多元复合熔剂对瓷质建筑陶瓷低温烧结性能的影响研究

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本论文在前期工作基础上,以混合土、广东球土、特白钾砂、钠长石、诸暨瓷砂、建宁长石粉、锂瓷石和硼钙石为主要原料,研究了引入二元和多元复合熔剂材料试样的反应致密化过程及其影响规律。对试样的吸水率、体积密度、烧成收缩及抗折强度等性能进行测试,采用TG-DTA、XRD、SEM、EDS和熔块模拟测试手段对多元复合熔剂试样低温烧结性能影响进行研究,从科学层次上解析认知引入二元与多元复合熔剂能有效地降低陶瓷坯体烧成温度的机理和作用规律。  (1)研究结果表明:相对“K2O-Na2O”二元熔剂材料试样而言,“K2O-Na2O-Li2O”和“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO”多元复合熔剂不但降低了烧结温度,而且还有效的改善了烧成性能如拓宽了烧成温度范围,并提高了材料试样的抗折强度。同时,从实验结果可推断出如果合理的选择更多元的复合熔剂将会进一步降低瓷质建筑陶瓷材料的烧结温度。  (2)本论文详细比较分析在低温烧成条件下,二元与多元复合熔剂对瓷坯性能的影响作用和反应致密化过程行为。实验结果表明:引入Li2O等量替代部分K2O和 Na2O所形成的“K2O-Na2O-Li2O”三元复合熔剂比“K2O-Na2O”二元熔剂材料试样的烧结温度由1130℃~1160℃降低至1090℃~1130℃,烧成温度范围从30℃拓宽至40℃,相应地材料试样的抗折强度提高了3.5%。通过对材料试样的EDS和熔块模拟分析可知,试样中的Al、Si含量相比与三元熔剂中的Al、Si含量少得多,然而碱性氧化物含量却高于三元复合熔剂材料试样,这说明二元熔剂材料试样主要是依靠K2O和Na2O熔剂自身熔融而达到烧结,它们会在较短的温度区间内出现大量液相来不及熔解Al、Si,从而使液相中的碱性氧化物比例较高,导致液相的粘度较低。然而引入三元复合熔剂后,它们相互发生反应形成低共熔物,并逐渐阶梯性产生液相,不断熔解Al、Si,保持液相的粘度较大。结合XRD衍射图谱和SEM电镜照片可以看出三元复合熔剂材料试样比二元熔剂材料试样晶相含量和致密化程度高(即气孔数量较少且孔径小),因此,三元复合熔剂材料试样的各项性能均优越于二元熔剂材料试样。  (3)当继续引入 B2O3和 CaO等量替代部分 Li2O所形成的“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO”五元复合熔剂比“K2O-Na2O-Li2O”三元复合熔剂材料试样的烧结温度由1090℃~1130℃降低至1070℃~1120℃,烧成温度范围进一步拓宽从40℃至50℃,材料试样的抗折强度又提高了1.5%,从而进一步证明了引入多元复合熔剂能够降低材料试样的烧结温度,拓宽了材料试样的烧成温度范围,并可适当提高材料的抗折强度。  (4)引入过多的 Li2O, B2O3和 CaO对“K2O-Na2O-Li2O”和“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO”多元复合熔剂试样的烧结温度降低效果不明显,会使烧成温度范围变窄,这明显不利于工业化生产。  (5)实验创新性的运用相图并结合二元与三元复合熔剂的材料试样烧成收缩数据及模拟低共熔点的熔块熔融分析结果,反向推出难以检测到的玻璃相组分中元素(如Li2O)的含量,进而推定出引入多元复合熔剂材料试样的低共熔物的反应温度及其玻璃相的组成。
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