水果机陶瓷厂
李经理15898770372 阎经理18353327639
QQ:940736721  282080809
地址:山东省淄博市博山区山头镇东坡村

注射成型 工艺主要由以下三个环节构成

  2002061005斜杖太学 硕士研究生学位论文 论文题目: 镁质强化瓷的研究 指导教mH学科々业 等业代码 研究方向 T忐义副教授材料物理+』化学 080501 纳米陶瓷‘j复合材料 2005年6月I3}f 知识水坝论文 镁质强化瓷的研究 摘要 本文在对Na20--M90--A1:03一siO。相图详细解析的基础上,确定了日用镁质强 化瓷的新的坯料组成,研制出了白度好、机械强度高(220MPa)、烧成温度范围 宽(40)、热稳定性好的镁质强化瓷,并研制成功了适于日用镁质瓷使用的低 温熔块釉,实现了日用镁质瓷的二次烧成。另外,本试验还对T--ZnO晶须增韧 增强镁质强化瓷基体进行了尝试研究。 对MgO—A120。--Si02三元系统相图分析表明,对日用滑石瓷而言,其坯体组 成点位于相图中偏高岭(AI。0a 2SiO。)一偏滑石(3MgO 4SiO。)连线上,位置 近于方石英一原顽辉石的界限处。研究表明,当偏滑石(3MgO 4Si02)/偏高岭 (A1。oj 2SiO。)>4时。坯体有较宽的烧成温度范围,以此为依据确定坯体中粘 土的用量在15%左右。对Na20 A1203 2Si02—2MgO Si02--Si02三元系统相图分 析表明,当滑石(3MgO 4SiO。)和钠长石(Albite)的用量比例在7.2~2.7之 间时,组成点处于原顽辉石初晶区,且等温线较稀疏,通过调整坯料组成,坯体 可以在较宽的温度范围烧结。 在此基础上,制定了一系列的坯料组成,并对试样的体积密度、抗弯强度、 抗冲击韧性和变形度进行了综合实验和分析,确定了合理的坯料组成。 以高岭石和滑石的标准TG/DTA为依据,对坯料进行了TG/DTA分析,制定了 合理的烧成制度。 本试验采用注浆成型工艺并对两种制浆工艺~原料先细磨,后混浆,各种原 料共混磨一进行了详细研究。结果表明:前者制各试样的抗弯强度较后者提高 20%左右,所以本试验采用了前一种制浆方法。 晶相分析(XRD)表明,强化瓷胎体晶相完全为原顽辉石,并无方石英存在。 断面显微结构观察(SEM)表明,坯体中的晶相量达到50%以上,并且晶粒均匀 细化,粒度在10啪左右。其余为强化的玻璃相,基体中存有极少量近似球状的 微小气孔,这是坯体机械强度高、热稳定性好的物质基础。 尝试采用T—znO晶须增韧增强镁质瓷坯体。但实验并未达到预期的结果,分 析原因,推测可能是由于氧化锌参与了液相反应所导致。 关键词:强化瓷滑石钠长石原顽辉石T-ZnO晶须增韧增强 知识水坝论文 THESTUDYINGOFMGSTRENGTHENPORCELAIN ABSTRACT In paper,throughanalyzing detail.wedefinedthenewstock composition ofthe householdMGs仃engthen porcelain.anddeveloped theMG s订engthenporcelain wimsuch good meritsas excellent whiteness、higll mechanicalrobustness(220MPa)、 broad sintering temperature(40"C)andgood heat stability.On theother hand,wedeveloped thelow temperature flitted glaze suitableforMGporcelain,achieved thedouble sinteringof talcum porcelain.In addition.we attempted toreinforcethe porcelain matrix T-ZnOwhiskers.Throughanalyzing theternarysystemphasediagram ofMgO--A1203--S102,we foundthatthe composition siteoftalcum porcelainbody WaSonthelineofkaolinite (A1203 2S102)andtalcum(3MgO 4S102)in systemphrase,thesiteWas closetothe boundary ofcristobaliteand protoenstatite.Many studiesindictedthatthe body couldachievedbroad range sinteringtemperaturewhenthe proportion talum(3MgO4S102)andkaolinite(A1203 2Si02)Wasgreaterthanfour,SOit could approximately15 percent.Further studiedonthe systemphaseofNa20。