熔劑對燒成溫度及燒成性能的影響

上述試驗通過鋰瓷石的加入形成了“K2O-Na2O-Li2O”三元復(fù)合熔劑，通過對“K2O-Na2O-Li2O”三元復(fù)合熔劑對樣品性能的研究，發(fā)現(xiàn)選擇合適的多元堿性物質(zhì)有利于液相在不同溫度段生成，可以提前進入燒結(jié)階段，并有效拓寬燒成溫度范圍，減少產(chǎn)品變形。

因此，試驗在“K2O-Na2O-Li2O”三元熔劑系統(tǒng)中分別引入不同堿土金屬原料，例如：硅灰石、滑石、硼鈣石等，來系統(tǒng)研究“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”等多元復(fù)合熔劑體系對產(chǎn)品低溫燒結(jié)性能的影響規(guī)律。

（1） 多元熔劑系統(tǒng)試樣燒成溫度范圍

三元熔劑試樣的燒成溫度對性能的影響如圖7所示。六元熔劑試樣的燒成溫度對性能的影響如圖8所示。

從圖7和圖8中可以看出，“K2O-Na2O-Li2O”三元熔劑體系試樣和“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”六元熔劑體系試樣都可以拓寬試樣的燒成溫度范圍。對比三元、六元熔劑試樣可知，六元熔劑試樣具有更低的燒成溫度（1060～1110℃）和更寬的燒成溫度范圍，可以使得試樣燒成溫度范圍拓寬到50℃，多元復(fù)合熔劑的使用有利于液相在不同溫度段生成，可以提前進入燒結(jié)階段明顯降低燒成溫度，并有效拓寬燒成溫度范圍使得液相梯度緩慢出現(xiàn)在坯體中。

（2） 多元熔劑體系試樣燒成變形測試

取65mm×40mm×5.5mm規(guī)格的試樣，間距為50mm，兩端架起放入電窯試燒，同等條件下測試試樣彎曲弧的高度。其示意圖如圖9所示（變形量數(shù)值取弧形底端到試樣上表面距離）。

試驗分別選取二元、三元、六元熔劑體系的試樣，并在各自的燒結(jié)溫度范圍內(nèi)燒成，取在1220℃和1250℃溫度下的玻化磚產(chǎn)品進行燒成變形測試，變形量如表2所示。

從表2可以看出，多元復(fù)合熔劑可以明顯的減少產(chǎn)品在高溫燒成階段的變形量，由于試樣是在靜止的狀態(tài)下燒成的，與動態(tài)的輥道窯中燒成時相比，棍棒運動會反復(fù)修整坯體，試樣的變形會大大減小。在實際生產(chǎn)中，當變形量小于6mm時，玻化磚的變形生產(chǎn)基本可控。

從“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”六元熔劑體系試樣的變形量與實際生產(chǎn)的兩個系列玻化磚產(chǎn)品比較可以看出，多元復(fù)合熔劑系統(tǒng)在降低燒結(jié)溫度的同時，可以保證玻化磚對平整度的要求。

（3） 多元熔劑體系試樣XRD、SEM分析

“K2O-Na2O-Li2O”三元熔劑體系試樣的燒成溫度范圍在1090～1130℃之間，“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”六元熔劑體系試樣的燒成溫度范圍在1060～1110℃之間。為了比較兩種熔劑體系對試樣性能的影響，分別取兩種熔劑體系配方的燒成溫度為1090℃進行XRD和SEM分析。其XRD圖譜如圖10所示。SEM圖譜如圖11所示。

從圖10可知，三元和六元系列復(fù)合熔劑體系，試樣中主晶相都為石英和長石晶相，長石主要是析出的鈣長石和少量殘留的鉀、鈉長石晶體，因為試樣在較低的溫度下快速燒成，長石晶體比較雜，因此難以準確區(qū)分。“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”六元系列復(fù)合熔劑體系試樣中長石晶體的量比較多，從成份分析主要是析出的鈣長石和少量殘余的部分長石晶相，六元系列復(fù)合熔劑試樣始熔點出現(xiàn)溫度較低，相比三元復(fù)合熔劑體系試樣，燒成溫度更低。因此，高溫物理化學反應(yīng)更完全，使得試樣性能提升。

