陶瓷坯釉料制备技术及优势

1.硅灰石的基本性质

硅灰石是一种钙的偏硅酸盐矿物，是接触交代变质而形成，以英国矿物学家W.H.Wollaston的姓氏命名。

硅灰石属单链硅酸盐矿物，为三斜晶系，有两个系列：

高温型——α—硅灰石（又称假硅灰石）呈假斜方晶系或假六方晶系，实质上是三斜硅灰石晶系，自然界极少见，多为人工合成；

低温型——β—硅灰石，三斜晶系，自然界产出最多；副硅灰石，单斜晶系，自然界产出最少。陶瓷工业中应用的硅灰石是β—硅灰石。

硅灰石的化学通式为CaO·SiO2，结构式为Ca3[Si3O9]，属于三节链结构，每一硅氧四面体均以两个角顶与相邻四面体相连。

硅灰石的化学组成为CaO48.25％，SiO251.75％，天然产出的硅灰石，其结构中的Ca2+可被少量的 Fe2+、Mg2+、Mn2+、Ti4+、Sr2+所置换，并混有少量的 Al和少量的 K、Na。

2.硅灰石的物理性质：

（1）产状：呈放射状、纤维状、针状、羽毛状或块状，以纤维状、放射状、针状最常见。纤维的长宽比一般达7～8∶1，最大可达20∶1，我国出产的可达20∶1。

（2）颜色：白色、乳白色、灰白色、浅灰色、黄白色，有杂质时可变成褐色。

（3）伴生矿物：透辉石、石榴子石、绿廉石、方解石及石英等。

（4）物理指标：比重理论值为2.92，一般为2.87～3.09，硬度4.5～5，熔点1540℃。性脆，易于粉碎成细颗粒。

（5）光学性质：在{100}，{001}方向有解理，解理角为85度左右。

用波长为的短波紫外光照射：湖北大冶的硅灰石发橘黄色荧光；吉林梨树县大顶山的和河北迁西县高家店的发紫红色荧光。硅灰石还具有热发光性质，加热温度为821℃～268℃，不同产地的硅灰石加热发光温度不同。

3.硅灰石的工艺特性

（1）干燥和烧成收缩小，平均收缩可在0.5％以下，可以大大提高制品的尺寸精度。

（2）热膨胀系数相对较小，且与温度呈线性关系。

β—硅灰石的 α20～800℃为 6.5 ×10-6/℃，有利于快烧成。 （α—硅灰石的 α20～800℃为 11.8 ×10-6/℃，不利于陶瓷生产）。有助熔作用，可以显著降低烧成温度。

（3）吸湿膨胀小。(www.xing528.com)

（4）取代石灰石和石英可以部分解决釉面釉泡和针孔的缺陷。

（5）β硅灰石在1200℃下加热40小时转变为α硅灰石，这时会引起一些性质的变化：链状结构转变为环状结构，原先固溶的Fe、Mn等离子出溶，形成了着色氧化物，硅灰石英由纯白色调转变为奶油色或黄色。热膨胀系数从6.5×10-6/℃增加到11.8×10-6/℃。

根据β硅灰石和α硅灰石的克分子体积计算，相变时发生体积膨胀0.4％，易产生应力。

4.硅灰石的工艺特点

（1）硅灰石在建筑卫生陶瓷的坯料中，具有明显的溶剂作用，适量使用可以大大降低坯体烧成温度和缩短烧成时间。硅灰石和黏土配料，高温下会生成钙长石和方石英：

（2）由于硅灰石受热膨胀率低、呈线形膨胀且变化均匀，因此在1200℃之前不会发生明显的吸热或放热效应，也不会发生相变，因此非常适宜于快速烧成工艺，并且能够明显缩短烧成周期，具有明显的节能效果。

（3）硅灰石不含结晶水和碳酸盐，烧成过程中不分解产生气体，既可降低产品的烧成收缩，避免产品的变形和开裂，又可减少釉面针孔的产生，提高釉面质量。

（4）硅灰石由于其节能、低温烧成、省时、和产品理化性能的改善等优点形成的综合效应，可以促进陶瓷生产工艺、窑炉结构和操作方法的改进。实践证明采用硅灰石原料的坯体配方可以缩短烧成时间，简化生产工艺，节约能源，降低生产成本，提高产量与经济效益。

使用天然硅灰石时必须经制定合理的工艺配方，发挥其最大的优越性能。例如由于硅灰石属于低温矿物原料，高温烧成时的相转变点在1120℃左右，烧成温度范围较窄，硅灰石质坯体烧成温度超过1100℃时，容易发生变形；硅灰石的膨胀系数较低，若用量过大时，其坯体难以与釉料结合；再者，硅灰石呈现针形晶体状，难以粉碎磨细，因此球磨粉碎时间较长。

5.硅灰石的组成

近20年来，我国各地的许多家陶瓷企业成功地采用硅灰石陶瓷原料生产陶瓷产品，取得许多成功的经验，改进了生产工艺，降低了生产成本，大大提高了企业的经济效益。

我国的硅灰石产地很多，它们的化学组成如表1-4所示：

表1-4　中国部分硅灰石产地硅灰石的化学成分（％）

6.硅灰石在坯釉中的应用

硅灰石是一种新型工业原料，开发应用较晚。美国于20世纪50年代已大量开发应用，我国在70年代才开发应用。目前，硅灰石有50％以上用于生产釉面砖、墙面砖、多孔陶瓷、高频瓷、电瓷、餐具、工艺品等。此外，在涂料、塑料、橡胶、电焊条、造纸、绝缘器材、水泥、玻璃等工业部门，也得到广泛推广和应用。例如，在橡胶工业中，利用其针状结晶所产生的类似纤维的增强作用，以代替价格昂贵的玻璃纤维、碳纤维以及危害人体健康的石棉等填料。作为颜色，可取代部分价格高的钛白粉和立德粉，使产品质量提高，成本下降。用龙江硅灰石取代25％立德粉，涂料白度稍有提高，取代50％立德粉时，涂料白度下降或降幅较小，但可提高涂料漆膜的耐磨、耐热、耐光、抗霉、韧性性能。上高硅灰石白度高，可部分取代钛白粉、立德粉，在橡胶、塑料、造纸中作增白剂。在油漆涂料工业中，主要利用它高白度、高光度、针状结晶和吸油率低等性能，生产高质量的白漆、彩色油漆及防腐涂料。龙江直接利用硅灰石原矿25.1％～28.4％石灰石70.6％～72.6％，石膏1％～2％，萤石0.5％～1％生产白水泥。在冶金行业中，硅灰石用于铸钢溶液已获很大发展。

陶瓷釉料中引入硅灰石，可增加釉的光泽，降低釉料的黏性。坯料中引入硅灰石，可大幅度降低烧成温度，实现低温快速一次烧成。吉林延吉陶瓷厂在釉面砖配方中，引入硅灰石40％～50％，坯体素烧温度1020℃～1080℃，釉烧温度980℃，烧成周期24小时，坯体素烧合格率82％，比原配方提高5％～15％，原料成本下降16％～23％，燃料消耗下降30％～50％。

江西硅灰石在釉面中应用配方：硅灰石28％，素烧废砖坯10％，滑石5％，紫木节10％，瓷砂22％，白泥25％，辊道窑素烧温度1040℃，烧成时间45分钟，施釉量16g～18g/片，釉烧温度1020℃，烧成时间45分钟，烧成收缩率0.23％～0.3％，150℃～19±1℃交换不炸裂，达国标。