A1203‘2Si02--2MgO Si02 --Si02,wefoundthatwhentheratiooftalcumandalbiteWaSbetween7.2and2,7, therewerealot ofcrystalofprotoenstatite relativelylesscristobalite crystal could producedinthe body,and couldbeseenthatintheprotoenstatiteprimary crystalrange,the isothermallineswere comparativelysparse,it showedthatthe body couldachievebroadsinteringtemperature. According totheanalysisabove,wesetaseriesofstock composition,prepared samples,measured thevolume density、bending resistance、shockresistanceand deformationangle,comprehensivelycompared each performance,we madethe reasonablestock composition. Wemeasuredthestock、vithTG/D1’A,andsetareasonable sinteringsystem inthe light ofthestandardT劬肠curveofkaoliniteandtalcum? Inthis experiment,wecarefully studiedtwo preparingslurryprocesses—fine grindedevery rawmaterialandmixingmilled,mixingmilledvariousmaterials together.Thebending resistance measuring showedthatsamplesmadeby former methodWaSimprovedby about20 percent thanthelatter.So,theformer preparing slurry methodWaSchosen. XRD analysis indictedcrystalphaSe ofthe body WaSall protoenstatite,notany cristobaliteinthebody.SEM offracturesurfacefinetextureshowedthatthe quantity ofcrystalaccountsaddedup to50 percent,on theotherhand,the crystalgrains were thinand uniform,grains sizewereabout10lam,therest phraSe wasstrengthenglaSs phrase,a littleamountofminute approximate ballpore distributedinit.Allthese attributedtothe highperformance andthermalstability. wemadesomeexperiments improvethemechanical performancesbyadding theadditiveofT-ZnOwhiskersto也ebody.But wedidIl’tachievedthe expected result.Analyzed thereaSon,we presumpted thattheT-ZnOinvolvedinthe liquid phase reaction ofbody. Key words: strengthenporcelain talcum albite protoenstatite 胁Owhisker reinforcement 青岛科技大学研究生论文 众所周知,陶瓷材料作为现代最重要的三大材料之一,由于其耐高温、嗬、j腐蚀和重量轻等一系列的优良的特殊性能,在国民经济,人民生活,科技发展 中起到了不可替代的作用。随着生产和科学技术的发展,陶瓷材料的种类同益 增多。按组成可分为硅酸盐陶瓷、氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷:按性能可分为 普通陶瓷,如:日用陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷;特种陶瓷,如:结构陶瓷、 功能陶瓷:按用途可分为日用陶瓷、化工陶瓷等。