工業(yè)氧化鋁在電瓷配方中的應用研究

楊娟

摘 要：隨著國家對煅燒鋁礬土加工行業(yè)生產(chǎn)管理的逐漸規(guī)范化，部分環(huán)保要求不達標煅燒礬土粉加工企業(yè)停產(chǎn)或在整頓改造中，導致煅燒鋁礬土粉加工企業(yè)生產(chǎn)量下降，品質(zhì)不達標，行業(yè)供貨緊張。而煅燒鋁礬土為電瓷生產(chǎn)行業(yè)使用的主要原料，在鋁礬土粉供貨緊張的局勢下，為保證生產(chǎn)能正常進行，特進行工業(yè)氧化鋁在濕法電瓷配方中的應用研究試驗。

關(guān)鍵詞：氧化鋁;煅燒礬土;供貨緊張; 電瓷 ; 配方

1 引 言

近年來，隨著國家對環(huán)境保護治理的不斷升級，對煅燒鋁礬土加工行業(yè)生產(chǎn)管理的要求越來越規(guī)范化，煅燒鋁礬土加工企業(yè)使用的設(shè)備正在升級改造過渡中，部分不達標企業(yè)停產(chǎn)改造整頓，造成煅燒鋁礬土粉產(chǎn)量和質(zhì)量均有所下降，整個煅燒鋁礬土粉行業(yè)供貨比較緊張，鋁礬土價格也一直在飆升。因工業(yè)氧化鋁具有較高的化學穩(wěn)定性，高熔點、高純度、真比重高、絕緣性能好，耐酸堿、機械強度高，耐磨、耐沖擊等特點。廣泛用于定形、不定形耐火材料、高純耐火纖維、特瓷、電子陶瓷等方面。國外電瓷生產(chǎn)制造中，大多使用工業(yè)氧化鋁粉。由于鋁礬土粉較氧化鋁粉價格低廉，國內(nèi)電瓷生產(chǎn)中，主要使用鋁礬土粉，在鋁礬土供貨不能保證生產(chǎn)的嚴峻形勢下，為保證公司生產(chǎn)正常進行，特進行工業(yè)氧化鋁在電瓷配方中的應用研究。

本文中使用α-Al2O3，俗稱剛玉，屬三方柱狀晶體，晶體結(jié)構(gòu)中的陽離子形成六方最緊密堆積，鋁離子則在6個氧離子圍成的八面體中心，是氧化鋁各種形態(tài)中最穩(wěn)定的晶型【3]。

2 配方設(shè)計方案

（1）選用生產(chǎn)中的B配方作為對比配方，新設(shè)計3個使用氧化鋁的配方，代號分別為1、2、3。

（2）新設(shè)計配方中使用的鋁質(zhì)原料全部使用氧化鋁粉，氧化鋁粉使用量在36%～40%之間;氧化鋁粉顆粒級配中D50含量在4.0%～5.0%之間;

（3）為保證坯料的工藝性能，新設(shè)計配方中可塑性粘土含量在44%～55%之間;

（4）因氧化鋁熔點較高，為保證新設(shè)計配方燒成溫度與B配方接近，新設(shè)計配方均提高鉀長石使用量。

3 配方設(shè)計目標

（1）坯料配方干燥強度大于7.5MPa[4];

（2）坯料配方瓷強度達到160MPa以上，上釉強度達到180MPa以上[4];

（3）坯料配方燒成溫度起點在1260～1270℃之間，玻化范圍大于30℃[4]。

（4）瓷材料性能達到IEC672-3陶瓷和玻璃絕緣材料規(guī)范C-100組堿鋁硅酸鹽材料（瓷）130類標準及GB8411.1-87電瓷材料定義及分類Ⅴ類瓷標準的要求。

