周子松　陳賢偉　范新暉

摘 要：在“K2O-Na2O-Li2O”三元復(fù)合熔劑對(duì)配方燒成溫度及試樣性能影響的基礎(chǔ)上，本文深入研究了多元復(fù)合熔劑體系對(duì)產(chǎn)品低溫?zé)尚阅艿挠绊憽?shí)踐證明：采用多元復(fù)合熔劑可以解決超低溫建筑陶瓷磚燒成溫度范圍窄、產(chǎn)品容易變形等問(wèn)題，為大幅降低陶瓷制品的燒成溫度提供了科學(xué)的技術(shù)路徑。

關(guān)鍵詞：多元復(fù)合熔劑；低溫快燒；?；u；影響

1 前言

建筑陶瓷是我國(guó)能源消耗大戶，節(jié)能減排、低碳環(huán)保是陶瓷行業(yè)永遠(yuǎn)的追求，技術(shù)節(jié)能蘊(yùn)含著廣闊的空間。?；u一般采用輥道窯一次快速燒成技術(shù)，其燒成溫度一般在1200℃左右，燒成周期為40～100min，若能在保證產(chǎn)品燒成周期和性能指標(biāo)不變的前提下，降低燒成溫度80～120℃，仍是目前一項(xiàng)技術(shù)難度很高的課題。一旦研發(fā)成功再產(chǎn)業(yè)化推廣，至少可降低燒成能耗10%以上，節(jié)省大量能源，也大大減少了NOX、CO2等廢氣的排放，其經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益十分顯著，是當(dāng)前陶瓷行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)需求和動(dòng)力。

為實(shí)現(xiàn)超低溫快速燒成技術(shù)，獲得性能合格的?；u產(chǎn)品，必須合理配合使用熔劑。本文采用多元復(fù)合熔劑系統(tǒng)，來(lái)解決超低溫建筑陶瓷磚燒成溫度范圍窄、產(chǎn)品容易變形等瓶頸問(wèn)題。研究發(fā)現(xiàn)，多元復(fù)合熔劑隨著溫度的升高，堿性氧化物逐步地進(jìn)入液相，液相會(huì)慢慢地出現(xiàn)在坯體中，明顯減小了產(chǎn)品的變形率，且拓寬了試樣的燒成溫度范圍。

2 二元熔劑對(duì)超低溫快燒?；u的影響

目前，降低建筑陶瓷?；u燒成溫度的主要方法是大量引入1～2種低溫熔劑（如：Na2O、K2O），使坯體在較低溫度下燒結(jié)。但此方法存在以下幾個(gè)方面的不足：

（1） 低溫坯體燒結(jié)過(guò)程中液相出現(xiàn)速率較快，液相量較大，產(chǎn)品出現(xiàn)快速收縮，很容易造成變形；

（2） 堿性原料本身液相粘度低，液相受溫度影響較敏感，產(chǎn)品燒結(jié)溫度范圍窄，產(chǎn)品軟榻變形難以控制；

（3） 產(chǎn)品堿性氧化物比例高、玻璃相比例高，導(dǎo)致產(chǎn)品脆性大、強(qiáng)度低，可加工性能差；

（4） 因坯體需在超低溫度下快速燒結(jié)，含堿性氧化物的原料比例大，造成瘠性料所占比例高，導(dǎo)致坯體結(jié)合性能降低，壓制后因起模強(qiáng)度較低，生坯破損率高；

（5） 稀土尾砂成份波動(dòng)大，造成產(chǎn)品性能難以穩(wěn)定。3 試驗(yàn)內(nèi)容

3.1 試驗(yàn)方案

在總結(jié)分析國(guó)內(nèi)外研究低溫?zé)Y(jié)?；u試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)超低溫?；u在生產(chǎn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，筆者公司在研究中發(fā)現(xiàn)：要想使?；u在超低溫下快速燒結(jié)而不變形，熔劑原料需選擇多元化，同時(shí)，要科學(xué)組合熔劑原料，使得坯體能在一個(gè)較寬的燒成溫度范圍內(nèi)逐漸燒結(jié)。因此，本文提出了復(fù)合熔劑及梯度熔融燒結(jié)的技術(shù)路線。項(xiàng)目采用多種系統(tǒng)的復(fù)合熔劑，分別研究了不同堿金屬氧化物用量，以及多元復(fù)合熔劑對(duì)低溫?zé)僧a(chǎn)品性能的影響；利用多元復(fù)合熔劑梯度出現(xiàn)液相，來(lái)降低產(chǎn)品燒成溫度，保證產(chǎn)品性能，最終取得較滿意的效果。