但是我们知道陶瓷的致命的 弱点是其脆性大,这限制了其优良性能的发挥,也限制了其在实际生产中的应 用。为此陶瓷的韧化已成为近年来陶瓷材料研究的核心课题之一。 近年来,人们对氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷的增韧增强研究较多,但对于硅 酸盐陶瓷中R用瓷增韧增强研究报道较少。随着人们生活水平的提高,洗碗机 和微波炉日益进入百姓家庭,对R用瓷的机械强度、韧性和热稳定性提出了更 高的要求。 强化瓷是目前国内外市场上十分畅销的高档同用陶瓷。其主要特点是材质 的抗冲击强度和抗折强度高,热稳定性好。强化瓷制品不易碰破口沿,适宜高 温消毒、机械洗涤及微波炉快速升温。1975年前苏联出现了高强度低温瓷;i983 年前西德在陶瓷三组分的基础上,通过调整成分,把日用陶瓷的强度提高了l 倍;1989年F}本近50家陶瓷公司投入日用强化瓷的研究,生产出的强化同用 陶瓷的强度比传统日用陶瓷的强度提高了2~3倍。我国台湾地区生产的大同强 化瓷,通过添加氧化铝使日用陶瓷的强度提高了i~2倍:我国大陆先后有一些 科研单位和生产厂家研究并试生产了强化日用陶瓷.取得了良好的效果。目前 国内外只用陶瓷的材质有多种类型,已开发生产的有高铝质、高硅质、镁质或 引入白云母、磷狄石、和氧化钛等原料补强的强化瓷。 高铝强化瓷的抗弯强度达到150MPa,但瓷胎无透明度。体积密度太大且产 品成本高。 高硅强化瓷具有高强度的优点,但其烧成温度范围窄,变形度大。 目前,以滑石为主体原料的F1用细瓷,主要是滑石一钾长石一粘土瓷坯, 这类R用细瓷的优势是白度高,抗弯强度高,但是瓷坯的烧成温度范围较窄,在 实际烧结过程中很容易造成瓷坯坍塌或变形,很难控制烧结的温度,故而在实 镁质强化瓷的研究 际生产中多采用加大产品厚度的方法,解决产品的变形。 所以,如何采用天然的矿物原料研制出具有高铝瓷同等机械性能的强化瓷 具有重大的技术和经济意义。目前,为了达到强化瓷的要求,在生产过程中采 用了一些增韧增强的办法,如:(1)添加少量的致密烧结助剂:(2)采用一定 的措施使粘土在较低的温度下转化为莫来石而不形成粘土玻璃,从而达到强化 的目的;(3)采取有效的措施,增强瓷胎中最薄弱的玻璃相;(4)研究并采用 高强度釉。 另外,采用相变增韧、纤维增韧、晶须和颗粒等物质增强陶瓷坯体,降低 其脆性是现在材料研究领域的热点。T-ZnO晶须具有四脚针状结构,是良好的 复合材料添加剂,本研究在确定镁质强化瓷基础坯料组成的基础上,向基体中 添加一定量的T-ZnO晶须,考察了其对基体性能的影响。 青岛科技大学研究生论文 1文献综述 镁质强化瓷的研究 第一章文献综述及课题选择 1.1陶瓷材料的断裂机理卜” 很多实验都表明材料的实际断裂强度一般要比理论结合强度低几个数量 级,只有晶须才能达到或接近理论强度的实际值。Griffth从能量平衡的观点出 发,提出了裂纹断裂理论。Grittth认为实际材料中总是存在裂纹或缺陷,在外 力作用下这些裂纹和缺陷附近会产生应力集中现象,当应力达到一定程度时, 裂纹开始扩展并导致断裂。所以断裂并不是两部分晶体同时沿着整个界面断丌, 而是裂纹扩展的结果,Grif】‰认为裂纹扩展的条件是物体内储存的弹性应变能 的减小等于或大于丌裂形成的两个新表面所需要增加的表面能,否则,裂纹将 不会扩展。 对于陶瓷材料的脆性断裂而言,Griffth裂纹脆性断裂理论的应用取得了很 大的成功,这是由于陶瓷材料不像金属材料那样在受力作用下产生凹痕或形变。 因而在有微米级线度的裂纹时,就会发生低于理论结合强度的脆性断裂,这恰 好符合Griffth的微裂纹脆性断裂理论。 根据Griffth微裂纹脆性断裂理论,要降低陶瓷材料的脆性断裂,就要首 先使基体进行致密烧结,减少微裂纹,并使基体材料强韧化。对于R用陶瓷而 言,要达到上述目的,首先选择适宜的原料和合理的配料组成,其次是对制作 工艺的严格要求,以达到使基体致密而强化的目的。 镁质强化瓷的研究 2制作工艺陶瓷材料种类繁多,不同的陶瓷材料需要用不同的制备工艺,而且不同的 工艺过程对材料性质的影响是不同的。高档日用陶瓷品质上应达到五无(无斑 点、无落渣、无擦伤、无针孔、无色脏)、-d(变形小)、~低(铅容储量低)、 三光滑(釉面光滑、画面光滑、毛口或底足光滑)。要制得外形规整,内在显微 结构良好,缺陷少,机械强度高的高档强化瓷,在确定配料的基础上必须对工 艺的各个坏节严格的控制。陶瓷材料的制备工艺一般为四个阶段:原料的制备、 坯体的成形、干燥、陶瓷材料的致密化烧结。 2.1原料制备l、原料的工艺参数 原料的各种特性参数对陶瓷的制备工艺及陶瓷材料的最终的机械性能有很 重要的影响,因此制备陶瓷材料需要对原料的各种特性参数进行控制,在大多 数情况下,颗粒尺寸和比表面积是最重要的特性。 