低品位鋁礬土在高鋁質(zhì)電瓷配方中的運(yùn)用

李巖　李月明　張黎暉

【摘要】為全面優(yōu)化高鋁質(zhì)電瓷配方的質(zhì)量，提出用低品位鋁礬土將過(guò)往優(yōu)質(zhì)鋁礬土取而代之的建議，并在冷等靜壓干法生產(chǎn)工藝設(shè)備設(shè)施的協(xié)助下，發(fā)現(xiàn)在配比及燒制工藝適宜時(shí)，利用低品位鋁礬土制得的試驗(yàn)樣品能迎合高鋁質(zhì)電瓷對(duì)絕緣性提出的要求。

【關(guān)鍵詞】高鋁質(zhì)電瓷? 鋁礬土? 冷等靜壓干法

高強(qiáng)度鋁質(zhì)電瓷材料有剛玉質(zhì)瓷和莫來(lái)石質(zhì)瓷之分，雖然前者具備較高的機(jī)械性能，但是因?yàn)槊芏认鄬?duì)較大，故而在燒制超高輸電線路絕緣子中受限，外加氧化鋁材料采購(gòu)成本較高，故而燒制出的剛玉質(zhì)瓷產(chǎn)品售價(jià)相應(yīng)提升，影響工廠產(chǎn)量。為降低優(yōu)質(zhì)鋁礬土在電瓷產(chǎn)品生產(chǎn)中的耗用量，本文提出將低品位鋁礬土（Al2O3含量低于85.0%鋁礬土，下文簡(jiǎn)稱為“D”）應(yīng)用于電瓷配方的設(shè)想，并展開了相應(yīng)研究。

一、實(shí)驗(yàn)研究

選定配方主要材料及化學(xué)成分。遵照通用性與高溫相符性原則選擇材料，D鋁礬土內(nèi)Al2O3含量為82.33%，與實(shí)驗(yàn)研究的要求相符合。本次研究中選擇的土質(zhì)類型為涇陽(yáng)土（將傳統(tǒng)工藝的章村土取代），此外配方中還選用了高嶺土、長(zhǎng)石等原料。主要原料的化學(xué)成分以SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、CaO、MgO為主，例如，D鋁礬土以上化學(xué)組分含量分別為10.88%、82.55%、1.11%、3.68%、0.48%、0.29%;長(zhǎng)石分別為66.4%、17.36%、0.29%、0.12%、0.24%、0.22%。

在規(guī)劃配方過(guò)程中，因?yàn)镈鋁礬土自體化學(xué)組分具有明顯的特殊性，故而，試驗(yàn)研究過(guò)程分如下三個(gè)流程進(jìn)行：①采用D鋁礬土直接將鋁礬土取而代之;②整體取代現(xiàn)有鋁礬土的同時(shí)，將章村土用涇陽(yáng)土取而代之;③用適量D鋁礬土代替優(yōu)質(zhì)鋁礬土，且涇陽(yáng)土取代章村土。

二、試驗(yàn)結(jié)果

全部配方均依照規(guī)劃的配制比精確稱量，整體倒入星式快速球磨機(jī)內(nèi)球磨處理，采用LS-POP（Ⅳ）型激光粒度儀測(cè)定漿料，針對(duì)符合燒制用漿的粒度需立刻放磨。同時(shí)，將放磨以后的料漿安置在托盤內(nèi)，在100℃高溫環(huán)境中干燥處理，通過(guò)造粒與過(guò)篩，把粉料整合至樣品袋中陳放腐蝕以備用。

（一）比較白坯體密與強(qiáng)度

提取適量陳腐粉料，經(jīng)冷等靜壓機(jī)干法壓制成型，磨制成內(nèi)徑、長(zhǎng)度分別是15mm、18mm的白坯試條五組，每組6根，將其整體放置在60～70℃烘箱中4h后取出。每組提取一根試條，并將其切割成體積為1cm3的試塊5塊，用于檢測(cè)白坯體密。其余每組的5根試條均參與進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，全部配方的白坯體密和強(qiáng)度均符合生產(chǎn)規(guī)范與要求。

（二）比較燒制收縮率與強(qiáng)度

依照2.1種的做法制得5組（1～5#）試條，各組均為8根，將其整體放置到型號(hào)為120m3的抽屜窯內(nèi)，與電瓷材料產(chǎn)品共同燒制。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，配方燒成收縮率的峰值在2#，解釋原因，可能和2#內(nèi)Al2O3含量偏低相關(guān)，其余四組的燒成收縮率經(jīng)對(duì)比分析，皆無(wú)顯著差異。