由圖11可以看出，硼鈣石和滑石引入“K2O-Na2O-Li2O”三元熔劑體系中坯體形成六元復(fù)合熔劑體系，使得坯體能夠在更低溫度下形成液相促進瓷化，坯體的微觀結(jié)構(gòu)變得更加致密，坯體中氣泡比例減少，從而提高了試樣的強度。

4 結(jié)論

試驗發(fā)現(xiàn)，多元復(fù)合熔劑隨著溫度的升高，堿性氧化物逐步地進入液相，液相梯度出現(xiàn)在坯體中，明顯減小了產(chǎn)品的變形率，并且拓寬了試樣的燒成溫度范圍，為陶瓷行業(yè)的超低溫燒結(jié)技術(shù)研究提供了科學的試驗依據(jù)。采用多元復(fù)合熔劑可以解決超低溫建筑陶瓷磚燒成溫度范圍窄、產(chǎn)品容易變形等問題，為大幅降低陶瓷制品的燒成溫度提供了科學的技術(shù)路徑。

參考文獻

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[2] 周健兒，劉昆，汪永清，胡海泉. 多元復(fù)合熔劑系統(tǒng)在超低溫（≤1100℃）玻化磚中的應(yīng)用研究[C]. 第七屆亞洲陶瓷技術(shù)研討會論文摘要集， 2011.

[3] 周健兒，劉昆，汪永清，胡海泉. 鋰瓷石在超低溫玻化磚中的應(yīng)用研究[J]. 陶瓷學報， 2010（04）.

[4] 廖花妹，范新暉. 影響低溫快燒玻化磚性能的因素[J]. 佛山陶瓷， 2013（06）.

[5] 楊劍，徐慶芝. 低溫快燒瓷質(zhì)玻化磚配方的研制與生產(chǎn)[J]. 陶瓷， 2003（02）.

3.3.2“K2O-Na2O-Li2O”三元復(fù)合熔劑對燒成溫度及燒成性能的影響

在基礎(chǔ)配方中分別引入5%、10%、15%、20%、25%、30%的鋰瓷石替代基礎(chǔ)配方中的稀土尾砂，并研究不同用量的Li2O替代稀土尾砂后對試樣燒成性能的影響。鋰瓷石用量對吸水率的影響如圖5所示。鋰瓷石用量對抗折強度的影響如圖6所示。

鋰瓷石中的Li2O是強堿性氧化物，有很強的助熔作用。鋰是堿金屬中原子量最小的元素。因此，鋰的助熔作用大于鈉，更大于鉀。從圖5中可以看出，隨著鋰瓷石含量的增加，產(chǎn)品的吸水率明顯下降，燒成溫度降低。當鋰瓷石取代稀土尾砂的量為25%時，燒成溫度為1100℃就可以燒制成瓷，且吸水率小于0.5%。但當鋰瓷石引入量達到一定程度（取代量為25%）時，再增加鋰瓷石的量，對降低產(chǎn)品燒成溫度的效果趨于減弱，且過多的鋰瓷石引入會導(dǎo)致產(chǎn)品燒成溫度范圍減小，變形加大。

從圖6可以看出，隨著鋰瓷石的增加，坯體的抗折強度逐漸增大，當鋰瓷石取代稀土尾砂用量為25%時，產(chǎn)品抗折強度達到55MPa。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，生成液相起填充坯體中氣孔，連接整個坯體的作用。鋰瓷石的加入量增加，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(chǎn)品變形。

綜上所述，當鋰瓷石取代稀土尾砂的用量為25%時，不僅可以保證產(chǎn)品燒成溫度降低約30℃，產(chǎn)品的抗折強度達到55MPa，而且還不會引起制品燒成變形。

3.3.3“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”等多元復(fù)合熔劑對燒成溫度及燒成性能的影響

上述試驗通過鋰瓷石的加入形成了“K2O-Na2O-Li2O”三元復(fù)合熔劑，通過對“K2O-Na2O-Li2O”三元復(fù)合熔劑對樣品性能的研究，發(fā)現(xiàn)選擇合適的多元堿性物質(zhì)有利于液相在不同溫度段生成，可以提前進入燒結(jié)階段，并有效拓寬燒成溫度范圍，減少產(chǎn)品變形。