為了解決低溫坯體燒結(jié)過(guò)程中堿性氧化物過(guò)高，液相出現(xiàn)速率較快，液相受溫度影響較敏感；液相量較大且粘度低，容易造成產(chǎn)品出現(xiàn)快速收縮；產(chǎn)品燒結(jié)溫度范圍窄，容易變形等問(wèn)題。筆者采用多元復(fù)合熔劑體系，在保證較大降低產(chǎn)品燒結(jié)溫度的同時(shí)，使坯體在較低溫度下階梯式出現(xiàn)粘度較高的液相，從而來(lái)解決超低溫產(chǎn)品燒成溫度范圍窄、高溫變形大的難題。其具體方案如下：

（1） 以“K2O-Al2O3-SiO2”系統(tǒng)相圖（見(jiàn)圖1）中985℃低共熔點(diǎn)附近的配方組成為基礎(chǔ)配方，其組成及含量為：K2O 9.5%、Al2O3 10.9%、SiO2 79.6%。在低共熔點(diǎn)附近取一點(diǎn)（1060℃），其組成及含量為：K2O 12.20%、Al2O3 16.94%、SiO2 70.86%，經(jīng)計(jì)算得出理論配方。

（2） 在理論配方基礎(chǔ)上研究了不同粘土和鉀鈉長(zhǎng)石用量與配比（“K2O-Na2O”二元熔劑系統(tǒng)）對(duì)產(chǎn)品燒結(jié)性能和起模強(qiáng)度的影響，尋求能在低溫下燒成的基礎(chǔ)配方。

（3） 在基礎(chǔ)配方中引入第三種熔劑原料--鋰瓷石，利用多堿效應(yīng)來(lái)進(jìn)一步降低試樣燒成溫度。并研究了“K2O-Na2O-Li2O”三元復(fù)合熔劑體系對(duì)超低溫?zé)Y(jié)性能的影響。

（4） 在“K2O-Na2O-Li2O”三元復(fù)合熔劑對(duì)配方燒成溫度及試樣性能影響的基礎(chǔ)上，深入研究四元、五元、六元復(fù)合熔劑體系（例：K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO）對(duì)產(chǎn)品低溫?zé)尚阅艿挠绊?。通過(guò)大量的試驗(yàn)、性能測(cè)試和顯微結(jié)構(gòu)觀察分析，深入研究超低溫?zé)Y(jié)過(guò)程和機(jī)理，并優(yōu)化出超低溫?zé)Y(jié)陶瓷玻化磚的配方組成及制備工藝。

為了準(zhǔn)確把握各陶瓷原料的物料性能，本試驗(yàn)采用了熒光光譜儀分析了陶瓷原料的化學(xué)成份，其結(jié)果如表1所示。

3.2 試驗(yàn)過(guò)程及工藝流程

本試驗(yàn)通過(guò)系統(tǒng)研究不同復(fù)合熔劑，以及配方組成及工藝條件對(duì)產(chǎn)品起模強(qiáng)度、干坯強(qiáng)度、燒成溫度、產(chǎn)品變形等性能的影響，并利用XRD、SEM等測(cè)試手段揭示了超低溫瓷質(zhì)磚燒成溫度范圍和燒成變形的機(jī)理。低溫快燒?；u的工藝流程示意圖如圖2所示。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.3.1“K2O-Na2O”二元復(fù)合熔劑對(duì)燒成溫度及燒成性能的影響

“K2O-Na2O”二元復(fù)合熔劑對(duì)燒成溫度的影響如圖3所示?！癒2O-Na2O”二元復(fù)合熔劑對(duì)吸水率的影響如圖4所示。

從上圖3、圖4可以看出，鉀、鈉長(zhǎng)石替換配方中稀土尾砂，可以降低配方的燒成溫度，因?yàn)橄⊥廖采暗娜廴跍囟雀哂阝?、鈉長(zhǎng)石，但并不是鉀鈉長(zhǎng)石總用量越大越好。當(dāng)鉀、鈉長(zhǎng)石總用量≦35%時(shí)，產(chǎn)品燒結(jié)溫度從1150℃降低到1125℃，產(chǎn)品的吸水率從42.5%降低到0.4%，其變化速度較大。當(dāng)長(zhǎng)石替代稀土尾砂的總量>35%時(shí)，其溫度及吸水率變化速度都較小。因此，當(dāng)鉀、鈉長(zhǎng)石引入量為35%時(shí)，可以獲得較理想的效果。

3.3.2“K2O-Na2O-Li2O”三元復(fù)合熔劑對(duì)燒成溫度及燒成性能的影響

在基礎(chǔ)配方中分別引入5%、10%、15%、20%、25%、30%的鋰瓷石替代基礎(chǔ)配方中的稀土尾砂，并研究不同用量的Li2O替代稀土尾砂后對(duì)試樣燒成性能的影響。鋰瓷石用量對(duì)吸水率的影響如圖5所示。鋰瓷石用量對(duì)抗折強(qiáng)度的影響如圖6所示。

