论文部分内容阅读
本文针对建筑陶瓷行业1180~1200℃温度烧成的抛釉砖釉面耐磨性不高的热点问题，提出了以设计优化钙系结晶耐磨釉的显微结构为突破口，提高釉面的耐磨性和透明度。运用现代检测手段，如SEM显微结构分析、XRD分析、DTA热分析、维氏硬度计及高温显微镜等测试分析手段，对配方组成、耐磨的增强剂以及烧成制度等方面与釉面性能的影响关系及其规律开展详细的研究。总结出能有效调控釉面硬度、耐磨性和透明度的技术方法，研发出可供大生产的高耐磨、透明度较好的抛釉砖的耐磨釉及其产业化技术。详细研究分述如下：
1、配方组成方面通过设计/优化含有微晶的釉面显微结构解决釉面耐磨性问题，首先在可行性研究成果的基础上取釉式0.13R2O0.87RO·0.27Al2O3·2.16SiO2进行实验设计，基础釉属于CaO-Al2O3-SiO2体系中高温的钙系透明釉，分别研究了碱土金属氧化物、铝硅硼含量对釉显微结构及硬度的影响规律，探讨了具有晶体和玻璃相复合釉的结构对耐磨性的影响作用和机理。在中温1180~1200℃条件下研制出具有特定显微结构且硬度较高的多晶耐磨釉，最终在CaO-MgO-Al2O3-SiO2体系中优选出具有高维氏硬度的透明多晶釉D5，维氏硬度达到了759Hv1.0/15，莫氏硬度5.5级，抛光后669.3Hv1.0/15，莫氏硬度5级，12000r磨耗0.07g。
2、鉴于釉面经过抛光会导致耐磨性有较大幅度的下降，本研究采用刚玉作为耐磨增强剂，进一步提高釉面的硬度和耐磨性。详细探讨了刚玉添加量、颗粒尺寸对釉面硬度、耐磨性能的影响及规律，以及含有刚玉耐磨增强剂的钙系结晶耐磨釉的显微结构对釉面性能的影响。研究发现，刚玉在釉层中少量熔融，均匀分布的刚玉增强了硬度及耐磨性，添加量增大也可促进釉层中析出更多的斜长石从而提高釉面耐磨性，析出的晶体平均长度6.5μm。实验结果证明，釉面硬度和耐磨性随刚玉添加量增多而增强，刚玉添加含量6~8wt%时，耐磨釉具有较高的硬度及耐磨性；刚玉的尺寸并不是越小越好，无需达到纳米微粉的程度，D50为20μm时具有较高的透明度和耐磨性；配方D3-4，维氏硬度1036.8Hv1.0/15，莫氏硬度6.5级，抛光后维氏硬度760.7Hv1.0/15，莫氏硬度5.5级，12000r条件下磨耗0.005~0.030g。
3、烧成的冷却制度是钙结晶耐磨釉性能的关键影响因素，本文就冷却制度对耐磨釉结构、性能的影响关系进行了详细研究，并探究了冷却速度、保温温度和保温时间对釉面硬度、耐磨性及透明度的影响及作用，实验结果表明，a、合理的控制冷却制度有助于耐磨釉析出更多的、分布可控的板状斜长石晶体，可以提高釉面的硬度及耐磨性。b、850℃以上的高温冷却阶段对显微结构具有很大影响，降温速率60℃/min时形成的10μm左右的板状斜长石晶体，在冷却过程中不易在玻璃相中形成裂纹缺陷，在950℃时可在较短时间内形成足量的板状斜长石晶体，在冷却的过程中适当的延长冷却时间，有助于耐磨性的提高；c、在低温冷却阶段需要与高温阶段形成的显微结构相匹配，低温冷却阶段选择合适的冷却时间，既能够提高釉面耐磨性，又能够防止急冷产生的微裂纹缺陷导致的性能下降。综合建筑陶瓷抛釉砖的快烧要求及其他性能，D3-4在快速冷却过程中在950℃保温5min时，样品透明度较好，维氏硬度可达到825.06Hv1.0/15，抛光后764.1Hv1.0/15，12000r磨耗0.06g；
前期研究成果在九江诺贝尔陶瓷有限公司进行了产业化应用的实验，通过工艺及添加剂的合理调整，获得了耐磨性能比较高，各性能符合国标要求的抛光砖。配方H具体工艺参数如下：比重1.915g/cm3，流速30s，淋釉克数36g/300×300mm，烧成周期55min，抛除厚度0.15mm，抛光后釉面的性能如下：维氏硬度633.32Hv1.0/15，莫氏硬度5级，平整度对角±0.3mm对边±0.3mm，耐酸碱性能达标，12000r磨耗0.16g。配方Z-4具体的工艺参数如下：比重1.825g/cm3，涂四粘度计流速31s，淋釉克数35g/300×300mm，烧成周期55min，抛除厚度0.15mm，抛光后釉面的性能如下：维氏硬度696.7Hv1.0/15，莫氏硬度5.5级，平整度对角±0.5mm对边±0.4mm，耐酸碱性能达标，12000r磨耗0.07g。
