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原料的关键性能、检测方法与标准化

    

  原料是基础,成型是条件,烧成是关键。原料的合理选择和科学分析对企业的生产来说至关重要。

  本文将介绍陶瓷原料的关键性能和检测方法,以及对陶瓷原料标准化的一些思考。

  一、关键性能

  一般建筑卫生陶瓷生产企业对原料使用和验收指标包括:①外观质量分析,包括硬度、脆性、光泽、触摸手感等;②化学性能分析,包括化学成分(sio2、al2o3、fe2o3、tio2、k2o、na2o、cao、mgo)、烧失量、矿物组成、ph值等;③物理性能分析,包括白度、粒度、热学性能、可塑性、结合性、干燥抗折强度、粘度、线收缩率等。

  二、检测方法

  1、外观质量分析

  通过外观质量分析产状、手锤敲击、小刀划痕、煅烧前后的颜色、光泽对比、触摸手感、使用简易试剂等方法,可初步判断原料的化学成分、矿物类型、工艺性能等信息。例如:通过粘土的触摸手感,可判别含砂量、可塑性、结合性、烧失量等性能。

  2、化学性能分析

  可通过传统的化学分析法、分光光度计法、x射线荧光光谱分析法(压片法和熔片法)分析化学成分,大致判断原料煅烧后的颜色、耐火度、烧成温度范围、矿物类型、原料纯度、收缩率、缺陷等信息。

  矿物组成的分析方法有外观目测法、染色法、偏光显微镜法、电子显微镜法、x射线衍射分析法、红外吸收光谱法、热分析法等。

  液态原料可用ph计直接检测,粉末状原料可以与蒸馏水搅拌,取上层清液检测。

  3、物理性能分析

  白度主要是通过原料外观和煅烧后的白度来评价。

  粒度测定内容主要为粒度大小、粒度形状及粒度分布,测定方法有:显微镜法、筛分法、沉降法、激光粒度法等。

  热分析是在程序控制温度下,测量物质的物理性能随温度变化的方法,包括:差热分析法、示差扫描量热法、热重法、热膨胀系数法、高温显微镜法等。可以用来分析原料的种类及含量,研究矿化剂效能,研究固相反应的机理,确定原料熔融和结晶的温度,改进工艺管理,改良配方,克服产品缺陷。

  可塑性指数是粘土呈可塑状态时含水率上限和下限之间的范围,可依据gb/t26742-2011《建筑卫生陶瓷用原料粘土》检测。

  结合性指粘土能结合非塑性物料形成良好的可塑泥团,干燥后有一定干燥强度的能力。通常以在粘土中掺入标准石英砂的最高量来表征粘土结合能力的大小。结合性粘土的加砂量>50%,可塑性粘土的加砂量在20%-50%之间,低可塑性粘土的加砂量一定的干燥抗折强度能保证生坯在搬运、修坯、上釉、装窑、烧成等工序中不受破损,可依据三点抗弯法用强度试验机进行检测。

  粘度表示泥浆流体流动的难易程度,可用涂-4流速杯或旋转粘度计测定。

  原料试样干燥前后标线长度的差值与干燥前标线长度的百分比称为干燥线收缩率。已经干燥的原料试样烧成前后标线长度的差值与烧成前标线长度的百分比称为烧成线收缩率。

  三、标准化的思考

  目前我国建筑卫生陶瓷使用的原料性能波动很大,给工艺控制和质量管理带来了很大的困难。有很多专家认为可以借鉴西班牙、意大利,在不同的产区建立标准化的陶瓷矿物原料厂,给产区集中供应。景德镇在十年前就提出依托景德镇市原料总厂建立标准化的陶瓷泥、釉料生产线。这些方案都没有获得成功,主要原因有三点:1、企业可以通过工艺调节控制原料波动的影响;2、原料标准化集中供应方案的成本远远高于陶瓷企业利用技术员调试配方;3、不同企业有各自的采购策略和合作供应商。