泥浆的流变特性和稳定性是影响其成型性的重要因素,一般而音,浆料可 以通过以下机制得到稳定的分散“1:静电稳定机制,空间位阻稳定机制和静电 位阻稳定机制。影响泥浆流变特性的因素包括,泥浆的浓度;固相颗粒的种类 和大小,~般对于高浓度的粘土泥浆而占,其流变性能是颗粒分布的函数;电 解质的加入量,向泥浆中加入电解质是控制其流动性和稳定性的有效方法;剧 健儿”I研究了组成颗粒的矿物种类及颗粒大小对泥浆流动性的影响。 2、调整坯料性能的添加剂 陶瓷制备中,除了其主要原料以外,通常还需要一些辅助的原料,其对于 坯体的制备过程和最终的产品也具有至关重要的作用。 为了使坯料的性能适应成型和以后各工序的要求,常向坯料加入一些添加 剂。根据它所起的作用可分为几类:解凝剂、结合剂、润滑剂、表面活性剂。 表面活性剂对陶瓷料浆的分散性起着至关重要的作用,刘阳等“’研究了表面活 性剂在陶瓷料浆中的应用,其指出根据不同的分散理论,根据不同陶瓷颗粒的 不同表面特性,选择、设计和合成不同的表面活性剂是一个发展方向。A Rapo 等”3研究了三聚磷酸钠和磷酸盐聚合物对高岭土泥浆的性能的影响。含水率和 水质也可能对泥浆性能产生影响“1,此外,季节性也是影响泥浆流动性的一个 青岛科技大学研究生论文 主要的因素,刘卫东等。1针对泥浆的流动性受季节变化的影响这一问题,研究 了添加剂的种类、添加剂的加入量及PH值与泥浆的流动性的关系,提出了避免 泥浆流动性受季节困扰的几点建议。对于注浆成型工艺而言,要考虑到泥浆的 成型性能,着包括三个因素:一,陶瓷泥浆的流变特性i二,泥浆的浇注性; 三,注浆过程中的物理化学变化。影响泥浆浇注性能的因素包括泥浆的流动性, 吸浆速度,脱模速度,挺实能力和加工性。 注浆过程中的物理化学变化是指采用石膏注浆时,既发生物理脱水过程, 也出现化学凝聚过程,而前者是主要的。 原料的制备。当各种原料确定后,可以先按着坯料的配方组成进行配料, 然后球磨、除铁、过筛。 1.2.2坯体的成型 粉料成型的主要目的是为了得到内部均匀和密度高的素坯。成型技术多种 多样,各有优缺点。主要分为干法压制成型,可塑法成型(挤出成型和注射成 型)及悬浮体浆料凝固成型(注浆成型和流延成型)。 1、压制成型 压制成型可分为两种:模压和等静压成型。模压就是将~定量的粉料填充 模具中,在一定的载荷下压制成型。可采用干粉料或湿粉料进行模压成型。 等静压成型又分为两种形式:干袋式和湿袋式。 2、注射成型. 陶瓷部件的注射成型是利用塑料注射成型原理的一种成型技术。注射成型 工艺主要由以下三个环节构成。第一,热塑性材料与陶瓷粉料混合成热熔体, 然后注射进入相对较冷的模具中。第二,这种热熔体在模具中冷凝固化。第三, 将成型后坯体制品顶出脱模。。 3、挤出成型 挤出成型技术是从冶金技术发展来的。冶金工艺中一块金属部件可通过挤 出口挤压而得,在陶瓷挤出成型过程中,陶瓷粉末与粘接剂混合后被挤出成型 这一过程也需要加入润滑剂和表面活性剂。 4、注浆成型 注浆成型已发展为多种形式。在所有的注浆技术中浆料被倒入多孔模具通 过毛细管力或外加压力使溶剂排出。现在普通的注浆成型技术不断的被改迸, 镁质强化瓷的研究 已经出现了压力注浆,真空注浆,离心注浆和超声注浆。 1.2.3坯体干燥m1 生坯内的水分有三种:一是化学结合水,是坯料组分物质结构的…部分; 二是吸附水,是坯料颗粒所组成的毛细管中吸附的水分,吸附水膜厚度相当于 几个到十几个水分予,受坯料组成和环境的影响;三是游离水,处于坯料颗粒 之间,基本符合水的一般物理性质。生坯干燥时,游离水很容易排出,随着周 围环境的湿度和温度的不同,吸附水也有部分在于燥过程中被排出。但排出吸 附水没有什么实际意义。因为,它很快又从空气中吸附水分达到平衡,结合水 要在很高的温度下才能排出。 干燥的目的在于提高生坯的强度,便于检查、修坯、搬运、施釉和烧成。 常见的主要有以下几种干燥方法: 1、热气干燥 以热气向生坯进行对流传热,使坯体排出水分,同时把蒸发出的水带走, 这是很普通的方法。 2、电热干燥 在生坯端面施予共频交变电压,在坯内产生电流而发热,属于内热式干燥。 这种干燥方法适于含水率高的大型生坯原地干燥,设备简单,效率高。 3、高频干燥 以高频或相应频率的电磁波辐射使生坯内水分子产生张驰式极化,转化为 干燥的热能。高频干燥电耗较高,仅用于含水率不高的小型生坯干燥。 4、微波干燥 以微波辐射使生坯内水分子运动加剧,转化为热能干燥生坯。 5、就红外与远红外干燥 以红外辐射使生坯内水分子的键长和键角振动。偶极矩相应的改变,转化 为热能。 2.4致密化烧结陶瓷的烧结大致可分为两种:(1)固相烧结:烧成后不生成玻璃相而固结; (2)液相烧结:陶瓷坯体体系由多种成分所组成,烧成时由各个成分在更低温 青岛科技大学研究生论文 度生成固溶体(低温共熔)而烧结,烧结时.坯体产生玻璃相而固结。 