承德粘土在高压电瓷泥料配方中的应用

    侯庆华　高国玲

    

    

    

    摘 要：本文介绍了承德粘土的矿源及储量的考察情况，对该粘土的矿石类型，矿物成份及理化性能指标进行了详细的分析。并深入研究了承德粘土在高压电瓷泥料配方中的应用，提高了高压电瓷产品的性能，降低了产品的成本。

    关键词：承德粘土；高压电瓷；理化性能；配方工艺

    1 前言

    随着电瓷产品电压等级的不断提高，电瓷配方由普通硅质瓷向高强铝质瓷的方向发展。电瓷配方中粘土的含量变得越来越低，为了保证配方的塑性和结合强度，必须寻找可塑性高、结合能力强、性能稳定、价格合理的粘土作为配方的主要原料。笔者公司现使用的宽城土、水洗法库土、左云土、水曲柳等粘土原料虽然理化性能较好，但价格昂贵，使得生产成本较高。基于此，笔者公司对承德围场粘土进行了分析与实验，将承德粘土应用于高压电瓷泥料配方中，最终获得了理想的效果。

    2 承德粘土的矿源及矿物类型分析

    2.1 矿山储量及分布

    承德粘土矿区位于承德围场县，现有六大矿区，矿体在地表分布面积2.35 km2，侵蚀基准面以上，适宜露天开采，探明控制的经济基础量（122b）96556 kt，经钻探验证，矿体在侵蚀基准面以下垂向延伸大于500 m，推测内蕴经济源量（333），可达3～4亿t，是当前我国已探明储量最大的伊利石粘土矿。矿区周边水电设施齐全，有便利的矿山专用路桥，直通矿区，为矿石开采、运输提供了良好的保证。

    2.2 矿石类型

    该矿是以含伊利石矿物为特征的粘土，伊利石又称水白云母。属于富钾的硅酸盐粘土矿物，伊利石矿物颗粒细小，一般为小于2 um，呈粘土状，为单斜晶系，常呈鳞片状块体，其化学成份为K0.75（Al1.75R0.25）（Si3.50Al0.50O10（OH）2·nH2O。伊利石的片状或条状晶体非常细小，它们一般呈现给我们的是土状、块状，因含杂质一般为黄、褐、绿等颜色，但纯度高的则为白色。伊利石是一种2﹕1型的层状粘土矿物，但它与同为2：1型的粘土矿物蒙脱石有很大不同。主要表现在：①伊利石的同形置换主要发生在四面体，其层电荷也主要分布在四面体，电荷密度也高于蒙脱石。这两点对K的固定是十分有利的。②层间阳离子主要是K+，也有少量的Na+等半径较小的阳离子，它们都是不可交换的，所以承德粘土不具备膨胀性能。

    3 承德粘土的矿物成份及理化性能分析

    3.1 承德粘土的矿物化学成份

    承德粘土的矿物化学成份如表1所示。

    3.2 承德粘土的理化性能分析

    3.2.1 承德粘土的差热分析、X射线衍射分析及电镜分析

    承德粘土差热和热天平曲线如图1所示。承德粘土的X射线衍射图如图2所示。承德粘土的SEM显微结构如图3所示。

    由图1可以看到，承德粘土在60 ℃左右表现出的吸热谷为排出吸附水所致，在702.72 ℃有一明显的吸热谷，为失去结构水，在927.87 ℃和1157.05 ℃又出现两个吸热谷。说明承德粘土在这两个温度附近产生了不同种类的相变。

    3.2.2 承德粘土的水化率及可塑性指数分析

    承德粘土的水化率及可塑性指数如表2所示。

    3.2.3承德粘土的颗粒组成

    承德粘土的颗粒组成如表3所示。

    3.2.4承德粘土的干燥性能

    承德粘土的干燥性能如表4所示。

    3.2.5承德粘土的烧成性能

    承德粘土的烧成性能如表5所示。

    3.2.6承德粘土的烧结范围

    承德粘土的烧结范围如表6所示。

    通过对承德粘土的差热分析、X射线衍射、电镜分析可知，承德粘土的主要矿物成份为伊利石；次要矿物成份是高岭石、石英、长石、叶蜡石等，有时会含有少量黄铁矿、方解石。该粘土的可塑性指数为26.63，结合能力达到了3.29，超过了水曲柳、左云土等高岭粘土的性能指标，并且该粘土中含有较高的钾含量，可以降低瓷体的烧成温度，节能效果良好。在高强瓷配方中可部分或全部取代长石和高岭粘土，是一种生产电瓷的优质粘土。

    4 承德粘土在高压电瓷配方中的应用

    本文采用对比实验的方法研究承德粘土在高压电瓷配方中的应用，主要分为两组：一组为加入承德粘土实验成功的新配方（5号配方）；另一组为生产现用配方（9806配方）。对比内容包括：配方组成、坯料的可塑性、干燥性、烧成性能、烧成温度范围、瓷质性能等方面。

    4.1 配方组成

    本文主要采用两组配方，9806配方中不含有承德粘土，5号配方中含有承德粘土，具体配方组成及含量如表7所示。

    4.2 化学成份

    9806配方和5号配方的化学成份如表8所示。

    4.3 坯料的可塑性能

    9806配方和5号配方坯料的可塑性能如表9所示。

    4.4 干燥性能

    9806配方和5号配方坯料的干燥性能如表10所示。

    4.5 烧成性能

    9806配方和5号配方坯料的烧成性能如表11所示。

    4.6 烧结温度范围

    9806配方和5号配方坯料的烧结温度范围如表12所示。

    由表12可知，9806配方的烧结温度范围为1230～1260 ℃；5号配方的烧结温度范围为1220～1270 ℃。因此，5号配方的烧结范围比9806配方的烧结范围稍宽。

    4.7 成瓷性能

    9806配方和5号配方坯料的成瓷机械性能如表13所示。 9806配方和5号配方坯料的成瓷电气性能如表14所示。

    5 结论

    （1） 通过以上实验对比可以看出，以承德粘土为主要粘土原料的5号配方的可塑性和结合能力等各方面物理特性都优于生产使用的配方，对成型更有利，可以减少生产过程中的开裂，提高产品的合格率。5号配方在收缩率、气孔率、真比重、烧成范围等各方面比现用生产配方都有一定程度的提高，能够更好地适应生产工艺，满足生产的需求。

    （2） 从烧成后产品的机械和电气等各方面性能来看，使用承德粘土的5号配方比现用配方有了比较明显的提高，尤其是强度方面的提高，可以使产品结构进一步优化，使生产成本大幅降低。

    （3） 承德粘土与现用配方的粘土原料相比，具有价格低廉、储量丰富、矿源稳定、运输方便等多方面优点，可以大幅降低产品的成本，提高产品性能稳定性。

    （4） 在高强瓷配方中用承德粘土取代部分粘土和长石原料，能够降低配方的成本，提高泥料的性能，减少生产过程中的开裂，对产品强度的提高及瓷质性能有很大的改善，5号配方的投入必定使笔者公司产生良好的经济效益。

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