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械強度和化學穩(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,石英在坯料中對泥料的可塑性起調(diào)劑作用,并能在干燥時降低收縮,縮短干燥時間和防止坯體變形(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)變會引起體積變化,因此在加熱和冷卻過程中應(yīng)細心控制降溫和升溫速度,避免制品出現(xiàn)開裂。
(3)在燒成時,由于石英的加熱膨脹適當?shù)氐咒N了坯料燒成收縮;而且當玻璃相大量出現(xiàn)時,石英又成為陶瓷器的骨架,可以防止坯體在燒成時發(fā)生彎曲變形等缺陷。
(4)高溫中化學親和力甚強,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)增加坯體的機械強度和透明度。
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械強度,提高釉面硬度,使瓷晶耐磨,而化學穩(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)化進程緩慢。轉(zhuǎn)化時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,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,不然容易導致制品炸裂,功虧一簣,對于厚的制品及高SiO2含量配方的制品更應(yīng)注意。