1、-95-第46卷第1期 非金属矿 Vol.46 No.12023年1月 Non-Metallic Mines January,2023SiO2质量分数及烧成温度对陶瓷板性能的影响赵 威1,2*李志鸿2 徐登翔2 裴 帅1 韩 硕1（1 商洛学院 陕西省尾矿资源综合利用重点实验室，陕西 商洛 726000；2 佛山市东鹏陶瓷发展有限公司，广东 佛山 528031）摘 要 以某陶瓷大板企业提供的 9 种矿物原料和石英砂为原料，根据其化学组成和 K2O-Al2O3-SiO2三元系统相图设计 4 种 SiO2含量不同陶瓷板原料配方。通过摩尔比例换算出每种原料中所含 SiO2、Al2O3和 K2O 含量
2、。研究配方 SiO2含量及烧成温度对陶瓷板试样性能的影响，并结合 X 射线衍射与断口显微形貌进行分析。结果表明，陶瓷板中 SiO2含量过高、过低均不利于陶瓷板烧结和性能提高。本试验原料配方中适宜SiO2含量为 63.58%，在 1 130 烧结性能最佳，试样抗折强度达 75.69 MPa，体积密度为 2.48 g/cm3，吸水率为 0.13%。关键词 陶瓷板；SiO2；烧成温度；性能中图分类号：TQ174.76文献标志码：A文章编号：1000-8098(2023)01-0095-04Study on the Influence of SiO2 Content and Sintering Tem
3、perature on the Propertiesof Ceramic PlatesZhao Wei1,2*Li Zhihong2 Xu Dengxiang2 Pei Shuai1 Han Shuo1(1 Shaanxi Key Laboratory of Comprehensive Utilization of Tailings Resources,Shangluo University,Shangluo,Shaanxi 726000;2 Guangdong Dongpeng Holding Company Limited,Foshan,Guangdong 528031)Abstract
4、Nine kinds of mineral raw materials provided by a ceramic plate enterprise and quartz sand were used as raw materials.And four kinds of ceramic plate raw materials with different SiO2 contents were designed according to their chemical composition and K2O-Al2O3-SiO2 ternary system phase diagram.The c
5、ontents of SiO2,Al2O3 and K2O in each raw material were calculated by molar ratio.The effects of SiO2 content and sintering tem-perature on the properties of ceramic plate samples were studied with X-ray diffraction and fracture morphology.The results showed that too high or too low SiO2 content in
6、ceramic plate was not conducive to sintering and performance improvement of ceramic plate.In this study,the proper content of SiO2 in ceramic plate was 63.58%,and the performance was the best sintered at 1 130.Its flexural strength was 75.69 MPa,bulk density was 2.48 g/cm3,and water absorption was 0
7、.13%.Key words ceramic plate;SiO2;firing temperature;property收稿日期：2022-12-08基金项目：陕西省重点研发计划（2022GY-429）；陕西省教育厅青年创新团队建设科研计划项目（21JP037）；商洛学院科学与研究基金项目（21CK02）。*通信作者，E-mail：。近年来，陶瓷大板已走入千家万户，其具有尺寸大、可塑性强、耐高温、耐磨、防水、环保健康等优点，广泛应用于家具面板、厨卫台面、建筑装饰、电器面板等领域1-2。从一块陶瓷大板到一套成品家具，需要经过后期一系列复杂的加工工序，包括切割、开孔、黏接、打磨等，而在后期加工过
8、程中容易出现切割开裂问题，增加生产成本，影响后期使用，目前已成为整个行业关注的热点问题3-5。龙煜明等6通过在在陶瓷岩板坯料中外加8%氢氧化铝、1%莫来石，样品抗折强度提高到 112.8 MPa，较空白样提高 107.4%。本课题组7在陶瓷大板原料中加入氧化锆粉料，利用氧化锆相变、颗粒弥散强化提高岩板抗折强度，添加量 20%的 1.5Y-ZrO2可使抗折强度提高 88.4%。但上述方法均会使原料成本提高，不利于推广应用。部分陶企多通过引进大吨位陶瓷大板成型机来制备高性能陶瓷大板8-9。除此之外，关于陶瓷大板强韧化的研究尚鲜见报道。陶瓷大板属于典型的硅酸盐陶瓷制品，其内 部 二 氧 化 硅 含
