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硅灰石在陶瓷釉料中的作用

    名称:硅灰石别名:硅酸钙氧化物分析公式氧化钙48.28%1.00二氧化硅51.72%1.00氧化物重量116.20配方重量116.20描述硅灰石是一种白色非金属天然矿物,化学名称为偏硅酸钙,CaSiO3。它是唯一一种完全为针状(针状晶体)的市售纯白色矿物。硅灰石可提供细粒度粉末以及纤维状“高纵横比”产品 (20:1)。这
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名称:硅灰石

 

别名:硅酸钙

 

氧化物

分析

公式

氧化钙

48.28%

1.00

二氧化硅

51.72%

1.00

氧化物重量

116.20



配方重量

116.20

 

描述

硅灰石一种白色非金属天然矿物,化学名称为偏硅酸钙,CaSiO 3。它是唯一一种完全为针状(针状晶体)的市售纯白色矿物。硅灰石可提供细粒度粉末以及纤维状高纵横比产品 (20:1)。这种材料有一种非常不寻常的质地,它根本不流动(一只手可以用手指向下拿起)。1822 年,英国科学家威廉·沃拉斯顿爵士首次发现了硅灰石的独特品质。然而,硅灰石作为一种市售原料直到 1950 年代才出现。1980 年代和 90 年代出现了爆炸性的市场增长,主要工业部门都采用了这种材料。

矿床主要在美国、中国、印度、墨西哥、加拿大和芬兰开采。它们的纯度各不相同;有些几乎不需要选矿;其他可能需要去除高达 80% 的杂质,例如石榴石、透辉石、石灰石和白云石(例如通过磁选、泡沫浮选、光学分选)。合成硅灰石也是通过将生石灰与石英、碳酸钙和水合钙混合制成的。

没有商业产品具有此处显示的理论化学性质。325目是陶瓷中常用的。

Nyad 325 的一些示例物理数据(美国)(Vansil W-30 非常相似)

外观:亮白色
形状:针状
比重2.9
折射率:1.63
GE 亮度:90
pH(水溶液):9.9
水溶性gms./100cc):0.0095
密度(lbs./cu.ft.):181 (2.9 g/cc)
莫氏硬度:4.5
膨胀系数: (in/in/degree C ): 6.5 x 10 -8
熔点: 1410
on 325# sieve : 1% (Vansil W-30: 0.05%)
Hegman 晶粒细度: 3 (Vansil W-30: 4)
中值粒径:14
表面积(m2/g) (BET)1.5
LOI (1000C)0.5% (Vansil: 1.6%)

硅灰石的纤维形式对人体非常有益。在低温烧制陶瓷中,硅灰石可减少干燥和烧制收缩以及干燥和烧制翘曲。它还有助于降低烧制产品中的水分和 热膨胀,并提高烧制强度。它在没有LOI的情况下燃烧,其纤维有助于排出气体。这些因素使其成为瓷砖主体中的重要组成部分,特别是对于快速射击。在低火陶器配方中常见 10% 的硅灰石。玻璃体和半玻璃体通过少量添加(2-5%)也可以减少收缩,但是当温度超过 1100 摄氏度时,硅灰石会变成更强的助熔剂。SiO 2CaO _它有助于更容易地反应形成硅酸盐,因此硅灰石被用作高温卫生洁具、瓷砖和电绝缘体的主要助熔剂(增加长石二氧化硅,显着降低它们的百分比)。

硅灰石在水中表现出轻微的溶解度,但含有它的泥浆会变得更碱性(可能会影响流变特性)。在浇注体中,这可能是一个好处,它的凝胶化会降低浇注率。

粉末形式在储存过程中倾向于形成团块(这会在釉料中形成团块,需要过筛)。制造商警告说,应轮换库存以防止其变旧,应将其存放在干燥的条件下,并且托盘的堆叠高度不应超过两个。

在较高温度下,粉末形式作为釉料(和坯体)中 CaO 助熔剂的来源是有价值的。CaO 的另一个主要原料来源是白鲑,但它会释放大量分解气体,从而产生悬浮的微气泡,需要缓慢燃烧才能清除。此外,由于硅灰石也来源于二氧化硅,因此釉料配方使用它不需要那么多的原始二氧化硅粉末,尤其是在较低温度下(因为硅灰石是 SiO 2的来源)。硅灰石更容易在更高温度下熔化有一个奇怪的副作用:釉料可以耐受更高的 SiO 2(来自硅灰石)并且熔化得一样好或更好。

在玻璃和玻璃纤维制造中,硅灰石更容易熔化(能源成本更低),并且微气泡的产生低于石灰石-沙子混合物。

硅灰石具有晶种(在交感化学的釉熔体中)的能力,并且对于产生依赖于失透(冷却过程中的结晶)的特殊效果很有价值。由于 CaO 趋于失透在高温缓慢冷却的釉料中,硅灰石可用于使快速冷却的低 CaO 含量的釉料表现出相同的效果。

硅灰石还用于着色剂和熔块配方,以提供更容易熔化的 CaO。尽管粉状样品的手感和肉眼可能看起来非常相似,但如果您需要更换品牌或供应商,请注意 +325 材料的用量。

矿物学vs. 化学,硅灰石 vs. 碳酸钙

硅灰石很好地证明了我们必须将化学视为一门相对科学的事实,是釉料拼图中的一部分。材料的矿物学是另一个需要考虑的重要因素。例如,熔化温度熔块或玻璃的数量是可以预测的,但由于原始矿物通常是结晶的,因此将分子结构结合在一起的键更复杂。例如,化学性质相似甚至相同的矿物的熔化温度可能大不相同。为了证明我们采用了可靠的锥形 6哑光釉料(硅灰石 - 34.0Ferro Frit 3134 - 21.0高岭土- 45.0),并使用上述技术计算了使用白垩来获取 CaO 的等效配方。我们将两种釉料并排烧制在直立的瓷砖上,并在流量测试仪中烧成锥形6(如下图所示)。您可能会期望这些釉料会燃烧相同的颜色,因为它们具有相同的化学成分。不是这样。硅灰石版本在流量测试仪上运行得更多。这是因为硅灰石在比白粉低的温度下熔化,或者更容易溶解在熔化的玻璃料中。此外,白鲑版本中夹带的气泡数量要高得多(白鲑的 LOI 45%)。此外,硅灰石版是一种丝滑宜人的哑光,白粉版是有光泽的。前者更具流动性的熔体使晶体在冷却过程中更自由地生长。

简单地看釉面砖,人们可能很容易认为透明光泽白粉版比哑光硅灰石版融化得更多,但显然情况恰恰相反。这是一个很好的提醒,需要从透视角度看待陶瓷计算。他们擅长持续预测配方中现有材料数量的变化将如何影响烧制性能。作为未知釉料特性的绝对指标,它们的可靠性要低得多。永远记住,釉料是由具有化学、矿物学和物理特性的材料制成的,你不能忽视其中的任何一个。

奇怪的是,通过添加氧化镁和正确的烧制,可以制造出高孔隙率的硅灰石耐火材料。

 

 


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