承德粘土在高壓電瓷泥料配方中的應(yīng)用

侯慶華　高國玲

摘 要：本文介紹了承德粘土的礦源及儲量的考察情況，對該粘土的礦石類型，礦物成份及理化性能指標(biāo)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。并深入研究了承德粘土在高壓電瓷泥料配方中的應(yīng)用，提高了高壓電瓷產(chǎn)品的性能，降低了產(chǎn)品的成本。

關(guān)鍵詞：承德粘土；高壓電瓷；理化性能；配方工藝

1 前言

隨著電瓷產(chǎn)品電壓等級的不斷提高，電瓷配方由普通硅質(zhì)瓷向高強(qiáng)鋁質(zhì)瓷的方向發(fā)展。電瓷配方中粘土的含量變得越來越低，為了保證配方的塑性和結(jié)合強(qiáng)度，必須尋找可塑性高、結(jié)合能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定、價格合理的粘土作為配方的主要原料。筆者公司現(xiàn)使用的寬城土、水洗法庫土、左云土、水曲柳等粘土原料雖然理化性能較好，但價格昂貴，使得生產(chǎn)成本較高。基于此，筆者公司對承德圍場粘土進(jìn)行了分析與實(shí)驗(yàn)，將承德粘土應(yīng)用于高壓電瓷泥料配方中，最終獲得了理想的效果。

2 承德粘土的礦源及礦物類型分析

2.1 礦山儲量及分布

承德粘土礦區(qū)位于承德圍場縣，現(xiàn)有六大礦區(qū)，礦體在地表分布面積2.35 km2，侵蝕基準(zhǔn)面以上，適宜露天開采，探明控制的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)量（122b）96556 kt，經(jīng)鉆探驗(yàn)證，礦體在侵蝕基準(zhǔn)面以下垂向延伸大于500 m，推測內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)源量（333），可達(dá)3～4億t，是當(dāng)前我國已探明儲量最大的伊利石粘土礦。礦區(qū)周邊水電設(shè)施齊全，有便利的礦山專用路橋，直通礦區(qū)，為礦石開采、運(yùn)輸提供了良好的保證。

2.2 礦石類型

該礦是以含伊利石礦物為特征的粘土，伊利石又稱水白云母。屬于富鉀的硅酸鹽粘土礦物，伊利石礦物顆粒細(xì)小，一般為小于2 um，呈粘土狀，為單斜晶系，常呈鱗片狀塊體，其化學(xué)成份為K0.75（Al1.75R0.25）（Si3.50Al0.50O10（OH）2·nH2O。伊利石的片狀或條狀晶體非常細(xì)小，它們一般呈現(xiàn)給我們的是土狀、塊狀，因含雜質(zhì)一般為黃、褐、綠等顏色，但純度高的則為白色。伊利石是一種2﹕1型的層狀粘土礦物，但它與同為2：1型的粘土礦物蒙脫石有很大不同。主要表現(xiàn)在：①伊利石的同形置換主要發(fā)生在四面體，其層電荷也主要分布在四面體，電荷密度也高于蒙脫石。這兩點(diǎn)對K的固定是十分有利的。②層間陽離子主要是K+，也有少量的Na+等半徑較小的陽離子，它們都是不可交換的，所以承德粘土不具備膨脹性能。

3 承德粘土的礦物成份及理化性能分析

3.1 承德粘土的礦物化學(xué)成份

承德粘土的礦物化學(xué)成份如表1所示。

3.2 承德粘土的理化性能分析

3.2.1 承德粘土的差熱分析、X射線衍射分析及電鏡分析

承德粘土差熱和熱天平曲線如圖1所示。承德粘土的X射線衍射圖如圖2所示。承德粘土的SEM顯微結(jié)構(gòu)如圖3所示。

由圖1可以看到，承德粘土在60 ℃左右表現(xiàn)出的吸熱谷為排出吸附水所致，在702.72 ℃有一明顯的吸熱谷，為失去結(jié)構(gòu)水，在927.87 ℃和1157.05 ℃又出現(xiàn)兩個吸熱谷。說明承德粘土在這兩個溫度附近產(chǎn)生了不同種類的相變。