1、烧成过程中的物理化学变化 陶瓷坯体在烧成过程中将发生一系列的物理、化学变化,由颗粒聚集体变 成晶粒结合体,多孔体变成致密体,从而使陶瓷坯体坚固。但陶瓷坯体烧成时 的变化比所用原料单独加热更为复杂,许多反应都在同时进行,且烧成条件影 响,有的反应很难进行完全。窑内坯体所获得的热量从坯体表面传到内部所需 的时间与坯体的厚度的平方成正比,有时会使坯体烧成温度相差40-604C或更 大。从烧成的过程来看,一般分为以下几个阶段“…: (1)低温阶段(室温至300左右) 坯体经自然干燥后仍残留大约2%的吸附水,加热干燥后通常也含有0.1一 l,0%左右的吸附水。随着这些水分的排出,固体颗粒紧密靠拢,因而在这~阶 段有少量的收缩,坯体完全干燥,机械强度提高,不发生化学变化。 (2)分解和氧化阶段(300~950左右) 坯体中含有结晶水的矿物开始脱水分解,碳酸盐发生分解并放出cO:气体; 原料中的有机物和碳素、坯料中添加的有机结合剂等将发生氧化;铁的硫化物 分解和氧化:石英发生晶型转变;长石和石英、长石与分解后的粘土颗粒之间 接触部将因共熔作用而形成溶液。坯体的重量急剧减轻,气孔相应增加,由于 少量熔体起胶结颗粒的作用,坯体强度相应提高。此阶段应保持氧化气氛,有 利于碳酸盐的分解和COx气体的排出,也有利于有机物及碳素的氧化,避免黑心 的产生。 (3)高温阶段(950至烧成的最高温度) 由于氢氧根离子和Al、si原子结合紧密及加热时排出的水汽有部分被吸附 在坯体的空隙中,或溶于新生成的液相中,因而很难排除,要在1000"C以上才 能彻底排除;硫酸盐发生分解并放出sO.。气体;长石熔化产生的液相,不断溶解 石英和粘土分解物,高价铁(Fel+)还原为低价铁,低价铁与石英等形成低共熔 物,产生大量的液相,在液相表面张力作用下.填充空隙,促进晶粒重排:由 高岭石分解形成奠来石和由长石熔体中析出英来石晶体大量产生。这一阶段, 坯体的气孔率迅速降低,坯体急剧收缩,强度、硬度增大,釉层玻化.坯体瓷 化烧结。 (4)冷却阶段 冷却时因熔体粘度增大,抑制了晶核的形成,而且高温熔体中硅含量未达 到饱和。陶瓷在冷却阶段不会有方石英相析出。冷却初期,因液相还处于塑性 镁质强化瓷的研究 状态,可快速降温而不至产生应力,冷却后期(750~550 4C)液相转化为固态 玻璃,此时应缓慢冷却,尽可能得消除热应力。 2、液相存在下的烧结 对于纯氧化物陶瓷、PZT陶瓷等的烧结,固相烧结很重要。而另一些系统的 陶瓷,例如电容器陶瓷、日用细瓷、建筑陶瓷等的烧结,都出现了液相。液相 存在下的烧结与固相烧结相同,其推动力是表面张力。有液相参与的烧结,可 分为三大类型: (1)纯液相烧结,如纯玻璃物质粉末的烧结: (2)固相在液相中不溶解的烧结,如以氧化物为基础会属陶瓷的烧结; (3)固相在液相中有一定溶解度的烧结,如含有过量的PbO的PZT陶瓷、 MgO--高岭土、镁橄榄石一滑石以及以碳化物为基础的金属陶瓷的烧结,均属此 2.5烧结过程的控制因素影响烧结过程的因素很多,主要是温度及保温时间、原料的颗粒度及活性、 添加剂、预烧、气氛及压力等。 1、温度及保温时间 烧结温度是影响烧结的重要因素,因为随着温度的升高,物料蒸气压增高、 扩散系数增大,粘度降低,从而促进了蒸发一冷凝,离子和空位扩散以及颗粒 的重排和粘性塑性流动过程使烧结加速。 延长烧结温度下的保温时间。一般都会不同程度的促进烧结完成,完善坯 体的显微结构,这对于粘性流动机理的烧结较为明显,而对体积扩散和表面扩 散机理的影响较小。但不合理的延长烧结温度下的保温时间,导致晶体过分长 大,加剧二次结晶作用,使材料的性能下降。 2、原料的颗粒度及活性 原料的颗粒度对烧结的过程有明显的影响,颗粒越细,表面能越大,烧结 动力也就越大。因此可以通过降低物料粒度来提高活性,有的用超细粉作原料, 但单纯依靠降低粉料的细度来提高活性是有限度的,况且能耗也高。于是开始 发展用化学法来提高物料的活性和加速烧结的工艺,即活 眭烧结。例如用草酸 镍在450轻烧制成的活性Ni0。很容易制得致密的烧结体,其烧结致密化时所 青岛科技大学研究生论文 需的活化能仅为非活性Ni0。的三分之一左右。 3、添加剂 在陶瓷坯料中加入少量的添加剂常会明显改善某些性能和改变烧结速度。 当添加剂能与烧结物形成固溶体时,将使晶型畸变而得到活化,使扩散和烧结 速度增大,烧结温度降低。而且它除了能产生空位缺陷影响扩散和烧结外,还 能与某些物料在较低的温度下产生液相,促使颗粒重排和传质过程,有利于烧 结。另外添加剂还能富集于晶粒表面或反应生成新的晶相,抑制晶粒异常长大, 并促使气孔的排出,可获得致密的陶瓷材料。 4、气氛 气氛对烧结的影响是复杂的。有些物料的烧结过程对气体介质十分敏感, 同一种气体介质对于不同物料的烧结,往往表现出不同的甚至相反的效果。在 气氛中烧成,会使晶体生成空位,造成缺陷,有利于烧结。 5、压力 外压对烧结的影响主要表现为生坯成型压力和烧结时的外加压力(压力)。 