石英是一種非可塑性的原料,在常溫下是一種穩(wěn)定的礦物,它與粘土在高溫中生成的莫來石晶體賦予瓷器較高的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性,并能增加坯體的半透明性,是配制白釉的良好原料。
石英
石英在瓷坯中的作用
(1)石英原料屬于瘠性原料,它對(duì)陶瓷坯體在常溫下加熱中都有重要的影響。在燒成前,石英在坯料中對(duì)泥料的可塑性起調(diào)劑作用,并能在干燥時(shí)降低收縮,縮短干燥時(shí)間和防止坯體變形(包括變形及沉塌)。
石英在燒成升溫過程中,出現(xiàn)晶型轉(zhuǎn)變,體積膨脹,可以抵消坯體的部分收縮。由于石英晶型轉(zhuǎn)變會(huì)引起體積變化,因此在加熱和冷卻過程中應(yīng)細(xì)心控制降溫和升溫速度,避免制品出現(xiàn)開裂。
(3)在燒成時(shí),由于石英的加熱膨脹適當(dāng)?shù)氐咒N了坯料燒成收縮;而且當(dāng)玻璃相大量出現(xiàn)時(shí),石英又成為陶瓷器的骨架,可以防止坯體在燒成時(shí)發(fā)生彎曲變形等缺陷。
(4)高溫中化學(xué)親和力甚強(qiáng),能與其它多種氧化物化合,高溫中液相粘度甚高,增加坯體結(jié)合能力。
(5)增加坯體的機(jī)械強(qiáng)度和透明度。
二、石英在瓷釉中的作用
(1)石英在釉內(nèi),被較多的易熔物CaO、Na2O,K2O,MgO熔融生成透明狀石英玻璃,使釉面光亮,提高了釉面光澤度。
(2)石英在釉中的熱膨脹系數(shù)小,耐熱性能好。
(3)石英軟化溫度高,高溫下液相粘度大。
(4)石英能增加釉面的機(jī)械強(qiáng)度,提高釉面硬度,使瓷晶耐磨,而化學(xué)穩(wěn)定性也好,不受酸的侵蝕影響。
(5)能使釉面透明光亮。
在釉面磚生產(chǎn)中,坯體中的石英用量一般為10-20%,在一次燒成釉面磚的坯體中的用量少些,一般為10-15%,在釉熔塊中的用量為20-40%。白色坯體對(duì)于石英的純度要求較高,而有色坯體則可用純度較低的石英。在一次燒成墻地磚的坯體中往往不直接加入石英,而是通過用黏土來引入SiO2。
三、石英在燒成過程中的晶型轉(zhuǎn)變
(1)石英晶型的低溫快速轉(zhuǎn)化:轉(zhuǎn)化溫度低,晶體表里同時(shí)轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)化速度快,轉(zhuǎn)化方向可逆性,轉(zhuǎn)化前后坯體的體積變化不大,對(duì)坯體加熱過程引起開裂的影響較大:
A、β-石英可逆轉(zhuǎn)化為α-石英,轉(zhuǎn)化溫度為573℃,體積膨脹0.82%;
B、γ-鱗石英可逆轉(zhuǎn)化為β-鱗石英,轉(zhuǎn)化溫度為117℃,體積膨脹0.20%;
C、β-鱗石英可逆轉(zhuǎn)化為α-鱗石英,轉(zhuǎn)化溫度為163℃,體積膨脹0. 20%;
D、β-方石英可逆轉(zhuǎn)化為α-方石英,轉(zhuǎn)化溫度為180-270℃,體積膨脹2.80%;
(2)石英晶型高溫緩慢轉(zhuǎn)化:轉(zhuǎn)化溫度較高,由表面向內(nèi)部轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)化進(jìn)程緩慢。轉(zhuǎn)化時(shí)伴有較大的體積變化,由于轉(zhuǎn)化緩慢以及相液的緩沖作用,因此對(duì)坯體加熱過程引起的開裂影響不大:
A、α-石英可逆轉(zhuǎn)化為α-鱗石英,轉(zhuǎn)化溫度為870℃,體積膨脹16%;
B、α-鱗石英可逆轉(zhuǎn)化為α-方石英,轉(zhuǎn)化溫度為1470℃,體積膨脹4.7%;
C、α-石英可逆轉(zhuǎn)化為熔融態(tài)石英,轉(zhuǎn)化溫度為1713℃,體積膨脹0.1%;
晶型轉(zhuǎn)變時(shí)的體積膨脹能形成張應(yīng)力,并且體積膨脹越多,產(chǎn)生的張應(yīng)力就越大。這種應(yīng)力往往是陶瓷制品在燒成過程中產(chǎn)生開裂的原因之一。因而,在擬定陶瓷產(chǎn)品燒成周期時(shí),往往在石英晶型轉(zhuǎn)變的溫度范圍內(nèi)采用慢速升溫,尤其在體積膨脹比較大的晶型磚邊溫度范圍內(nèi)更要注意,以免產(chǎn)品發(fā)生過大的體積變化以致開裂。
這里,需要注意的是陶瓷產(chǎn)品燒成后冷卻過程中,由于坯體殘留的石英顆粒的晶型轉(zhuǎn)變,不能在高溫階段冷卻,而要在低溫階段要慢慢冷卻,不然容易導(dǎo)致制品炸裂,功虧一簣,對(duì)于厚的制品及高SiO2含量配方的制品更應(yīng)注意。