磷酸钙改善陶瓷性能的研究.pdf

第9卷第4期
材料研究与应用
20⊥5年12月
MATERIALS RESEARCH AND APPLICATION
Dec.201
文章编号:1673-9981(2015)04-0244-05
磷酸钙改善陶瓷性能的研究
张晨阳',张捷,张志杰1,李涛2,邓国舟2
1.华南理工大学材料科学与工程学院,广东广州510640;2.广东省昌隆陶瓷股份有限公司,广东梅州514255
摘要:为降低陶瓷烧成温度,改善低品位陶瓷坯料烧咸产品的综合性能,向坯料中引入Cas(PO1)2,采
用多种测试手段研究了Ca(PO)2对瓷体物相组成、显徽结构、白度、吸水率、体密度及抗弯强度等影
响.掺人Cag(PO))2的陶瓷坯料,在1200~1260℃烧成后,可以制备出白度好、吸水率低、体密度较高的
瓷胎;在1220℃烧成温度下,抗弯强度达最大值108,2MPa,比原坯料最佳烧成温度1320℃下的瓷环
强度高21.3%;XRD结果显示,瓷体中有钙长石相生成;SEM分折表明,钙长石相和莫来石相呈相互交
联的针状结构,同时石英相的尺寸减小,孔洞减少.磷酸钙的添加,使瓷体的晶相组成和显微结构得到优
化,有利于降低陶瓷烧成温度,改善了产品性能.
关词:磷酸三钙;抗弯强度;莫来石;钙长石
中图分类号:TQ174
文标识码:A
传统的陶瓷瓷体以方石英、莫来石为主晶相,以坯料中熔剂碱土金属氧化物的含量,有利于降低陶
长石质玻璃为粘结相,其中方石英热膨胀系数为瓷的生成温度?
11×106℃、莫来石为5.7×10°℃、长石质玻璃为
本文通过向陶瓷坯料中引人磷酸三钙,制备以
5.3~5.8X10°℃1,方石英热膨胀系数和玻璃相相钙长石、莫来石和石英为主晶相的日用陶瓷,降低了
差较大,在陶瓷煅烧冷却过程中,方石英和玻璃相由陶瓷烧成温度,提高了陶瓷的白度和抗弯强度
于热膨胀系数相差大而导致收缩不一致,极易产生
较大的微裂纹,从而降低了瓷体的强度及热稳定性
实验部分
为提高瓷体的强度,一方面可以向瓷体中引人与莫
来石相热膨胀系数相差较小的第三相,即钙长石1.1原材料
相リ,以提高陶瓷力学性能;另一方面,可通过改变
陶瓷坯料由广东省昌隆陶瓷股份有限公司提
瓷体中晶相的形态及尺寸等方法,提高其强度[6
供,过0.178mm标准締;磷酸三钙(分析纯),天津
传统陶瓷原料中杂质Fe元素在长石质玻璃中科密欧化学试剂厂生产.坯料的化学组成列于表
以LFeO.]基团存在是黄色的强着色剂,使瓷体的由表1可知,坯料中SiO2含量较高,Al1O含量较
白度严重降低.在陶瓷生产过程中,为提高产品的白
低,其中Fe2O3含量为0.8%
度,一方面可以对矿物进行除铁增白“9;另一方面,
坯料的物相组成如图1所示.从图1可见,坯料
可以改变铁在瓷体中的存在形式,以期达到增白效主要由石英、高岭石和白云母组成,其中石英衍射峰
果,此外,传统陶瓷的烧成温度高、能耗大,适当增加
较强,高岭石和白云母衍射峰较弱.
收稿日期:2015-11-0
作者筒介:张晨阳(1991-)、男,湖北省黄冈市人,博土研究生
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第9卷第4期
张晨阳,等:磷酸钙改善陶瓷性能的硏究
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表1坯料的化学组成
Table 1 Chemical composition of porcelain raw body
组成成分
Sio
Al> O
K2 C
Na, O
Fe2 O,
Mgo
烧丢量
含量w/%
67.72
17.71
2.03
0.39
0,18
0.06
10.80
3500
d/8°(漫反射照明接收8°反射光),采用国际通用标
准光源D65,参考光源为F2,测试探头的直径为
A--muscovite
2500
8mm,测试波长为360~740mm.测试前需用白色
2000
和黑色标准板校正,消除电信号不稳定而导致的误
差,校正完后方可进行样品测试,每个样品由光度
1500
计自动测量三次并取平均值
1000
用荷兰 Panlytical公司生产的X' pertpro X
射线衍射仪,测定试样的X射线衍射谱,并对样品
102030405060708090
进行物相分析.测试条件为Cu靶/石墨单色器,测
26()
试步长为0.003°,工作电压为40kV,工作电流为
图1坯料的XRD图
30mA,扫描角度为5~-90
Fig. 1 The XRD pattern of porcelain raw body
将试样在3%的HF酸中浸泡20min,用蒸馏
水冲洗浸蚀面后,在烘箱中烘干.采用新西兰FEI
1.2样品的制备
公司的 Nova Nano SEM430型场发射高倍电子显
按配方准确称取坯料和磷酸三钙,放置球磨饉微镜对处理好的样品进行测试,观察样品的显微
中,球磨时间为4h,其中料:球:水=1:2:0.8,结构
氧化锆磨球级配为小球所占比例为55%、中球为
35%、大球为10%,球磨后浆料过筛(筛孔为0.0742结果与讨论
mm),将过筛后的浆料放置于90℃的烘箱中20h,
然后取出坯料研磨成粉末,过筛(筛孔为.15mm),2.1试样煅后的性能
而后将其压制成型,压力为20MPa,保压时间为
30s,将压制好的圆片放入电炉中,按设定的烧成制
样品吸水率按照国家标准GB/T3299-2001(煮
沸法)测定,样品的显气孔率根据国家轻工行业标
度进行烧成.最后测定烧成后样品的吸水率、体积
准QB/T1642-2012测定,采用3点抗压法测量陶
密度、抗弯强度、物相组成、显微结构及白度等
瓷试样的抗折强度.表2为原坯料和掺入
1.3表征方法
Ca(PO)2试样煅烧后的性能测试结果,其中C1为
通过 X-rite8200型分光光度计测定陶瓷瓷体原坯料烧结后的样品,C2为摻入5%磷酸三钙的坯
的白度测试条件为:标准照明及观察条件采用为体烧结后的样品
表2不同烧成温度下的陶瓷样品性能
Table 2 The properties of porcelain samples sintered at different temperature
吸水率/%
体积密度/(g?cm3
抗折强度/MPa
烧成温度/℃
Cu
Ca
1200
0.49
2.34
57.10
97.10
1220
3.07
66.90
108.20
1240
0.29
2.32
2.41
69.90
95.70
0.78
76.00
1320
0.22
2
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