鋰瓷石中的Li2O是強(qiáng)堿性氧化物，有很強(qiáng)的助熔作用。鋰是堿金屬中原子量最小的元素。因此，鋰的助熔作用大于鈉，更大于鉀。從圖5中可以看出，隨著鋰瓷石含量的增加，產(chǎn)品的吸水率明顯下降，燒成溫度降低。當(dāng)鋰瓷石取代稀土尾砂的量為25%時(shí)，燒成溫度為1100℃就可以燒制成瓷，且吸水率小于0.5%。但當(dāng)鋰瓷石引入量達(dá)到一定程度（取代量為25%）時(shí)，再增加鋰瓷石的量，對(duì)降低產(chǎn)品燒成溫度的效果趨于減弱，且過(guò)多的鋰瓷石引入會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品燒成溫度范圍減小，變形加大。

從圖6可以看出，隨著鋰瓷石的增加，坯體的抗折強(qiáng)度逐漸增大，當(dāng)鋰瓷石取代稀土尾砂用量為25%時(shí)，產(chǎn)品抗折強(qiáng)度達(dá)到55MPa。因?yàn)殇嚧墒募尤肟梢越档团浞降臒蓽囟?，促進(jìn)瓷化，使得坯體強(qiáng)度升高。

鋰瓷石的助熔效果強(qiáng)烈，在高溫階段熔融，生成液相起填充坯體中氣孔，連接整個(gè)坯體的作用。鋰瓷石的加入量增加，則在高溫階段填充到坯體氣孔中的液相量也越多，使得坯體越致密，故提高了試樣的抗折強(qiáng)度，但當(dāng)鋰瓷石的加入量過(guò)大時(shí)，不僅會(huì)增加制品的燒成收縮，而且會(huì)引起產(chǎn)品變形。

綜上所述，當(dāng)鋰瓷石取代稀土尾砂的用量為25%時(shí)，不僅可以保證產(chǎn)品燒成溫度降低約30℃，產(chǎn)品的抗折強(qiáng)度達(dá)到55MPa，而且還不會(huì)引起制品燒成變形。

3.3.3“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”等多元復(fù)合熔劑對(duì)燒成溫度及燒成性能的影響

上述試驗(yàn)通過(guò)鋰瓷石的加入形成了“K2O-Na2O-Li2O”三元復(fù)合熔劑，通過(guò)對(duì)“K2O-Na2O-Li2O”三元復(fù)合熔劑對(duì)樣品性能的研究，發(fā)現(xiàn)選擇合適的多元堿性物質(zhì)有利于液相在不同溫度段生成，可以提前進(jìn)入燒結(jié)階段，并有效拓寬燒成溫度范圍，減少產(chǎn)品變形。

因此，試驗(yàn)在“K2O-Na2O-Li2O”三元熔劑系統(tǒng)中分別引入不同堿土金屬原料，例如：硅灰石、滑石、硼鈣石等，來(lái)系統(tǒng)研究“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”等多元復(fù)合熔劑體系對(duì)產(chǎn)品低溫?zé)Y(jié)性能的影響規(guī)律。

（1） 多元熔劑系統(tǒng)試樣燒成溫度范圍

三元熔劑試樣的燒成溫度對(duì)性能的影響如圖7所示。六元熔劑試樣的燒成溫度對(duì)性能的影響如圖8所示。

從圖7和圖8中可以看出，“K2O-Na2O-Li2O”三元熔劑體系試樣和“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”六元熔劑體系試樣都可以拓寬試樣的燒成溫度范圍。對(duì)比三元、六元熔劑試樣可知，六元熔劑試樣具有更低的燒成溫度（1060～1110℃）和更寬的燒成溫度范圍，可以使得試樣燒成溫度范圍拓寬到50℃，多元復(fù)合熔劑的使用有利于液相在不同溫度段生成，可以提前進(jìn)入燒結(jié)階段明顯降低燒成溫度，并有效拓寬燒成溫度范圍使得液相梯度緩慢出現(xiàn)在坯體中。

（2） 多元熔劑體系試樣燒成變形測(cè)試

取65mm×40mm×5.5mm規(guī)格的試樣，間距為50mm，兩端架起放入電窯試燒，同等條件下測(cè)試試樣彎曲弧的高度。其示意圖如圖9所示（變形量數(shù)值取弧形底端到試樣上表面距離）。

試驗(yàn)分別選取二元、三元、六元熔劑體系的試樣，并在各自的燒結(jié)溫度范圍內(nèi)燒成，取在1220℃和1250℃溫度下的?；u產(chǎn)品進(jìn)行燒成變形測(cè)試，變形量如表2所示。

