合成堇青石研究

●22●陶瓷2005 . No.7合成堇青石研究孙晓霞张建曾国辉(武汉理工大学材料科学与工程学院430070)摘要文章通过添加剂的加入来研究堇青石的合成，分析比较了几种忝加剂对堇青石合成时晶相、矿物组成等方面的影响,结果表明添加剂的加入均提高了堇青石的含量,且加入量都有一最佳值。关键词堇青石合成添加剂堇青石(2Mg0.2ALO, .5SiO2)具有优良的热学性1.2 坯料配方能,是现代陶瓷工业、冶金I业不可缺少的原材料。堇基础坯料按以下成分配制:苏州土40%;滑石青石的合成已经有近百年的历史,研究人员一直在为38%;矾土 22%。实验样品中添加剂的种类及加入量合成董青石进行着不懈地努力,但合成堇青石仍是一见表 2。项很困难的工作,这主要是因为它的生成条件比较苛表2样品中添加剂的种 类及加入量(质量%)刻,其生成温度与分解温度接近,即烧成温度范围窄,编号01234567891011在较低温度下没有明显的董青石生成,提高温度又会添加剂AAAABBCCCDD导致大量的玻璃相生成从而降低制品的热稳定性。作加入量12342312323为耐火原料,要求具有较高的堇青石含量,高的致密性及尽可能少的杂质,而且价格要便宜。本文旨在通过1.3工艺添加不同种类的添加剂及加人量探讨对合成堇青石的1)混料:把配好的各种原料放入混料机进行干混,时间为24 h。晶相含量、质量等方面的影响。2)成形:混好的原料加人适量的水和成泥料，经陈腐48h以上后,制成形状规则的块状样品。1试验3)干燥:自然风干,以免烧成时干裂。.4)烧成;样品放人硅钼炉中进行烧成,在低温阶段1.1 原料实验采用以下原料:苏州土,浅黄色,稍有滑腻感,(300 C)升温速度不可太快,以免因样品中水分排出磨成细粉，主要为合成反应提供氧化硅;矾土,灰色,磨太快而引起样品开裂。中温阶段升温速度可快些,高成细粉,主要为合成反应提供氧化铝;滑石,有脂肪光温阶段也不可过快。在此期间是董青石的生成阶段,泽,质感滑腻,呈白色,磨成细粉,主要为合成反应提供速度过快会影响董青石的结晶。MgO和Si02 ;添加剂有:A锆英砂(ZrSi0,);B碳酸钡在高温阶段堇青石反应如下:2Al203 + 2Mg0 + 5Si02一2MgO. 2Al203.5Si02(BaCO,);C硅线石(AL2O,●SiO2);D氟化钙(萤石CaF2)。所用原料的化学成分见表1。表!原料的化学成分(质量%)2中国煤化工SIO2FeO3 AL2O,TiO,CaOMgOYHCNMHG矾土14.26 1.82 76.81 4.032.1样品烧成后的 X- ray行射分析苏州土47.50 0.95 34 .400.60 0.13把烧成后的样品磨细,过200目筛,在相同实验条滑石52.62 0.06 0.522.17 33.60件下进行X- ray衍射分析。在讨论测试结果之前,可2005 . No.7陶瓷先分析一下烧成的样品可能会出现的晶相:主晶相是其余部分是玻璃相等其他杂质构成。在相同的测试条堇青石相,并且占绝大部分,其次有可能出现莫来石件下,0号样品(无添加剂)与2号样品(2%A添加剂)相、刚玉相,A、B、C、D各添加剂形成的一.系列次晶相，的XRD图谱见图1。0号祥品(无奉加剂).来石↑wh2号样晶(2%绎加制)盖青石●来石。↑jil图10号样品(无添加剂)与2号样品(2%A添加剂)的XRD圉谱1)从图1中0号样品的X-ray行射分析图谱可杂相也有所不同。5号样品主晶相为堇青石,另外有a以看出:0号样品是由纯的基础料烧结而成,整个图谱-Al2O,、莫来石等杂相产生,此外还有不确定的峰值背底较厚,主要是由玻璃相造成,并且有许多小的杂出现。6号样品杂峰明显少于5号样品,且含量极少，峰。由图谱断定0号样品的主晶相为堇青石相,次晶主要为堇青石相。与0号样品相比较,堇青石含量明相主要为a-刚玉、莫来石相,峰形叠加。显高于0号样品,可见B添加剂效果很明显,相当理想2)从加入A添加剂的1,2,3,4号样品的XRD图(6号样品衍射峰见图2)。谱分析可得,1.23.4号样品与0号样品相比,杂峰明●显减少,即杂相明显减少,董青石含量显著增大,可见6号祥晶(38%峰加剂)添加剂A对提高基础料中堇青石含量有明显作用,这来石:点从图1中0号样品与2号样品的对比可以看出。