  所谓标准化是指:为在一定的范围内获得最佳秩序,对实际的或潜在的问题制定共同的和重复使用的规则的活动。相对于原料集中供应的狭义标准化,企业可以根据自身情况利用产品标准、检测方法标准等工具进行广义的陶瓷原料标准化。企业完全可以利用标准化的料仓堆料流程进行企业自身原料的标准化处理;利用原料的产品标准、检测标准,对原料进行入厂检验;根据原料的波动,调整配方、试烧配方、确定配方。又比如很多陶瓷厂在十几年前就采用十几种原料球磨制浆、造粒,即使一两种原料出现波动,也难以造成总成分的波动。因此,标准化的目的是提升效率,而非僵化地号召原料标准化供应。

  陶瓷原料的物理性能分析

  1白度

  白度主要是通过原料外观和煅烧后的白度来评价。粘土的白度按gb/t5950 -2008《建筑材料与非金属矿白度测量方法》测定。根据煅烧后的颜色,可以判断原料的利用价值和适用范围。铁杂质、钛杂质以及有机物会影响陶瓷的白度。为了提高抛光砖的白度,通常使用一定量的硅酸锆。硅酸锆在陶瓷烧成过程形成斜锆石等晶相,对入射光波形成散射,从而起到乳浊增白的作用。但是与锆砂共生的独居石矿物中含有放射性核素(232th、238u、40k等),如果使用量不当会导致产品的放射性超标。

  2粒度

  对于陶瓷原料来说,颗粒度越小,可塑性就越强,干燥收缩越大,干燥强度越大,越易于烧结。对于砂状瘠性物料,颗粒越细小,就越易于粉碎,反之困难。粒度过粗或过细均不利质量稳定,过细不仅会增加原料加工成本,不利提升加工产能和节省能耗,也不利釉料产品配料时的流动性,影响均质,而过粗易导致配料偏差或影响研磨时间和细度,进而影响浆料性能,不利于稳定生产。陶瓷原料的细度对材料的合成速度及反应程度有很大影响,如氧化铝原料、硅酸锆原料、陶瓷色料等。硅酸锆原料的细度会影响其乳浊的程度和加入量。陶瓷色料的细度对其发色能力和加入量也有很大影响。

  测定内容主要为粒度大小、形状及粒度分布。测定方法主要有显微镜法、筛分法、沉降法、激光粒度法等,如表5所示。显微镜法是将样品分散在一定的分散液中制取样片,测颗粒影像,将所测颗粒按大小分级统计,可得出以颗粒个数为基准的粒度分布数据。筛分法是让颗粒通过一定尺寸的筛孔。沉降法是按照stokes定律,根据不同大小的颗粒在流体介质中的沉降速度不同,用沉降天平直接称量不同时间内所沉积的物料量,计算出颗粒级配。激光粒度法是根据光束被粉末颗粒衍射得到的能量分布取决于颗粒尺寸的原理,测定光通过粉体时的能量分布来获得颗粒大小分布。

  3热学性能

  热分析是在程序控制温度下,测量物质的物理性能随温度变化的方法,包括:差热分析法、示差扫描量热法、热重法、热膨胀系数法、高温显微镜法等,如表6所示。陶瓷原料的热分析可以用来:分析原料的种类及含量,研究矿化剂效能,研究固相反应的机理,确定原料熔融和结晶的温度,改进工艺管理,改良配方,克服产品缺陷。由于该部分篇幅较大,另做分析。

  4可塑性

  可塑性是指在超过屈服点的外力作用下,泥团发生塑性变形,但并不破裂,除去外力后,仍保持变形后形状的能力。可塑性常用可塑性指数与可塑性指标来表示。陶瓷原料的可塑性与矿物组成、矿物结构、结晶状态、颗粒度、ph值、瘠性、有机物、交换性离子和可溶性盐的含量等因素有关。高岭石颗粒较粗,可塑性差,微晶高岭石颗粒较细,结晶度差,可塑性强。石英、长石等瘠性矿物可降低可塑性。腐殖质胶体颗粒等有机物可增大原料的可塑性。