從表2可以看出，多元復(fù)合熔劑可以明顯的減少產(chǎn)品在高溫?zé)呻A段的變形量，由于試樣是在靜止的狀態(tài)下燒成的，與動(dòng)態(tài)的輥道窯中燒成時(shí)相比，棍棒運(yùn)動(dòng)會(huì)反復(fù)修整坯體，試樣的變形會(huì)大大減小。在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)變形量小于6mm時(shí)，?；u的變形生產(chǎn)基本可控。

從“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”六元熔劑體系試樣的變形量與實(shí)際生產(chǎn)的兩個(gè)系列?；u產(chǎn)品比較可以看出，多元復(fù)合熔劑系統(tǒng)在降低燒結(jié)溫度的同時(shí)，可以保證玻化磚對(duì)平整度的要求。

（3） 多元熔劑體系試樣X(jué)RD、SEM分析

“K2O-Na2O-Li2O”三元熔劑體系試樣的燒成溫度范圍在1090～1130℃之間，“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”六元熔劑體系試樣的燒成溫度范圍在1060～1110℃之間。為了比較兩種熔劑體系對(duì)試樣性能的影響，分別取兩種熔劑體系配方的燒成溫度為1090℃進(jìn)行XRD和SEM分析。其XRD圖譜如圖10所示。SEM圖譜如圖11所示。

從圖10可知，三元和六元系列復(fù)合熔劑體系，試樣中主晶相都為石英和長(zhǎng)石晶相，長(zhǎng)石主要是析出的鈣長(zhǎng)石和少量殘留的鉀、鈉長(zhǎng)石晶體，因?yàn)樵嚇釉谳^低的溫度下快速燒成，長(zhǎng)石晶體比較雜，因此難以準(zhǔn)確區(qū)分?！癒2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”六元系列復(fù)合熔劑體系試樣中長(zhǎng)石晶體的量比較多，從成份分析主要是析出的鈣長(zhǎng)石和少量殘余的部分長(zhǎng)石晶相，六元系列復(fù)合熔劑試樣始熔點(diǎn)出現(xiàn)溫度較低，相比三元復(fù)合熔劑體系試樣，燒成溫度更低。因此，高溫物理化學(xué)反應(yīng)更完全，使得試樣性能提升。

由圖11可以看出，硼鈣石和滑石引入“K2O-Na2O-Li2O”三元熔劑體系中坯體形成六元復(fù)合熔劑體系，使得坯體能夠在更低溫度下形成液相促進(jìn)瓷化，坯體的微觀結(jié)構(gòu)變得更加致密，坯體中氣泡比例減少，從而提高了試樣的強(qiáng)度。

4 結(jié)論

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，多元復(fù)合熔劑隨著溫度的升高，堿性氧化物逐步地進(jìn)入液相，液相梯度出現(xiàn)在坯體中，明顯減小了產(chǎn)品的變形率，并且拓寬了試樣的燒成溫度范圍，為陶瓷行業(yè)的超低溫?zé)Y(jié)技術(shù)研究提供了科學(xué)的試驗(yàn)依據(jù)。采用多元復(fù)合熔劑可以解決超低溫建筑陶瓷磚燒成溫度范圍窄、產(chǎn)品容易變形等問(wèn)題，為大幅降低陶瓷制品的燒成溫度提供了科學(xué)的技術(shù)路徑。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉昆，周健兒，汪永清，胡海泉. 超低溫（≤1100℃）?；u的研究與開發(fā)[J]. 中國(guó)陶瓷工業(yè)， 2012（06）.

[2] 周健兒，劉昆，汪永清，胡海泉. 多元復(fù)合熔劑系統(tǒng)在超低溫（≤1100℃）?；u中的應(yīng)用研究[C]. 第七屆亞洲陶瓷技術(shù)研討會(huì)論文摘要集， 2011.

[3] 周健兒，劉昆，汪永清，胡海泉. 鋰瓷石在超低溫?；u中的應(yīng)用研究[J]. 陶瓷學(xué)報(bào)， 2010（04）.

[4] 廖花妹，范新暉. 影響低溫快燒?；u性能的因素[J]. 佛山陶瓷， 2013（06）.

[5] 楊劍，徐慶芝. 低溫快燒瓷質(zhì)?；u配方的研制與生產(chǎn)[J]. 陶瓷， 2003（02）.