从烧结和固相反应机理容易理解,成型压力增大,坯体中颗粒堆积就比较紧密, 相互的接触点和接触面积增大,从而加速烧结。与此相比,热压的作用更为明 1.3强化瓷的基本性能1,3.1热性能 由于陶瓷材料和制品往往用予不同的温度环境中,很多使用场合还对它们 的热性能有着特定的要求,因此,热性能是陶瓷材料重要的基本’陆质之一。 表征陶瓷制品的一些重要的热性能有热容、热稳定性、热传导性和热膨胀 系数等。 1、比热和热容 陶瓷材料的热容与材料的结构的关系不大,但是单位体积的热容却与气孔 率有关。多孑L材料由于体积密度小,所以热容小,因此,提高轻质隔热材料的 温度所需要的热量远低于致密材料。 2、导热性 通常,陶瓷材料传热以三种方式进行:陶瓷中的固相以传导方式传热;合有 气相的陶瓷可能有小部分的热量通过其内部运动着的气体以对流的方式传热更高的温度下以辐射方式通过气孔传热。 3、热膨胀 陶瓷材料都是一些多晶体或是几种晶体和玻璃相组成的复合体。对于各向同 性晶体所组成的多晶体(致密无液相),它的膨胀系数与多晶体相同。如果晶体 是各向异性的,或是复合材料中的各相的膨胀系数不同,则它们在烧成后冷却 过程中会产生内应力,微观内应力的存在对牵制热膨胀起了限制作用。 1。3.2机械性能 各种材料在外力作用下会发生形状和体积的变化,当外力超过一定限度时, 材料会破坏。研究陶瓷材料在外力作用下发生形变和破坏的规律,对陶瓷材料 的制造、加工、开发和使用都具有重要的意义。 1、弹性 弹性模量E是材料的一种重要的力学性能的表达,它是表征原子脚结合强度 的一种指标。温度升高,热膨胀增加,原子间距变大,弹性模量下降。弹性模 量增大时,材料的脆性减小。为此,可用提高原料的细度、降低坯体中玻璃相 含量及引入粘土、人造莫来石、烧高岭土等办法来达到上述目的。此外,使用 还原气氛烧成时也有利于提高陶瓷的抗冲击性能。 2、机械性能 强度是指材料在外力作用下抵抗其破坏的性能。陶瓷制品的机械损害是由 于外力及内应力共同作用造成的。在外力作用下,陶瓷制品中若含有裂纹将会 扩张。当裂纹扩张到与气孔或空隙相遇时,其扩张过程便会终止下来。此后, 随着应力的增大,便形成新韵裂纹,最后导致材料的破坏。在常温下,大多数 陶瓷材料在受外力作用而破坏时往往是脆性断裂,而且抗冲击性能也很差。陶 瓷材料的结构对其脆性断裂的影响很大。 1.4国内外强化瓷的研究现状和发展趋势 目前研究最多的几种强化瓷包括:高铝强化瓷、高硅强化瓷、滑石质瓷以 及用颗粒和晶须增韧增强同用陶瓷。 青岛科技人学研究生论文 一高铝强化瓷 高铝强化瓷是在传统日用瓷三元系配方的基础上加入10~30wt%的工业氧 化铝替代粘土而制得的陶瓷材料。由传统三元系陶瓷相图分析可知,在传统工 艺条件下只能产生莫来石、石英和玻璃相,不会产生刚玉相,因此,外加并稳 定刚玉相是研制刚玉强化瓷的关键。 高铝强化瓷强度高的原因在于:一,在坯体中产生一定含量的并分布均匀 的强化相刚玉:二,在基体中的玻璃相和残余的长石中生长出针状或交织成网 状的莫来石强化了坯体;三,石英含量降低,因而石英及其周围的断裂源消除, 裂纹的减少提高了坯体的致密程度,因而达到了强化的目的。 但是,事实上,工业氧化铝的加入会使坯体的成型性能下降,可塑性降低, 导致在成型的过程中坯体内部易产生裂纹,烧成过程中裂纹将进一步扩展而使 制品的强度大幅度下降;烧成过程中刚玉相晶粒、莫来石相晶粒异常长大,将 导致产品强度的降低;同时,坯体内部存在的大量气泡也是导致产品强度降低 的因素。为此需加入适量的添加剂,同时严格控制烧成制度来最终达到坯体增 强的目的。 沈等““研究通过加入高塑性粘土来改善坯料的成型性能。加入适量的添加剂来控制制品的显微结构,使坯体中的刚玉、莫来石晶粒均匀细化,避免了大 裂纹的产生,从而提高了产品的力学性能,同时严格控制烧成制度,研制出了 抗折强度达140MPa的强化瓷。甄等”23研究了利用丰富的云南瓷土,高岭土为坯 体的主要原料,通过加入工业氧化铝,滑石粉和少量的稀土氧化物等制得了强 度高,热稳定性好的高档日用强化瓷。微观结构分析表明,坯体中大量存在的 针状奠来石相,均匀分布的粒状刚玉相和少量的石英相是坯体强化的主要物质。 其中加入的少量稀土氧化物可以阻止刚玉相和莫来石相晶粒的过分长大,起到 细化晶粒的作用。加入的滑石可以促使坯体中形成较多的莫来石相,莫来石相 增加到一定程度可形成网络,网络状的莫来石能阻碍晶界的滑移、裂纹的扩展, 极大的提高了其热稳定性。李等【13】研究了矿化剂对高铝瓷烧结的影响。李等114 分析了刚玉强化瓷的物理化学基础,用相图液固相反应动力学讨论了莫来石生成机理,并报导了莫来石生长的动力学表达式:ln(1.38一m)=0.408t一0.336,理论指 导和实验得到的经验公式一致。作者还考查了结构与力学性质的关系,证实了 均匀的刚玉相分布,莫来石交织成网状结构强化了玻璃相,较少的残余石英(<3 %)以及均匀的分布的气孔等等都是获得良好力学性质的基础。