因此，試驗在“K2O-Na2O-Li2O”三元熔劑系統(tǒng)中分別引入不同堿土金屬原料，例如：硅灰石、滑石、硼鈣石等，來系統(tǒng)研究“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”等多元復(fù)合熔劑體系對產(chǎn)品低溫燒結(jié)性能的影響規(guī)律。

（1） 多元熔劑系統(tǒng)試樣燒成溫度范圍

三元熔劑試樣的燒成溫度對性能的影響如圖7所示。六元熔劑試樣的燒成溫度對性能的影響如圖8所示。

從圖7和圖8中可以看出，“K2O-Na2O-Li2O”三元熔劑體系試樣和“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”六元熔劑體系試樣都可以拓寬試樣的燒成溫度范圍。對比三元、六元熔劑試樣可知，六元熔劑試樣具有更低的燒成溫度（1060～1110℃）和更寬的燒成溫度范圍，可以使得試樣燒成溫度范圍拓寬到50℃，多元復(fù)合熔劑的使用有利于液相在不同溫度段生成，可以提前進入燒結(jié)階段明顯降低燒成溫度，并有效拓寬燒成溫度范圍使得液相梯度緩慢出現(xiàn)在坯體中。

（2） 多元熔劑體系試樣燒成變形測試

取65mm×40mm×5.5mm規(guī)格的試樣，間距為50mm，兩端架起放入電窯試燒，同等條件下測試試樣彎曲弧的高度。其示意圖如圖9所示（變形量數(shù)值取弧形底端到試樣上表面距離）。

試驗分別選取二元、三元、六元熔劑體系的試樣，并在各自的燒結(jié)溫度范圍內(nèi)燒成，取在1220℃和1250℃溫度下的玻化磚產(chǎn)品進行燒成變形測試，變形量如表2所示。

從表2可以看出，多元復(fù)合熔劑可以明顯的減少產(chǎn)品在高溫燒成階段的變形量，由于試樣是在靜止的狀態(tài)下燒成的，與動態(tài)的輥道窯中燒成時相比，棍棒運動會反復(fù)修整坯體，試樣的變形會大大減小。在實際生產(chǎn)中，當變形量小于6mm時，玻化磚的變形生產(chǎn)基本可控。

從“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”六元熔劑體系試樣的變形量與實際生產(chǎn)的兩個系列玻化磚產(chǎn)品比較可以看出，多元復(fù)合熔劑系統(tǒng)在降低燒結(jié)溫度的同時，可以保證玻化磚對平整度的要求。

（3） 多元熔劑體系試樣XRD、SEM分析

“K2O-Na2O-Li2O”三元熔劑體系試樣的燒成溫度范圍在1090～1130℃之間，“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”六元熔劑體系試樣的燒成溫度范圍在1060～1110℃之間。為了比較兩種熔劑體系對試樣性能的影響，分別取兩種熔劑體系配方的燒成溫度為1090℃進行XRD和SEM分析。其XRD圖譜如圖10所示。SEM圖譜如圖11所示。

從圖10可知，三元和六元系列復(fù)合熔劑體系，試樣中主晶相都為石英和長石晶相，長石主要是析出的鈣長石和少量殘留的鉀、鈉長石晶體，因為試樣在較低的溫度下快速燒成，長石晶體比較雜，因此難以準確區(qū)分。“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”六元系列復(fù)合熔劑體系試樣中長石晶體的量比較多，從成份分析主要是析出的鈣長石和少量殘余的部分長石晶相，六元系列復(fù)合熔劑試樣始熔點出現(xiàn)溫度較低，相比三元復(fù)合熔劑體系試樣，燒成溫度更低。因此，高溫物理化學反應(yīng)更完全，使得試樣性能提升。

由圖11可以看出，硼鈣石和滑石引入“K2O-Na2O-Li2O”三元熔劑體系中坯體形成六元復(fù)合熔劑體系，使得坯體能夠在更低溫度下形成液相促進瓷化，坯體的微觀結(jié)構(gòu)變得更加致密，坯體中氣泡比例減少，從而提高了試樣的強度。