3.3.2“K2O-Na2O-Li2O”三元復(fù)合熔劑對(duì)燒成溫度及燒成性能的影響

在基礎(chǔ)配方中分別引入5%、10%、15%、20%、25%、30%的鋰瓷石替代基礎(chǔ)配方中的稀土尾砂，并研究不同用量的Li2O替代稀土尾砂后對(duì)試樣燒成性能的影響。鋰瓷石用量對(duì)吸水率的影響如圖5所示。鋰瓷石用量對(duì)抗折強(qiáng)度的影響如圖6所示。

鋰瓷石中的Li2O是強(qiáng)堿性氧化物，有很強(qiáng)的助熔作用。鋰是堿金屬中原子量最小的元素。因此，鋰的助熔作用大于鈉，更大于鉀。從圖5中可以看出，隨著鋰瓷石含量的增加，產(chǎn)品的吸水率明顯下降，燒成溫度降低。當(dāng)鋰瓷石取代稀土尾砂的量為25%時(shí)，燒成溫度為1100℃就可以燒制成瓷，且吸水率小于0.5%。但當(dāng)鋰瓷石引入量達(dá)到一定程度（取代量為25%）時(shí)，再增加鋰瓷石的量，對(duì)降低產(chǎn)品燒成溫度的效果趨于減弱，且過(guò)多的鋰瓷石引入會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品燒成溫度范圍減小，變形加大。

從圖6可以看出，隨著鋰瓷石的增加，坯體的抗折強(qiáng)度逐漸增大，當(dāng)鋰瓷石取代稀土尾砂用量為25%時(shí)，產(chǎn)品抗折強(qiáng)度達(dá)到55MPa。因?yàn)殇嚧墒募尤肟梢越档团浞降臒蓽囟?，促進(jìn)瓷化，使得坯體強(qiáng)度升高。

鋰瓷石的助熔效果強(qiáng)烈，在高溫階段熔融，生成液相起填充坯體中氣孔，連接整個(gè)坯體的作用。鋰瓷石的加入量增加，則在高溫階段填充到坯體氣孔中的液相量也越多，使得坯體越致密，故提高了試樣的抗折強(qiáng)度，但當(dāng)鋰瓷石的加入量過(guò)大時(shí)，不僅會(huì)增加制品的燒成收縮，而且會(huì)引起產(chǎn)品變形。

綜上所述，當(dāng)鋰瓷石取代稀土尾砂的用量為25%時(shí)，不僅可以保證產(chǎn)品燒成溫度降低約30℃，產(chǎn)品的抗折強(qiáng)度達(dá)到55MPa，而且還不會(huì)引起制品燒成變形。

3.3.3“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”等多元復(fù)合熔劑對(duì)燒成溫度及燒成性能的影響

上述試驗(yàn)通過(guò)鋰瓷石的加入形成了“K2O-Na2O-Li2O”三元復(fù)合熔劑，通過(guò)對(duì)“K2O-Na2O-Li2O”三元復(fù)合熔劑對(duì)樣品性能的研究，發(fā)現(xiàn)選擇合適的多元堿性物質(zhì)有利于液相在不同溫度段生成，可以提前進(jìn)入燒結(jié)階段，并有效拓寬燒成溫度范圍，減少產(chǎn)品變形。

因此，試驗(yàn)在“K2O-Na2O-Li2O”三元熔劑系統(tǒng)中分別引入不同堿土金屬原料，例如：硅灰石、滑石、硼鈣石等，來(lái)系統(tǒng)研究“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”等多元復(fù)合熔劑體系對(duì)產(chǎn)品低溫?zé)Y(jié)性能的影響規(guī)律。

（1） 多元熔劑系統(tǒng)試樣燒成溫度范圍

三元熔劑試樣的燒成溫度對(duì)性能的影響如圖7所示。六元熔劑試樣的燒成溫度對(duì)性能的影響如圖8所示。

從圖7和圖8中可以看出，“K2O-Na2O-Li2O”三元熔劑體系試樣和“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”六元熔劑體系試樣都可以拓寬試樣的燒成溫度范圍。對(duì)比三元、六元熔劑試樣可知，六元熔劑試樣具有更低的燒成溫度（1060～1110℃）和更寬的燒成溫度范圍，可以使得試樣燒成溫度范圍拓寬到50℃，多元復(fù)合熔劑的使用有利于液相在不同溫度段生成，可以提前進(jìn)入燒結(jié)階段明顯降低燒成溫度，并有效拓寬燒成溫度范圍使得液相梯度緩慢出現(xiàn)在坯體中。

（2） 多元熔劑體系試樣燒成變形測(cè)試

取65mm×40mm×5.5mm規(guī)格的試樣，間距為50mm，兩端架起放入電窯試燒，同等條件下測(cè)試試樣彎曲弧的高度。其示意圖如圖9所示（變形量數(shù)值取弧形底端到試樣上表面距離）。