4 試驗儀器

X-熒光光譜儀;S3500型顆粒分析儀;? ?WDT-10微機控制電子萬能試驗機;WS-508型液壓式萬能試驗機。

5 配方試驗

5.1? 原料化學組成

使用X-熒光光譜儀進行各種原料的化學成份測試，具體測試結(jié)果見表1

5.2 氧化鋁與礬土顆粒組成（見表2）

使用試驗室S3500型顆粒分析儀進行氧化鋁和礬土顆粒度測試，同時測試D90及D50顆粒度。

5.3 配方組成

使用氧化鋁的配方編號分別為1、2、3;B配方為對比配方，具體配方組成見表3。

6 試驗結(jié)果

6.1 制泥

使用四個配方各配料15kg，采用試驗室20kg小型球磨機球磨泥漿，料：球石=1：1.8，球磨時均采用一次投料，采用手工顆粒沉降分析方法進行球磨細度≤10μm控制，1、2、3配方球磨細度控制在74.0%～77.0%之間，B配方球磨細度≤10μm控制在60.0%～63.0%，同時測試320目篩余含量。放漿時泥漿過四遍160目篩，榨泥前泥漿使用強力磁鐵棒除鐵4h，榨泥機最高壓力為1.5MPa，榨泥時間1h20min左右，泥料陳腐48h后采用試驗室小型真空練泥機擠制。

具體球磨情況見表4。

6.2? 濕坯及可塑性能

采用WDT-10微機控制電子萬能試驗機進行濕坯強度及指標測試，具體測試結(jié)果見表5。

6.3? 干燥及收縮性能

6.4 顆粒組成

6.5? 燒成性能

6.6? 玻化溫度及瓷強度

7 分析

（1）使用氧化鋁的1號、2號、3號配方，球磨時間均較B配方時間短，主要原因為工業(yè)氧化鋁整體顆粒較細，使用到配方后，球磨時間縮短，泥漿320目篩余稍多，坯料≤10μm顆粒含量增多。由于礬土粉顆粒度較粗，使用礬土的B配方球磨時間長，泥漿320目篩余稍少，坯料≤10μm顆粒含量低。坯料顆粒越細，瓷材料機、電、熱性能越好，分散越均勻，同時可以降低瓷材料的燒結(jié)溫度。

（2）影響坯料可塑性的因素主要與配方中使用的粘土的可塑性能有關(guān)，影響坯料濕坯性能的因素主要與配方的可塑性能有關(guān)，配方的可塑性能高，濕坯強度就高。粘土的可塑性與粘土的生成年代、礦物種類、結(jié)晶形態(tài)和結(jié)晶度有關(guān)，由有序度高的高嶺石組成的高嶺土，可塑性低;由有序度低的高嶺石組成的高嶺土則與之相反。另外，粘土的粒度、陽離子交換性、可交換性陽離子種類均影響其可塑性。1號與3號配方的濕坯強度、濕坯指標、可塑性指數(shù)均較2號配方及B配方低;2號配方與B配方的濕坯強度基本相同，可塑性指數(shù)基本相同。1號與3號配方中可塑性粘土用量較少，濕坯性能和可塑性能均低[1]。

（3）干燥強度主要與坯料中的可塑性粘土種類、用量及增塑劑的用量有關(guān)，可塑性粘土用量越高，干燥強度越高，增塑劑用量越大，干燥強度也越高。干燥強度方面：1號料最高，2號料與B料相同，3號料稍小，成型水份與榨泥時泥料脫水情況有關(guān)，坯料易脫水，脫水量高，成型水份低;坯料不易脫水，脫水量低，成型水份高。2號料與3號料成型水份相同，1號料與B料成型水份基本相同;干燥收縮是指坯料在干燥失水后所發(fā)生的尺寸變化，坯料的干燥過程是在105～110℃溫度下脫去吸附水、層間水的過程。不同種類的粘土其干燥收縮率不同，高嶺土干燥收縮率一般為3%～10%（高嶺土中埃洛石含量越高，干燥收縮率越大）。蒙脫石粘土為12%～23%。干燥收縮與配方的顆粒級配也有關(guān)，坯料粒度越細，收縮也越大，1號、2號料與4號料干燥體收縮率接近，3號料最小。干燥孔隙率大小主要與坯料的水份和顆粒級配有關(guān)，坯料水份接近時，顆粒級配越好，孔隙率越低，3號料的干燥孔隙率最大，1號料次之，2號料與B料接近且最小。干燥體比重主要由顆粒級配決定，顆粒越細，堆積密度越高，B料顆粒最粗，體比重最小，1、2、3號料顆粒細，比重高[2]。