张等“1‘研究了 利用天然瓷石、工业氧化铝、高岭土、长石、石英等为坯体主要原料的强化瓷, 镁质强化瓷的研究 坯料工艺性能较好。 总之,高铝强化瓷是目前研究最多的,也是目前市场上最常见的同用瓷。 通过加入工业氧化铝和适量的助剂,并改善烧成制度得到了美观实用的高铝强 高硅质强化瓷是以K:0(Na。0)--AL:0。--SiO。的三元系统为基础配方,制得的以石英晶相为主,而且石英晶粒细小且分布均匀的,瓷体的机械强度可以满足 强化瓷要求的陶瓷制品。 高硅瓷之所以具有较高的机械强度是由于:一,瓷胎中晶相种类及数量多, 且晶粒细小分布均匀。一般而亩,晶相的种类,数量多,其晶界也多,因而增 加了裂纹扩展的路径和不规则性,增加裂纹扩展的阻力。均匀分布的晶粒细小, 使得瓷胎中晶界比较大,沿晶赛破坏时,消耗的能量多,从而减缓了裂纹的扩 展;二,高硅质强化瓷瓷胎的气孔率低,约为1%左右(一般瓷胎的气孔率在3~ 5%左右),这一点也是高硅瓷强度高的至关重要的原因。同时在烧结的过程中 要控制石英向方石英转化量。 刘贤纪等“”依据以上理论,并添加适量的添加剂增强坯体,研制出各项性 能指标均满足要求的高硅质强化瓷。乐“71利用粉石英为原料,从瓷体的强度热 应力与显微结构的均匀性相互关系上考虑热稳定的问题。同时控制瓷体中石英 晶体的粒度和均一性,制得了低导热、低热导、低介电损耗、高强度和良好热 稳定性指标的高硅瓷。经对比可知,此工艺无论是从原料价格还是生产工艺成 本上都是优于高铝瓷的。 理论研究方面,李文超等“”从相交热力学的角度解决了a一方石英强化瓷中 存在的三个问题:石英在较低的温度下转化为a一方石英;提高其转化率;控 制a一方石英的晶粒生长过大。樊震坤等“”利用彭阳瓷石研制成功了高石英含 量的高级R用细瓷。研究表明:合理的瓷石引入量及各工艺参数的控制能大大 提高坯体的强度和热稳定性。其中玻璃相的粒度不仅仅与NazO的含量有关,还与 fSiO。)四面体网络连接程度有关和(Al吼)四面体的“补网”作用有关。 三滑石质瓷 滑石质瓷主要是滑石一粘土一钾长石系坯料。瓷胎具有白度高,抗折强度 高的优点。 杨道等…1以镁质粘土为主要原料,研制了同用滑石瓷,瓷质达到了同用强 化瓷的标准,其研究发现,适当提高滑石粘土的预烧温度同时增加长石的用量, 青岛科技大学研究生论文 可以拓宽其烧成温度范围到40。桑建华等””以MgO—Al:0。--SiO:和K。O—Al。0, --SiO:三元系统相图为理论依据。较深入系统的研究了滑石等主要原料、工艺 条件对提高瓷胎机械强度的影响,研制的镁质强化瓷产品规整,瓷质细腻,色 调柔和。作者对胎体研究认为:胎体中较多的原顽辉石和少量的堇青石弥散在 少量的玻璃相中,及较多交织成网状的针状莫来石和极少量的气孔是镁质强化 瓷强度高的主要原因。另外,桑建华…3研究认为采用合适的塑性添加剂,并制 定合理的工艺参数可以大幅度提高镁质象牙瓷的成坯率。 四加入增强材料的强化瓷 采取措旌改变坯体的配料组成,坯体致密化烧结、强化基体中的晶相和减 少显微裂纹和气孔率,可以制得强化瓷坯体。但是这些措施对坯体的强化效果 是有限的,为此人们也研究了类似固相烧结陶瓷强化措施加入强韧化材料以增 强坯体的措施。周柞万等””报导了氧化锌晶须在同用瓷中的应用,当加入2%~ 10%的氧化锌晶须时,可以使坯体的机械性能和抗急冷性能均有一定程度的提 2本研究的目的和意义目前,同用强化瓷的市场需求很大。高铝强化瓷其性能虽然达到了强化瓷的 要求,但无论从制各工艺、成本及外观质量方面,都难以适应市场的需求。高 硅强化瓷烧成温度范围窄,生产难以控制。传统的滑石质瓷,烧成温度范围窄, 且制作的陶瓷产品厚度大,美观性较差。 本课题『F是在此背景下提出的。利用传统滑石瓷机械强度高的优点,优化配 料组成,以钠长石取代钾长石为主体助熔剂,一方面解决传统滑石瓷用钾长石 作熔剂烧成温度范围窄、产品易变形的缺点,另一方面利用钠长石溶解能力强 的特点,使SiO:,A1:仉大量的溶入钠长石玻璃中,增强玻璃相。从而提高瓷胎 的强度和抗冲击韧性。制备出机械强度高,烧成温度范围宽,热稳定性好,外 观美观的镁质强化瓷。 3本研究的主要内容 首先根据MgO—AI:0。一SiO。相图和Na20 A1203 2Si02-2MgO Si02--Si02 镁质强化瓷的研究 相图确定滑石质瓷坯料组成点在相图中的位置,并由此制定一系列的坯料组成, 以各坯料组成为基础混料,磨料制浆,采用注浆成型法制得各种测试试样,烧 成,测试试样的体积密度、抗弯强度、抗冲击韧性和变形角度,综合考察各种 性能,确定最优的坯料组成。制备低温熔块釉,试制产品,并测试其各种性能。 