試驗(yàn)分別選取二元、三元、六元熔劑體系的試樣，并在各自的燒結(jié)溫度范圍內(nèi)燒成，取在1220℃和1250℃溫度下的?；u產(chǎn)品進(jìn)行燒成變形測(cè)試，變形量如表2所示。

從表2可以看出，多元復(fù)合熔劑可以明顯的減少產(chǎn)品在高溫?zé)呻A段的變形量，由于試樣是在靜止的狀態(tài)下燒成的，與動(dòng)態(tài)的輥道窯中燒成時(shí)相比，棍棒運(yùn)動(dòng)會(huì)反復(fù)修整坯體，試樣的變形會(huì)大大減小。在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)變形量小于6mm時(shí)，?；u的變形生產(chǎn)基本可控。

從“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”六元熔劑體系試樣的變形量與實(shí)際生產(chǎn)的兩個(gè)系列?；u產(chǎn)品比較可以看出，多元復(fù)合熔劑系統(tǒng)在降低燒結(jié)溫度的同時(shí)，可以保證?；u對(duì)平整度的要求。

（3） 多元熔劑體系試樣X(jué)RD、SEM分析

“K2O-Na2O-Li2O”三元熔劑體系試樣的燒成溫度范圍在1090～1130℃之間，“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”六元熔劑體系試樣的燒成溫度范圍在1060～1110℃之間。為了比較兩種熔劑體系對(duì)試樣性能的影響，分別取兩種熔劑體系配方的燒成溫度為1090℃進(jìn)行XRD和SEM分析。其XRD圖譜如圖10所示。SEM圖譜如圖11所示。

從圖10可知，三元和六元系列復(fù)合熔劑體系，試樣中主晶相都為石英和長(zhǎng)石晶相，長(zhǎng)石主要是析出的鈣長(zhǎng)石和少量殘留的鉀、鈉長(zhǎng)石晶體，因?yàn)樵嚇釉谳^低的溫度下快速燒成，長(zhǎng)石晶體比較雜，因此難以準(zhǔn)確區(qū)分。“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”六元系列復(fù)合熔劑體系試樣中長(zhǎng)石晶體的量比較多，從成份分析主要是析出的鈣長(zhǎng)石和少量殘余的部分長(zhǎng)石晶相，六元系列復(fù)合熔劑試樣始熔點(diǎn)出現(xiàn)溫度較低，相比三元復(fù)合熔劑體系試樣，燒成溫度更低。因此，高溫物理化學(xué)反應(yīng)更完全，使得試樣性能提升。

由圖11可以看出，硼鈣石和滑石引入“K2O-Na2O-Li2O”三元熔劑體系中坯體形成六元復(fù)合熔劑體系，使得坯體能夠在更低溫度下形成液相促進(jìn)瓷化，坯體的微觀結(jié)構(gòu)變得更加致密，坯體中氣泡比例減少，從而提高了試樣的強(qiáng)度。

4 結(jié)論

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，多元復(fù)合熔劑隨著溫度的升高，堿性氧化物逐步地進(jìn)入液相，液相梯度出現(xiàn)在坯體中，明顯減小了產(chǎn)品的變形率，并且拓寬了試樣的燒成溫度范圍，為陶瓷行業(yè)的超低溫?zé)Y(jié)技術(shù)研究提供了科學(xué)的試驗(yàn)依據(jù)。采用多元復(fù)合熔劑可以解決超低溫建筑陶瓷磚燒成溫度范圍窄、產(chǎn)品容易變形等問(wèn)題，為大幅降低陶瓷制品的燒成溫度提供了科學(xué)的技術(shù)路徑。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉昆，周健兒，汪永清，胡海泉. 超低溫（≤1100℃）?；u的研究與開發(fā)[J]. 中國(guó)陶瓷工業(yè)， 2012（06）.

[2] 周健兒，劉昆，汪永清，胡海泉. 多元復(fù)合熔劑系統(tǒng)在超低溫（≤1100℃）?；u中的應(yīng)用研究[C]. 第七屆亞洲陶瓷技術(shù)研討會(huì)論文摘要集， 2011.

[3] 周健兒，劉昆，汪永清，胡海泉. 鋰瓷石在超低溫?；u中的應(yīng)用研究[J]. 陶瓷學(xué)報(bào)， 2010（04）.

[4] 廖花妹，范新暉. 影響低溫快燒?；u性能的因素[J]. 佛山陶瓷， 2013（06）.

[5] 楊劍，徐慶芝. 低溫快燒瓷質(zhì)?；u配方的研制與生產(chǎn)[J]. 陶瓷， 2003（02）.