（4）燒成收縮是坯料經(jīng)煅燒后的尺寸形變，以百分率表示，燒成收縮是坯料中粘土原料失去結(jié)構(gòu)水，礦物晶體發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞相轉(zhuǎn)變的綜合反映，燒成收縮是電瓷制品燒成工藝流程設(shè)計的重要參數(shù)，燒成收縮大小主要與配方中使用的粘土種類及用量以及坯料的顆粒級配有關(guān)，配方中高嶺土的燒成收縮率與脫水溫度區(qū)間有關(guān)，以高嶺石為主的高嶺土，脫水溫度區(qū)間較窄（400～600℃），收縮率低;以洛埃石為主的高嶺土，脫水溫度區(qū)間寬（400～800℃），收縮率也高，高嶺石的有序程度也影響燒成收縮，有序度高時，破壞其晶格所需能量大，燒成收縮較小，形成的莫來石呈針狀;有序度低的高嶺石，易于燒結(jié)，燒成收縮大，形成的莫來石晶體較粗大。配方中細顆粒越多，堆積密度越大，收縮越大。1號、2號和3號配方燒成及總體收縮均較大，B配方的燒成體收縮最小[5]。

（5）坯料經(jīng)加熱到低于其熔點一定溫度范圍，發(fā)生少量易熔成份逐漸液化、顆粒粘結(jié)或充填孔隙、結(jié)構(gòu)致密度增加、晶粒長大、強度和化學穩(wěn)定性提高等物理化學變化，成為堅實集結(jié)體的過程成為燒結(jié)。當氣孔率下降到最低值，密度達到最大時的狀態(tài)成為燒結(jié)狀態(tài)，對應的溫度稱為燒結(jié)溫度。達到燒結(jié)溫度后若繼續(xù)加熱、原料密度將持續(xù)一段時間無顯著變化，但超過一定溫度，由于重結(jié)晶及結(jié)晶轉(zhuǎn)化，氣孔率就開始長大，密度開始下降，出現(xiàn)過燒膨脹現(xiàn)象，同時坯料中出現(xiàn)新的液相，且不斷增多，以至坯體發(fā)生變形[3]。出現(xiàn)這種情況的最低溫度成為軟化溫度。燒結(jié)溫度與軟化溫度之間的溫度范圍稱為玻化溫度。玻化溫度越寬越有利于產(chǎn)品燒成控制。燒成溫度范圍分析結(jié)果：1號燒成溫度起點稍高10℃，2號、3號與B料燒成溫度起點相同，玻化溫度范圍均大于50℃，范圍較寬。

（6） 1號、2號、3號配方的無釉瓷強度均達到了160MPa以上，上釉強度均達到180MPa以上，瓷材料性能達到了IEC672-3陶瓷和玻璃絕緣材料規(guī)范C-100組堿鋁硅酸鹽材料（瓷）130類標準及GB8411.1-87電瓷材料定義及分類Ⅴ類瓷標準的要求，也達到了配方的設(shè)計要求。鋁礬土的礦物組成以一水硬鋁石為主，Al2O3的含量約含85%左右，配方中使用量大約40%左右即可滿足瓷強度要求;α-Al2O3中Al2O3的含量大于95%，以剛玉晶體存在，配方中使用量36%左右即可滿足瓷強度要求[6]。

8 結(jié)論

使用氧化鋁的2號配方各項工藝性能與B料接近，由于氧化鋁顆粒度較細，2號配方整體顆粒度較細，燒成收縮與總體收縮較B料大，燒成溫度與B料相同，瓷強度達到了設(shè)計要求。2號配方可以進行投產(chǎn)使用，產(chǎn)品設(shè)計時考慮收縮尺寸。

參考文獻

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