1、配方组成方面通过设计/优化含有微晶的釉面显微结构解决釉面耐磨性问题，首先在可行性研究成果的基础上取釉式0.13R2O0.87RO·0.27Al2O3·2.16SiO2进行实验设计，基础釉属于CaO-Al2O3-SiO2体系中高温的钙系透明釉，分别研究了碱土金属氧化物、铝硅硼含量对釉显微结构及硬度的影响规律，探讨了具有晶体和玻璃相复合釉的结构对耐磨性的影响作用和机理。在中温1180~1200℃条件下研制出具有特定显微结构且硬度较高的多晶耐磨釉，最终在CaO-MgO-Al2O3-SiO2体系中优选出具有高维氏硬度的透明多晶釉D5，维氏硬度达到了759Hv1.0/15，莫氏硬度5.5级，抛光后669.3Hv1.0/15，莫氏硬度5级，12000r磨耗0.07g。
2、鉴于釉面经过抛光会导致耐磨性有较大幅度的下降，本研究采用刚玉作为耐磨增强剂，进一步提高釉面的硬度和耐磨性。详细探讨了刚玉添加量、颗粒尺寸对釉面硬度、耐磨性能的影响及规律，以及含有刚玉耐磨增强剂的钙系结晶耐磨釉的显微结构对釉面性能的影响。研究发现，刚玉在釉层中少量熔融，均匀分布的刚玉增强了硬度及耐磨性，添加量增大也可促进釉层中析出更多的斜长石从而提高釉面耐磨性，析出的晶体平均长度6.5μm。实验结果证明，釉面硬度和耐磨性随刚玉添加量增多而增强，刚玉添加含量6~8wt%时，耐磨釉具有较高的硬度及耐磨性；刚玉的尺寸并不是越小越好，无需达到纳米微粉的程度，D50为20μm时具有较高的透明度和耐磨性；配方D3-4，维氏硬度1036.8Hv1.0/15，莫氏硬度6.5级，抛光后维氏硬度760.7Hv1.0/15，莫氏硬度5.5级，12000r条件下磨耗0.005~0.030g。
3、烧成的冷却制度是钙结晶耐磨釉性能的关键影响因素，本文就冷却制度对耐磨釉结构、性能的影响关系进行了详细研究，并探究了冷却速度、保温温度和保温时间对釉面硬度、耐磨性及透明度的影响及作用，实验结果表明，a、合理的控制冷却制度有助于耐磨釉析出更多的、分布可控的板状斜长石晶体，可以提高釉面的硬度及耐磨性。b、850℃以上的高温冷却阶段对显微结构具有很大影响，降温速率60℃/min时形成的10μm左右的板状斜长石晶体，在冷却过程中不易在玻璃相中形成裂纹缺陷，在950℃时可在较短时间内形成足量的板状斜长石晶体，在冷却的过程中适当的延长冷却时间，有助于耐磨性的提高；c、在低温冷却阶段需要与高温阶段形成的显微结构相匹配，低温冷却阶段选择合适的冷却时间，既能够提高釉面耐磨性，又能够防止急冷产生的微裂纹缺陷导致的性能下降。综合建筑陶瓷抛釉砖的快烧要求及其他性能，D3-4在快速冷却过程中在950℃保温5min时，样品透明度较好，维氏硬度可达到825.06Hv1.0/15，抛光后764.1Hv1.0/15，12000r磨耗0.06g；
前期研究成果在九江诺贝尔陶瓷有限公司进行了产业化应用的实验，通过工艺及添加剂的合理调整，获得了耐磨性能比较高，各性能符合国标要求的抛光砖。配方H具体工艺参数如下：比重1.915g/cm3，流速30s，淋釉克数36g/300×300mm，烧成周期55min，抛除厚度0.15mm，抛光后釉面的性能如下：维氏硬度633.32Hv1.0/15，莫氏硬度5级，平整度对角±0.3mm对边±0.3mm，耐酸碱性能达标，12000r磨耗0.16g。配方Z-4具体的工艺参数如下：比重1.825g/cm3，涂四粘度计流速31s，淋釉克数35g/300×300mm，烧成周期55min，抛除厚度0.15mm，抛光后釉面的性能如下：维氏硬度696.7Hv1.0/15，莫氏硬度5.5级，平整度对角±0.5mm对边±0.4mm，耐酸碱性能达标，12000r磨耗0.07g。