3.3.2“K2O-Na2O-Li2O”三元復(fù)合熔劑對(duì)燒成溫度及燒成性能的影響

在基礎(chǔ)配方中分別引入5%、10%、15%、20%、25%、30%的鋰瓷石替代基礎(chǔ)配方中的稀土尾砂，并研究不同用量的Li2O替代稀土尾砂后對(duì)試樣燒成性能的影響。鋰瓷石用量對(duì)吸水率的影響如圖5所示。鋰瓷石用量對(duì)抗折強(qiáng)度的影響如圖6所示。

鋰瓷石中的Li2O是強(qiáng)堿性氧化物，有很強(qiáng)的助熔作用。鋰是堿金屬中原子量最小的元素。因此，鋰的助熔作用大于鈉，更大于鉀。從圖5中可以看出，隨著鋰瓷石含量的增加，產(chǎn)品的吸水率明顯下降，燒成溫度降低。當(dāng)鋰瓷石取代稀土尾砂的量為25%時(shí)，燒成溫度為1100℃就可以燒制成瓷，且吸水率小于0.5%。但當(dāng)鋰瓷石引入量達(dá)到一定程度（取代量為25%）時(shí)，再增加鋰瓷石的量，對(duì)降低產(chǎn)品燒成溫度的效果趨于減弱，且過(guò)多的鋰瓷石引入會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品燒成溫度范圍減小，變形加大。

從圖6可以看出，隨著鋰瓷石的增加，坯體的抗折強(qiáng)度逐漸增大，當(dāng)鋰瓷石取代稀土尾砂用量為25%時(shí)，產(chǎn)品抗折強(qiáng)度達(dá)到55MPa。因?yàn)殇嚧墒募尤肟梢越档团浞降臒蓽囟?，促進(jìn)瓷化，使得坯體強(qiáng)度升高。

鋰瓷石的助熔效果強(qiáng)烈，在高溫階段熔融，生成液相起填充坯體中氣孔，連接整個(gè)坯體的作用。鋰瓷石的加入量增加，則在高溫階段填充到坯體氣孔中的液相量也越多，使得坯體越致密，故提高了試樣的抗折強(qiáng)度，但當(dāng)鋰瓷石的加入量過(guò)大時(shí)，不僅會(huì)增加制品的燒成收縮，而且會(huì)引起產(chǎn)品變形。

綜上所述，當(dāng)鋰瓷石取代稀土尾砂的用量為25%時(shí)，不僅可以保證產(chǎn)品燒成溫度降低約30℃，產(chǎn)品的抗折強(qiáng)度達(dá)到55MPa，而且還不會(huì)引起制品燒成變形。

3.3.3“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”等多元復(fù)合熔劑對(duì)燒成溫度及燒成性能的影響

上述試驗(yàn)通過(guò)鋰瓷石的加入形成了“K2O-Na2O-Li2O”三元復(fù)合熔劑，通過(guò)對(duì)“K2O-Na2O-Li2O”三元復(fù)合熔劑對(duì)樣品性能的研究，發(fā)現(xiàn)選擇合適的多元堿性物質(zhì)有利于液相在不同溫度段生成，可以提前進(jìn)入燒結(jié)階段，并有效拓寬燒成溫度范圍，減少產(chǎn)品變形。

因此，試驗(yàn)在“K2O-Na2O-Li2O”三元熔劑系統(tǒng)中分別引入不同堿土金屬原料，例如：硅灰石、滑石、硼鈣石等，來(lái)系統(tǒng)研究“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”等多元復(fù)合熔劑體系對(duì)產(chǎn)品低溫?zé)Y(jié)性能的影響規(guī)律。

（1） 多元熔劑系統(tǒng)試樣燒成溫度范圍

三元熔劑試樣的燒成溫度對(duì)性能的影響如圖7所示。六元熔劑試樣的燒成溫度對(duì)性能的影響如圖8所示。

從圖7和圖8中可以看出，“K2O-Na2O-Li2O”三元熔劑體系試樣和“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”六元熔劑體系試樣都可以拓寬試樣的燒成溫度范圍。對(duì)比三元、六元熔劑試樣可知，六元熔劑試樣具有更低的燒成溫度（1060～1110℃）和更寬的燒成溫度范圍，可以使得試樣燒成溫度范圍拓寬到50℃，多元復(fù)合熔劑的使用有利于液相在不同溫度段生成，可以提前進(jìn)入燒結(jié)階段明顯降低燒成溫度，并有效拓寬燒成溫度范圍使得液相梯度緩慢出現(xiàn)在坯體中。

（2） 多元熔劑體系試樣燒成變形測(cè)試

取65mm×40mm×5.5mm規(guī)格的試樣，間距為50mm，兩端架起放入電窯試燒，同等條件下測(cè)試試樣彎曲弧的高度。其示意圖如圖9所示（變形量數(shù)值取弧形底端到試樣上表面距離）。