3.2.2 承德粘土的水化率及可塑性指數(shù)分析

承德粘土的水化率及可塑性指數(shù)如表2所示。

3.2.3承德粘土的顆粒組成

承德粘土的顆粒組成如表3所示。

3.2.4承德粘土的干燥性能

承德粘土的干燥性能如表4所示。

3.2.5承德粘土的燒成性能

承德粘土的燒成性能如表5所示。

3.2.6承德粘土的燒結(jié)范圍

承德粘土的燒結(jié)范圍如表6所示。

通過對承德粘土的差熱分析、X射線衍射、電鏡分析可知，承德粘土的主要礦物成份為伊利石；次要礦物成份是高嶺石、石英、長石、葉蠟石等，有時會含有少量黃鐵礦、方解石。該粘土的可塑性指數(shù)為26.63，結(jié)合能力達(dá)到了3.29，超過了水曲柳、左云土等高嶺粘土的性能指標(biāo)，并且該粘土中含有較高的鉀含量，可以降低瓷體的燒成溫度，節(jié)能效果良好。在高強(qiáng)瓷配方中可部分或全部取代長石和高嶺粘土，是一種生產(chǎn)電瓷的優(yōu)質(zhì)粘土。

4 承德粘土在高壓電瓷配方中的應(yīng)用

本文采用對比實(shí)驗(yàn)的方法研究承德粘土在高壓電瓷配方中的應(yīng)用，主要分為兩組：一組為加入承德粘土實(shí)驗(yàn)成功的新配方（5號配方）；另一組為生產(chǎn)現(xiàn)用配方（9806配方）。對比內(nèi)容包括：配方組成、坯料的可塑性、干燥性、燒成性能、燒成溫度范圍、瓷質(zhì)性能等方面。

4.1 配方組成

本文主要采用兩組配方，9806配方中不含有承德粘土，5號配方中含有承德粘土，具體配方組成及含量如表7所示。

4.2 化學(xué)成份

9806配方和5號配方的化學(xué)成份如表8所示。

4.3 坯料的可塑性能

9806配方和5號配方坯料的可塑性能如表9所示。

4.4 干燥性能

9806配方和5號配方坯料的干燥性能如表10所示。

4.5 燒成性能

9806配方和5號配方坯料的燒成性能如表11所示。

4.6 燒結(jié)溫度范圍

9806配方和5號配方坯料的燒結(jié)溫度范圍如表12所示。

由表12可知，9806配方的燒結(jié)溫度范圍為1230～1260 ℃；5號配方的燒結(jié)溫度范圍為1220～1270 ℃。因此，5號配方的燒結(jié)范圍比9806配方的燒結(jié)范圍稍寬。

4.7 成瓷性能

9806配方和5號配方坯料的成瓷機(jī)械性能如表13所示。 9806配方和5號配方坯料的成瓷電氣性能如表14所示。

5 結(jié)論

（1） 通過以上實(shí)驗(yàn)對比可以看出，以承德粘土為主要粘土原料的5號配方的可塑性和結(jié)合能力等各方面物理特性都優(yōu)于生產(chǎn)使用的配方，對成型更有利，可以減少生產(chǎn)過程中的開裂，提高產(chǎn)品的合格率。5號配方在收縮率、氣孔率、真比重、燒成范圍等各方面比現(xiàn)用生產(chǎn)配方都有一定程度的提高，能夠更好地適應(yīng)生產(chǎn)工藝，滿足生產(chǎn)的需求。

（2） 從燒成后產(chǎn)品的機(jī)械和電氣等各方面性能來看，使用承德粘土的5號配方比現(xiàn)用配方有了比較明顯的提高，尤其是強(qiáng)度方面的提高，可以使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化，使生產(chǎn)成本大幅降低。

（3） 承德粘土與現(xiàn)用配方的粘土原料相比，具有價格低廉、儲量豐富、礦源穩(wěn)定、運(yùn)輸方便等多方面優(yōu)點(diǎn)，可以大幅降低產(chǎn)品的成本，提高產(chǎn)品性能穩(wěn)定性。

（4） 在高強(qiáng)瓷配方中用承德粘土取代部分粘土和長石原料，能夠降低配方的成本，提高泥料的性能，減少生產(chǎn)過程中的開裂，對產(chǎn)品強(qiáng)度的提高及瓷質(zhì)性能有很大的改善，5號配方的投入必定使筆者公司產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 田敏.伊利石的研究和開發(fā)現(xiàn)狀[J].中國非金屬礦導(dǎo)刊，1999，

﹙5﹚：37-40.

[2] 李樹德.陜西淳化高硅型高可塑性粘土礦藏地質(zhì)特征及理化工

藝性能[J].建材地址，1989，﹙1﹚：3-8.

[3] 彭勇軍，李清梅.我國伊利石礦的開發(fā)與應(yīng)用現(xiàn)狀[J].礦產(chǎn)保護(hù)

與利用，1995，﹙3﹚：17-18.

[4] 陳平，劉新年，王瑞生.伊利石型粘土性能及在高壓絕緣子瓷中

的應(yīng)用[J].電瓷避雷器，2003，﹙4﹚：12-18.