在燒制收縮試條檢測(cè)工作結(jié)束后，依照有關(guān)規(guī)范流程檢測(cè)抗折強(qiáng)度試驗(yàn)，數(shù)據(jù)依照“平均值*（1士1500）”測(cè)算的范疇，及時(shí)刨除與設(shè)計(jì)要求不相符的結(jié)果，對(duì)余下的數(shù)據(jù)計(jì)算平均值后，發(fā)現(xiàn)2#配方強(qiáng)度跌落幅度較為顯著，原因依然可以解釋為Al2O3含量偏低。而3#配方試條強(qiáng)度略高于2#試條強(qiáng)度高，且也迎合了關(guān)于普通產(chǎn)品釉試條強(qiáng)度>130MPa的標(biāo)準(zhǔn)。4#與5#配方中，當(dāng)涇陽(yáng)土將章村土替代后，也實(shí)施取代局部?jī)?yōu)質(zhì)鋁礬的方法，結(jié)果表明，當(dāng)產(chǎn)品燒制溫度達(dá)到1230℃時(shí)，4#配方的強(qiáng)度高于5#，這和我們最初的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)存在較大差異。

為檢驗(yàn)4#與5#配方，研究人員二次制作試條并將其放置在燒制溫度為1565℃環(huán)境中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，4#與5#配方均較有效的發(fā)揮了強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)，且后者強(qiáng)度高于前者。這說(shuō)明涇陽(yáng)土應(yīng)用與優(yōu)質(zhì)鋁礬土數(shù)量適當(dāng)增加后，適當(dāng)提升電瓷產(chǎn)品的燒制問(wèn)題，能促進(jìn)Al2O3高含量?jī)?yōu)勢(shì)的有效發(fā)揮進(jìn)程。

（三）比較分析X射線衍射

為明確涇陽(yáng)土在高鋁質(zhì)電瓷配方試條強(qiáng)度提升方面的原因，研究人員對(duì)涇陽(yáng)土與章村土材料均進(jìn)行了X射線衍射分析，X線分析結(jié)果表明，兩種類型的土質(zhì)衍射強(qiáng)度無(wú)顯著差異，但前者晶相類型更多。且既往有很多研究人員針對(duì)以上現(xiàn)象曾作出較清晰陳述，站在電瓷生產(chǎn)工藝學(xué)的視域出發(fā)，粘土內(nèi)高嶺石的結(jié)晶程度是備受關(guān)注的內(nèi)容，當(dāng)高嶺石結(jié)晶程度處于較高水平時(shí)，衍射峰數(shù)量提升，峰形尖銳且體現(xiàn)出對(duì)稱性分布的特征。正因如此，我們可以認(rèn)為，高鋁質(zhì)電瓷配方機(jī)械強(qiáng)度的提升與涇陽(yáng)土內(nèi)晶相類型增多密切相關(guān)。另外，還有研究發(fā)現(xiàn)，徑陽(yáng)土內(nèi)有鋁高硅低、鉀高鈉低的化學(xué)成分分布特征，也是配方強(qiáng)度提升的內(nèi)在原因之一。故而，C鋁礬土應(yīng)用于高鋁質(zhì)電瓷產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，融入適量涇陽(yáng)土，對(duì)增強(qiáng)電瓷產(chǎn)品機(jī)械強(qiáng)度、提升產(chǎn)品整體性能有很大助益。

三、結(jié)論

（1）本次實(shí)驗(yàn)研究與檢驗(yàn)結(jié)果表明，徑陽(yáng)土內(nèi)有鋁高硅低、鉀高鈉低的化學(xué)成分分布特征，且其內(nèi)晶相類型繁多，能為試條強(qiáng)度提升創(chuàng)造良好條件。

（2）D鋁礬土整體或局部將優(yōu)質(zhì)鋁礬土取而代之，對(duì)白坯成型性能不會(huì)形成明顯影響。

（3）利用適量涇陽(yáng)土、鋁礬土將優(yōu)質(zhì)鋁礬土取代后，發(fā)現(xiàn)燒制體制是影響試條機(jī)械性能的主要因素之一。在燒制溫度適宜的條件下，通常能提升高鋁質(zhì)電瓷配方的機(jī)械強(qiáng)度，體現(xiàn)出良好的性能。

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