試驗(yàn)分別選取二元、三元、六元熔劑體系的試樣，并在各自的燒結(jié)溫度范圍內(nèi)燒成，取在1220℃和1250℃溫度下的玻化磚產(chǎn)品進(jìn)行燒成變形測(cè)試，變形量如表2所示。

從表2可以看出，多元復(fù)合熔劑可以明顯的減少產(chǎn)品在高溫?zé)呻A段的變形量，由于試樣是在靜止的狀態(tài)下燒成的，與動(dòng)態(tài)的輥道窯中燒成時(shí)相比，棍棒運(yùn)動(dòng)會(huì)反復(fù)修整坯體，試樣的變形會(huì)大大減小。在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)變形量小于6mm時(shí)，?；u的變形生產(chǎn)基本可控。

從“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”六元熔劑體系試樣的變形量與實(shí)際生產(chǎn)的兩個(gè)系列玻化磚產(chǎn)品比較可以看出，多元復(fù)合熔劑系統(tǒng)在降低燒結(jié)溫度的同時(shí)，可以保證?；u對(duì)平整度的要求。

（3） 多元熔劑體系試樣X(jué)RD、SEM分析

“K2O-Na2O-Li2O”三元熔劑體系試樣的燒成溫度范圍在1090～1130℃之間，“K2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”六元熔劑體系試樣的燒成溫度范圍在1060～1110℃之間。為了比較兩種熔劑體系對(duì)試樣性能的影響，分別取兩種熔劑體系配方的燒成溫度為1090℃進(jìn)行XRD和SEM分析。其XRD圖譜如圖10所示。SEM圖譜如圖11所示。

從圖10可知，三元和六元系列復(fù)合熔劑體系，試樣中主晶相都為石英和長(zhǎng)石晶相，長(zhǎng)石主要是析出的鈣長(zhǎng)石和少量殘留的鉀、鈉長(zhǎng)石晶體，因?yàn)樵嚇釉谳^低的溫度下快速燒成，長(zhǎng)石晶體比較雜，因此難以準(zhǔn)確區(qū)分?！癒2O-Na2O-Li2O-B2O3-CaO-MgO”六元系列復(fù)合熔劑體系試樣中長(zhǎng)石晶體的量比較多，從成份分析主要是析出的鈣長(zhǎng)石和少量殘余的部分長(zhǎng)石晶相，六元系列復(fù)合熔劑試樣始熔點(diǎn)出現(xiàn)溫度較低，相比三元復(fù)合熔劑體系試樣，燒成溫度更低。因此，高溫物理化學(xué)反應(yīng)更完全，使得試樣性能提升。

由圖11可以看出，硼鈣石和滑石引入“K2O-Na2O-Li2O”三元熔劑體系中坯體形成六元復(fù)合熔劑體系，使得坯體能夠在更低溫度下形成液相促進(jìn)瓷化，坯體的微觀結(jié)構(gòu)變得更加致密，坯體中氣泡比例減少，從而提高了試樣的強(qiáng)度。

4 結(jié)論

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，多元復(fù)合熔劑隨著溫度的升高，堿性氧化物逐步地進(jìn)入液相，液相梯度出現(xiàn)在坯體中，明顯減小了產(chǎn)品的變形率，并且拓寬了試樣的燒成溫度范圍，為陶瓷行業(yè)的超低溫?zé)Y(jié)技術(shù)研究提供了科學(xué)的試驗(yàn)依據(jù)。采用多元復(fù)合熔劑可以解決超低溫建筑陶瓷磚燒成溫度范圍窄、產(chǎn)品容易變形等問(wèn)題，為大幅降低陶瓷制品的燒成溫度提供了科學(xué)的技術(shù)路徑。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉昆，周健兒，汪永清，胡海泉. 超低溫（≤1100℃）?；u的研究與開發(fā)[J]. 中國(guó)陶瓷工業(yè)， 2012（06）.

[2] 周健兒，劉昆，汪永清，胡海泉. 多元復(fù)合熔劑系統(tǒng)在超低溫（≤1100℃）玻化磚中的應(yīng)用研究[C]. 第七屆亞洲陶瓷技術(shù)研討會(huì)論文摘要集， 2011.

[3] 周健兒，劉昆，汪永清，胡海泉. 鋰瓷石在超低溫?；u中的應(yīng)用研究[J]. 陶瓷學(xué)報(bào)， 2010（04）.

[4] 廖花妹，范新暉. 影響低溫快燒?；u性能的因素[J]. 佛山陶瓷， 2013（06）.

[5] 楊劍，徐慶芝. 低溫快燒瓷質(zhì)?；u配方的研制與生產(chǎn)[J]. 陶瓷， 2003（02）.