  可塑性指数是粘土呈可塑状态时含水率上限和下限之间的范围,检测方法按gb/t26742-2011《建筑卫生陶瓷用原料粘土》执行。在生产中,可塑性指数大,说明成型水分范围宽,不易受环境湿度及模具的影响,泥团成型性能好。指数小,调成的泥浆触变性强,渗水性强,便于压滤、榨泥。可塑性指标,则是指在工作水分下,粘土(或坯料)最初出现裂纹时,变形应力与变形量的乘积。x=p×△h,其中:x为可塑性指标,p为形变应力,△h为变形量。具有同样的可塑性指标的不同粘土,并不一定表现出相同的性能。旋坯成型用的泥料要求变形值大。挤坯成型用的泥料要求成型应力大而变形值小。在生产劈裂砖时,希望变形应力p值要大一些,而变形量△h要小一些,以防止劈裂砖在成型后因自身的重量而造成变形。

  5结合性

  结合性指粘土能结合非塑性物料形成良好的可塑泥团,干燥后有一定干燥强度的能力。一般来说粘土物质含量高、粒度细、分散性强,则结合能力强。另外,粘土中高岭土的晶体结构、矿物成分、电解质的参与及其他一些因素,也有一定的影响。陶瓷生产中,结合性具有很大意义,因为陶瓷坯料中瘠性物质的用量必须有一定的配比。通常以在粘土中掺入标准石英砂的最高量来表征粘土结合能力的大小。标准石英砂的颗粒组成为0.25~0.15mm占70%,0.15~0.009mm占30%。结合性分类如下:结合性粘土的加砂量>50%,可塑性粘土的加砂量在20~50%之间,低可塑性粘土的加砂量。

  6干燥抗折强度

  一定的干燥抗折强度,可以保证生坯在搬运、修坯、上釉、装窑、烧成等工序中不破损。坯体干燥抗折强度一般是由原料的颗粒度、形状和分散度,粘土的可塑性和加入量,坯体的成形压力和干燥制度,添加剂种类和含量等因素来决定。粘土的干燥抗折强度要求与标样对比,最大允许绝对误差为±0.2mpa。将原料在105℃±5℃下烘干,在同等实验条件下,将试样与标样制成粉料,将粉料以10%~12%水分造粒,用l×w×d=80mm×80mm×8mm正方形模具在30mpa压力下压制成型。将压制好的试样置于105℃±5℃恒温干燥箱中烘干,冷却至室温,用强度试验机进行试验,并计算干燥抗折强度。干燥抗折强度x2(mpa)的计算公式为x1=3fl/2bh2,其中:f为破坏荷载,l为两根支撑棒之间的跨距,b-为试样的宽度,h为试验后沿断裂边侧得的试样断裂面的最小厚度。

  7粘度

  粘度表示泥浆流体流动的难易程度。粘土用涂-4流速杯测定时,技术要求为(标样值±2.0)s。用选择粘度计测定时,技术要求为(标样值±标样值×5%)dpa·s。将粘土加入适量的水,以干料:水= 2:1共300 g,再加入0.5%~1. 0%的三聚磷酸钠,放入快速研磨机中球磨10 min,浆料全部通过20目(0. 833 mm)筛,用涂-4流速杯测定其流速,单位为秒(s)。若用涂-4流速杯无法侧定,则用旋转粘度计侧定其粘度,单位为分泊(dpa·s).

  8线收缩率

  线收缩率为干燥线收缩率和烧成线收缩率的共同作用之和,但在数值上s总≠s干+s烧。原料试样干燥前后标线长度的差值与干燥前标线长度的百分比称为干燥线收缩率。已经干燥的原料试样烧成前后标线长度的差值与烧成前标线长度的百分比称为烧成线收缩率。在建筑陶瓷生产过程中,不希望收缩大。若某些原料收缩很大,却又不得不使,则尽量少用。

胡俊

浏览人数: 2390
发布日期: 2017-10-24 10:12:59



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