4 結(jié)論

試驗發(fā)現(xiàn)，多元復(fù)合熔劑隨著溫度的升高，堿性氧化物逐步地進入液相，液相梯度出現(xiàn)在坯體中，明顯減小了產(chǎn)品的變形率，并且拓寬了試樣的燒成溫度范圍，為陶瓷行業(yè)的超低溫燒結(jié)技術(shù)研究提供了科學的試驗依據(jù)。采用多元復(fù)合熔劑可以解決超低溫建筑陶瓷磚燒成溫度范圍窄、產(chǎn)品容易變形等問題，為大幅降低陶瓷制品的燒成溫度提供了科學的技術(shù)路徑。

參考文獻

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[4] 廖花妹，范新暉. 影響低溫快燒玻化磚性能的因素[J]. 佛山陶瓷， 2013（06）.

[5] 楊劍，徐慶芝. 低溫快燒瓷質(zhì)玻化磚配方的研制與生產(chǎn)[J]. 陶瓷， 2003（02）.

3.3.2“K2O-Na2O-Li2O”三元復(fù)合熔劑對燒成溫度及燒成性能的影響

在基礎(chǔ)配方中分別引入5%、10%、15%、20%、25%、30%的鋰瓷石替代基礎(chǔ)配方中的稀土尾砂，并研究不同用量的Li2O替代稀土尾砂后對試樣燒成性能的影響。鋰瓷石用量對吸水率的影響如圖5所示。鋰瓷石用量對抗折強度的影響如圖6所示。

鋰瓷石中的Li2O是強堿性氧化物，有很強的助熔作用。鋰是堿金屬中原子量最小的元素。因此，鋰的助熔作用大于鈉，更大于鉀。從圖5中可以看出，隨著鋰瓷石含量的增加，產(chǎn)品的吸水率明顯下降，燒成溫度降低。當鋰瓷石取代稀土尾砂的量為25%時，燒成溫度為1100℃就可以燒制成瓷，且吸水率小于0.5%。但當鋰瓷石引入量達到一定程度（取代量為25%）時，再增加鋰瓷石的量，對降低產(chǎn)品燒成溫度的效果趨于減弱，且過多的鋰瓷石引入會導(dǎo)致產(chǎn)品燒成溫度范圍減小，變形加大。

從圖6可以看出，隨著鋰瓷石的增加，坯體的抗折強度逐漸增大，當鋰瓷石取代稀土尾砂用量為25%時，產(chǎn)品抗折強度達到55MPa。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，生成液相起填充坯體中氣孔，連接整個坯體的作用。鋰瓷石的加入量增加，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(chǎn)品變形。

綜上所述，當鋰瓷石取代稀土尾砂的用量為25%時，不僅可以保證產(chǎn)品燒成溫度降低約30℃，產(chǎn)品的抗折強度達到55MPa，而且還不會引起制品燒成變形。

3.3.3“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”等多元復(fù)合熔劑對燒成溫度及燒成性能的影響

上述試驗通過鋰瓷石的加入形成了“K2O-Na2O-Li2O”三元復(fù)合熔劑，通過對“K2O-Na2O-Li2O”三元復(fù)合熔劑對樣品性能的研究，發(fā)現(xiàn)選擇合適的多元堿性物質(zhì)有利于液相在不同溫度段生成，可以提前進入燒結(jié)階段，并有效拓寬燒成溫度范圍，減少產(chǎn)品變形。

因此，試驗在“K2O-Na2O-Li2O”三元熔劑系統(tǒng)中分別引入不同堿土金屬原料，例如：硅灰石、滑石、硼鈣石等，來系統(tǒng)研究“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”等多元復(fù)合熔劑體系對產(chǎn)品低溫燒結(jié)性能的影響規(guī)律。