14 青岛科技大学研究生论文 第二章日用镁质强化瓷坯体组成及性能研究 1实验仪器与原料 1.1实验仪器 表2—1实验所用仪器 Table2-IInstrumentsusedinthe experiment 仪器名称 型号 生产厂家 电子精密天平 ARA520 奥豪斯公司 热恒温干燥箱 202—2A 天津泰斯特仪器有限公司 快速升温炉 KSX型 湘潭仪器仪表厂 滚动球磨机 自制 游标卡尺 杭州西湖量具刃器厂 激光粒度分布测试仪 JL.1155 成都精新粉体测试设备公司 电子万能实验机 RGL一10 深圳瑞格尔仪器有限公司 X.射线本理学株式会社 场发射扫描电镜 JSM.6700F 只本电器公司 热分析仪 S1’A449C 德国NETISCH公司 显微图像仪 JX一2000 成都精新粉体测试设备公司 超声波清洗器 SK2200H 上海科导超声仪器有限公司 摆锤式冲击实验机 XJJ.50 中实检测设备有限公司 .全自动白度计 WD一5 北京市兴光测色仪器公司 镁质强化瓷的研究 1.2原料及化学组成 1、滑石粉 滑石是天然的含水硅酸镁矿物。其化学通式为:3MgO-4Si02一H20,其结晶 构造式为Mg[Si40Io](OH)2。其理论组成为:MgO--32.89%,8i02--63.36%, H20一4.75%。滑石是制造滑石瓷、镁橄榄石瓷的主要原料。 2、钠长石 长石的化学组成是碱金属或碱土金属的铝硅酸盐,成架状硅酸盐结构。钠长 石熔融温度较低,约为1100~1200,熔融时不像钾长石那样有新晶相产生, 其熔融液的粘度较低,而且其粘度随温度变化速度较快,容易引起制品变形, 不易掌握和控制。但因其粘度小,晶体在其中容易生长和发育,如果烧成温度 控制得当,也可获得良好的效果。含钠长石多的瓷坯,其线膨胀系数高,烧成 收缩大,而透明性增强,长石中CaO和MgO都能明显降低长石的熔融温度和 粘度。 由表2—2可看出,钠长石熔融石英、粘土分解产物的能力比钾长石强的多. 而且钠长石的粘度在低温下(低于1250"C)与钾长石在同一数量级,这样既可强 化玻璃相的机械强度,又可避免产品的变形。所以本实验采用钠长石代替钾长 石为主体助熔剂。表2-3为原料的化学组成。 袁2—2长石破璃对粘土、石英的溶解度o“ Table2—2The solubilityofclay quartzinmasculinity 被溶解的物质(%) 3、莱阳土钾长石 15~20 5~10 其矿物组成为微晶高岭石,呈白灰色砂块状,遇水极易分散,膨胀容大,有 较好的塑性,其是含石英较多的蒙脱石,在坯料中作结合粘土。 青岛科技大学研究生论文4、大同土 大同土以高岭石为主要成分,烧成后呈白色的粘土。实验式为:A1203 2S102"H20,理论化学组成的含量比为si02:46.54wt%,A1203:39.50wt%, H20:13.96we%。 5、添加剂 (1)水玻璃 其成分为硅酸钠,因为引起滑石瓷泥浆稠化的主要原因是Si02胶体的凝结 作用,由于泥料在球磨过程中产生热量使泥浆温度升高以及放置时间过长,使 Si02胶结,故加入水玻璃调节泥浆的流动性。 (2)羧甲基纤维素 在滑石瓷坯料中,粘土用量仅为15wt%左右,所以细颗粒较少,粒子水膜 较薄,泥料塑性不好,脱水速度快,在坯体表面产生皱纹,成型困难,故加入 纤维素改善泥浆的成型性能。 由于泥浆的DH值对Si02胶体的凝聚速度影响很大,所以加入碱粉也可调节泥浆的流动性及塑性。 表2-3原料化学组成(wt%) 1jbIe2-3Chemicalconstituentofrawmaterials(Wt%) .!iQ2垒!!Qj!12Qj..曼Q!鱼!Q坚鲤 滑石粉66.01 035 O.3l 0,01 1.08 32.25 10钠长石 73.45 16.54 O.25 0.340.16 0.5 8.84 0.36 10 莱阳土 71.42 14.91 O.7 O.06 1.77 3.18 1.22 0.55 6.69 10 大同土45.6 37.77 0.21 0,45 0.27 0.13 2实验方法及测试手段镁质强化瓷的研究 2.1实验方法 将滑石粉、钠长石、粘土等按设计的坯料组成称量好后,加入O.3wt%的碱 粉及O.05wt%羧甲基纤维素,再加37wt%的水,混合后进行球磨制浆,测量浆 料的细度。采用注浆成型法制得变形试条、抗弯强度试条、抗冲击韧性试条和 体积密度试块后,用干燥箱50-90。C下烘干,修坯。烧成采用二次烧成工艺,即 先高温素烧,上熔块釉后再釉烧,制得各种测试试样。 2.2镁质强化瓷试样的性能测试 2.2.1浆料流变性能测试 用恩氏粘度计测试浆料的流动性和触变性。将制备好的浆料加入到恩氏粘 度计中,测量100ml浆料静置30s流出的时问,表征浆料的流动性:测量100ml 浆料静置30min后流出的时间,与静置30s流出的时间的比值表征浆料的触变 2.2.2浆料的粒度分析浆料的粒度分析采用激光粒度分布仪进行分析 2.2.3陶瓷坯料的加热变化过程

  镁质强化瓷的研究(专业)材料物理与化学。声明:知识水坝论文均为可编辑的文本格式PDF,请放心下载使用。需要DOC格式请发豆丁站内信。


水果机游戏