这几个样品之间横向比较,随着添加剂加入量的增加,1号样品主晶相堇青石占绝大多数,次晶相为莫来石相，20405此外样品内还有其他相,不是很完美。2号样品主晶圈26号样品(3%B 添加剂)的XRD圄谱相为堇青石,次晶相仍是莫来石相,从主晶相的峰值强度来看,与1号样品相比堇青石合成的非常完美。38号祥品(2%C潘加制)号样品主晶相为堇青石相,次晶相为莫来石、锆英石a-ALO,I相。4号样品主晶相为董青石相,次晶相为莫来石相、锆英石相,几乎无其他杂峰,可见此样品中,锆英石含量显著增高,堇青石相则相对减少。从而可知2号样中国煤化xx研元品是最好的,董青石合成很好,杂峰比较少。由此可知YHCNMHG50围38号杆丽(2%0La加刑)的XRD圉谱添加剂的加入量有一最佳值(2号样品衍射峰见图1)。4)加入C添加剂可能会引人杂质,但纵观整体效3)对于B添加剂来说，由于添加剂的不同,产生的果,仍是较大地提高了堇青石相的含量,减少了杂相。.●24●陶瓷2005. No.7综合考虑添加剂C的各不同剂量的图谱,只有8号样按添加剂的种类给出密度d和添加剂的加入量品合成的堇青石最好。从图3可以看出8号样品的主x%的关系见图5。晶相为堇青石相,另有次晶相a- AI20,莫来石相,杂由图5可知,4号样品(4%A)密度大,2号样品峰明显少于7号和9号样品。(2% A)密度最小,这是因为随着添加剂量的增大,4号5)加入D添加剂后合成董青石的图谱可以看出样 品中锆英石相占的比例增大,而锆英石密度又较大，10号样品主晶相仍是堇青石,次晶相为莫来石相,其所以制品最接近锆英石的密度,其密度最大。0号样他杂峰较小,堇青石含量相对较高。10号样品合成的品中因各种杂相多(a- Al20, ,莫来石相等),杂相密度堇青石相无论是d值还是强度都优于11号样品,并且相对较大,所以密度较大。 2号样品中堇青石相含量含杂质相又极少,是很好的合成产物,与0号样品比最高,杂相少,而董青石相密度低,故2号样品最靠近较,二者堇青石含量都有很大的提高,10号样品術射董青石密度,密度最小。1号样品、3号样品则处于这峰见图4。几个密度之间,与以上规律是相符的。.对于含B,C,D添加剂的样品,也有同样的结论。加人B添加剂的样品曲线图中,5号样品中的杂相多10号样品(2%D嗶加剂)蓝青石.其来石▲于6号样品，故其密度大,6号样品杂相最少,密度最小，因为堇青石相最多。加入C添加剂的样品中9号样品含杂相最多,故其密度最大。由于C添加剂密度较大,所以其密度都比0号样品密度有所增加。含图4 10号样品(2%D添加剂)的XRD團谱40703%D添加剂的样品杂相多,故密度大,而含2%D添加2.2物相与真密度剂的样品杂相少,故密度小。用比重瓶法测材料的真密度,真密度与制品中的由以上分析可以看出，物相与密度的关系是极其物相有很大关系,其中晶相含量越多,则烧成的制品密密切的,含什么物相多,密度越靠近该种物相,这可以度越接近此种物相,依据此规律，结合密度曲线可以得作为一种分析参考的依据。以上的结果与用XRD分到如下分析。各物相的大致密度见表3。析的结果是相符的。表3主要物相密度物相堇青石a- A20,锆英石莫来石3结论密度(g(at)2.53.94.43.11)加入不同品种、不同加人量的添加剂,大大提高了基料中堇青石的含量,并且减少了杂质。2. 952.90-1-A2)每-种添加剂的加入量都有一个最合适的量,2. 8512. 80-过多或过少效果都不好。2.75- -▼-D3)通过对比各种添加剂所产生的作用可以看出Bg 2.70-2. 65添加剂效果最好,堇青石与标准JCPD卡相比能很好6 2.60地吻合,并且杂相很少。舶2.55-2. 5012.45-2.40-参考文献2.35]中国煤化工2.3012. 251MYHCN M H GI合成.全国性建材科技期刊一陶瓷,2001(3):42 ~43舔加剂的含量x(%)2代刚斌,李红霞,杨彬,等.绿泥石对堇青石材料烧成和圄5添加剂加入t与样品密度的关系性能的影响.全国性建材科技期刊一陶瓷 ,2003(2):44- 47