（1） 多元熔劑系統(tǒng)試樣燒成溫度范圍

三元熔劑試樣的燒成溫度對性能的影響如圖7所示。六元熔劑試樣的燒成溫度對性能的影響如圖8所示。

從圖7和圖8中可以看出，“K2O-Na2O-Li2O”三元熔劑體系試樣和“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”六元熔劑體系試樣都可以拓寬試樣的燒成溫度范圍。對比三元、六元熔劑試樣可知，六元熔劑試樣具有更低的燒成溫度（1060～1110℃）和更寬的燒成溫度范圍，可以使得試樣燒成溫度范圍拓寬到50℃，多元復(fù)合熔劑的使用有利于液相在不同溫度段生成，可以提前進入燒結(jié)階段明顯降低燒成溫度，并有效拓寬燒成溫度范圍使得液相梯度緩慢出現(xiàn)在坯體中。

（2） 多元熔劑體系試樣燒成變形測試

取65mm×40mm×5.5mm規(guī)格的試樣，間距為50mm，兩端架起放入電窯試燒，同等條件下測試試樣彎曲弧的高度。其示意圖如圖9所示（變形量數(shù)值取弧形底端到試樣上表面距離）。

試驗分別選取二元、三元、六元熔劑體系的試樣，并在各自的燒結(jié)溫度范圍內(nèi)燒成，取在1220℃和1250℃溫度下的玻化磚產(chǎn)品進行燒成變形測試，變形量如表2所示。

從表2可以看出，多元復(fù)合熔劑可以明顯的減少產(chǎn)品在高溫燒成階段的變形量，由于試樣是在靜止的狀態(tài)下燒成的，與動態(tài)的輥道窯中燒成時相比，棍棒運動會反復(fù)修整坯體，試樣的變形會大大減小。在實際生產(chǎn)中，當變形量小于6mm時，玻化磚的變形生產(chǎn)基本可控。

從“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”六元熔劑體系試樣的變形量與實際生產(chǎn)的兩個系列玻化磚產(chǎn)品比較可以看出，多元復(fù)合熔劑系統(tǒng)在降低燒結(jié)溫度的同時，可以保證玻化磚對平整度的要求。

（3） 多元熔劑體系試樣XRD、SEM分析

“K2O-Na2O-Li2O”三元熔劑體系試樣的燒成溫度范圍在1090～1130℃之間，“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”六元熔劑體系試樣的燒成溫度范圍在1060～1110℃之間。為了比較兩種熔劑體系對試樣性能的影響，分別取兩種熔劑體系配方的燒成溫度為1090℃進行XRD和SEM分析。其XRD圖譜如圖10所示。SEM圖譜如圖11所示。

從圖10可知，三元和六元系列復(fù)合熔劑體系，試樣中主晶相都為石英和長石晶相，長石主要是析出的鈣長石和少量殘留的鉀、鈉長石晶體，因為試樣在較低的溫度下快速燒成，長石晶體比較雜，因此難以準確區(qū)分。“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”六元系列復(fù)合熔劑體系試樣中長石晶體的量比較多，從成份分析主要是析出的鈣長石和少量殘余的部分長石晶相，六元系列復(fù)合熔劑試樣始熔點出現(xiàn)溫度較低，相比三元復(fù)合熔劑體系試樣，燒成溫度更低。因此，高溫物理化學反應(yīng)更完全，使得試樣性能提升。

由圖11可以看出，硼鈣石和滑石引入“K2O-Na2O-Li2O”三元熔劑體系中坯體形成六元復(fù)合熔劑體系，使得坯體能夠在更低溫度下形成液相促進瓷化，坯體的微觀結(jié)構(gòu)變得更加致密，坯體中氣泡比例減少，從而提高了試樣的強度。

4 結(jié)論

試驗發(fā)現(xiàn)，多元復(fù)合熔劑隨著溫度的升高，堿性氧化物逐步地進入液相，液相梯度出現(xiàn)在坯體中，明顯減小了產(chǎn)品的變形率，并且拓寬了試樣的燒成溫度范圍，為陶瓷行業(yè)的超低溫燒結(jié)技術(shù)研究提供了科學的試驗依據(jù)。采用多元復(fù)合熔劑可以解決超低溫建筑陶瓷磚燒成溫度范圍窄、產(chǎn)品容易變形等問題，為大幅降低陶瓷制品的燒成溫度提供了科學的技術(shù)路徑。

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