9、量（质 量 分 数，下 同）一 般 在65%左右，二氧化硅可提高陶瓷板坯体机械强度，增加透光度和白度。但二氧化硅在升降温过程中存在晶型转化，在 573 时，-石英转化为-石英，在 180270 范围，-方石英转化为-方石英，均伴随着体积的膨胀或收缩，在陶瓷大板内部产生应力10-11。目前，陶瓷大板的烧成周期普遍较短，导致其内部存在较大内应力，在后加工时应力可能会释放造成切割开裂。本试验采用某陶瓷大板企业常用 9 种矿物和石英砂为原料进行配方设计，配制出 4 组不同二氧化硅含量的原料配方，然后进行成型、烧成、性能测试，研究二氧化硅含量及烧成温度对陶瓷板性能的影响。-96-第46卷第1期 非金属矿
10、 2023年1月表 2 不含烧失量的矿物原料化学组成（w/%）原料Al2O3SiO2CaO MgO Fe2O3TiO2K2O Na2O 总含量煅烧铝钒土 52.97 42.34 0.37 0.42 1.45 1.75 0.25 0.31 99.86 钾砂17.72 77.35 0.06 0.19 1.35 0.16 2.60 0.43 99.86 高铝砂32.47 58.86 0.06 0.38 2.94 0.28 4.18 0.71 99.88 高岭土35.76 58.77 0.07 0.33 1.46 0.14 2.77 0.55 99.85 膨润土16.59 77.94 0.18 1.9
11、1 1.06 0.17 1.65 0.36 99.86 透辉石2.56 62.60 20.91 12.52 0.29 0.15 0.34 0.41 99.76 钾长石15.17 75.44 0.16 0.14 0.52 0.10 5.42 3.05 100.01 军绿砂18.67 70.13 0.15 0.22 0.53 0.18 5.10 4.91 99.89 大板回收料 17.58 73.80 0.34 1.03 0.82 0.24 3.22 2.90 99.94 根据 K2O-Al2O3-SiO2三元系统相图，将原料中Na2O、CaO、MgO 按摩尔比例换算成 K2O，将 Fe2O3、T
12、iO2按摩尔比例换算成 Al2O3，最后再计算各百分比。各原料化学组成换算成 K2O、Al2O3和 SiO2，见表 3。表 3 换算后各原料化学组成（w/%）原料Al2O3SiO2K2O煅烧铝钒土55.68 42.00 2.32钾砂18.80 77.43.80高铝砂34.78 58.98 6.24 高岭土36.8358.70 4.47膨润土17.07 76.11 6.81透辉石2.2447.84 49.93 钾长石15.37 74.1510.48 军绿砂18.7468.29 12.98 大板回收料17.90 71.77 10.32 根 据 4 组 原 料 配 方 中 二 氧 化 硅 含 量 须
13、 在50%55%、60%65%、70%75%、80%85%的设计要求，二氧化硅含量不够时，加入高纯度石英砂弥补，设计以下 4 组配方：配方一：煅烧铝矾土 30%，高铝砂 30%，高岭土10%，钾长石 10%，透辉石 20%。配方一中 K2O 含量为16.09%，Al2O3含量为31.05%，SiO2含量为52.85%。配方二：透辉石 30%，军绿砂 30%，钾长石 20%，膨润土 20%。配方二中 K2O 含量为 24.45%，Al2O3含量为 11.97%，SiO2含量为 63.58%。配方三：大板回收料 30%，钾砂 30%，钾长石20%，膨润土 20%。配方三中 K2O 含量为 7.72
14、%，Al2O3含量为 17.49%，SiO2含量为 74.79%。配方四：大板回收料 30%，膨润土 30%，石英砂30%，钾长石 10%。配方四中 K2O 含量为 6.21%，1 试验部分1.1 原料 采用广东某陶瓷大板企业常用 9 种矿物和高纯石英砂为原料，制备不同 SiO2含量的陶瓷板小样，9 种矿物原料的化学组成，见表 1。表 1 矿物原料的化学组成（w/%）原料Al2O3SiO2CaO MgOFe2O3TiO2K2O Na2O烧失量总含量煅烧铝钒土 52.58 42.03 0.37 0.42 1.44 1.74 0.25 0.31 0.74 99.86钾砂16.83 73.48 0.
15、06 0.18 1.29 0.15 2.47 0.41 5.00 99.86高铝砂29.65 53.74 0.05 0.34 2.69 0.26 3.82 0.64 8.69 99.87高岭土32.14 52.83 0.06 0.29 1.31 0.13 2.49 0.49 10.11 99.85膨润土15.71 73.81 0.17 1.81 1.00 0.16 1.57 0.34 5.28 99.86透辉石2.35 57.47 19.20 11.49 0.27 0.14 0.31 0.38 8.18 99.76钾长石14.93 74.26 0.16 0.14 0.51 0.10 5.33
16、3.01 1.56 99.87军绿砂18.28 68.64 0.15 0.21 0.52 0.18 4.99 4.81 2.12 99.89大板回收料 16.90 70.96 0.33 0.99 0.79 0.23 3.10 2.79 3.85 99.941.2 样品制备 首先通过配方设计计算出制备 4 种不同二氧化硅含量的陶瓷板配方的原料组成，然后将各原料按比例称量后倒入球磨机中球磨 2 h，球磨机转速 600 r/min，再将粉料过 200 目（74 m）筛备用。将粉料倒入钢模中干压成型，成型压力 20 MPa，保压 30 s，制得陶瓷板生坯小样 30 mm10 mm 4 mm。最 后 将 生 坯 小 样 放 入 高 温 炉 中，采 用 8/min 的升温速率从室温升至 1 000，再以 5/min 升至烧成温度，保温 10 min，当炉温降至 800 时，打开炉门快速冷却至室温制得陶瓷板小样。1.3 性能表征 陶瓷板小样的抗折强度采用 WDW-50 型万能试验机进行检测，载荷加载速度 0.5 mm/min，跨距 30 mm；体积密度采用阿基米德排水法，借助 AU-300S 体积密
