陶瓷试验

2024-10-01

陶瓷试验（精选7篇）

陶瓷试验篇1

0 前言

随着科学技术的进步,高硬度、高强度、高耐磨性、高耐热性、高耐腐蚀性和高功能性材料在各工业领域中的应用日益增多,其中尤以陶瓷为代表的硬脆材料的应用日益广泛[1]。目前,使用金刚石砂轮磨削陶瓷是加工陶瓷材料的主要方法[2]。

在磨削加工过程中,如何在保证磨削质量的前提下,提高磨削效率和砂轮的寿命,降低加工成本是一直以来研究的主要课题[3]。近些年来科研工作者在高效磨削方面做了大量研究,但在低砂轮转速下的研究几乎没有涉及,本文课题组与企业合作研究石英陶瓷在较低速磨削下获取大去除率,比磨削能又较低的数据点,这对于丰富陶瓷磨削理论,指导陶瓷磨削生产实践具有重要的现实意义。

1 试验方法

本试验为砂轮低转速下,测试不同试验条件下磨削力的大小,求出实际磨削过程中的切向磨削力和法向磨削力,计算比磨削能Es[4](Nm/mm3或J/mm3),进行磨削参数的优选。磨削力试验原理如图1所示。

undefined

式中:Vs—砂轮速度(m/s)

Vw——工件速度(m/s)

Fi—— 切向磨削力(N)

ap—— 磨削深度(mm)

b—— 磨削宽度(mm)

1.1 试验设备及磨具

试验采用我国上海机床厂生产的MK9025型数控光学曲线磨床,磨削力是用KISTLER动态测力仪测量,测力仪平台通过夹具与试验材料刚性连接(如图1 a 所示),在磨削过程中,测力仪将磨削力信号(包括切向力和法向力)转化为压电信号,由SD动态数据采集系统对磨削力信号进行采集和记录,并传入计算机进行后处理(如图1 b所示)。

1.3 试件的材料及性能

本试验采用两种典型的石英陶瓷材料,其性能[1]如表1:

1.3 试验中的固定因素

本试验砂轮选择有代表性的,粒度为46目、60目、100目的,浓度为100%的电镀金刚石砂轮,砂轮直径100mm,宽10mm。

1.4 试验因素和因素水平

试验中不考虑磨削深度、砂轮速度、工件速度的交互作用,每个因素取5个水平,采用L25(56)正交试验表[5][6][7],安排25组试验,每组试验做三次,测得磨削过程中的切向力和法向力,取它们的平均值作为试验测得结果。

2 试验结果

通过专业的正交试验数据处理软件——正交设计助手,对试验数据进行方差分析,获取不同参数对比磨削能影响的显著水平;通过极差分析获得最佳的磨削参数水平组合。试验结果见表3、表4、表5、表6。

注:* 表示影响效果明显

2 试验结果分析

利用DZ-2光学显微镜对试验用石英陶瓷进行显微组织观察,如图2所示,可见试验用石英陶瓷由大小不同的颗粒和气孔组成,属多孔材料,气孔率和气孔尺寸都较大,有熔融状的烧结体,且颗粒度分布较广,组织较为疏松。

通过对大量的正交试验数据信号进行采集、标定、分析,对试验用石英陶瓷材料的不同磨削用量下,寻求大去除率比磨削能又要较小的数据点时,对试验用石英陶瓷的磨削试验数据进行分析,得到不同磨削条件下各磨削用量对比磨削能的影响大小,结论如下:

不同粒度的金刚石砂轮,磨削用量对比磨削能的影响不尽相同,磨削深度和工件速度对比磨削能的影响较大,而砂轮转速对比磨削能的影响较小。

根据上述试验数据分析,对于试验用石英陶瓷材料,在砂轮低转速下,欲获得大去除率,比磨削能又较小时,即为提高磨削效率。因此降低能量消耗和加工成本,完全可以在砂轮较低转速的条件下,通过增大磨削深度、工件速度获得。

摘要：磨削是陶瓷材料最常用的加工方法,选择合理的工艺参数,降低加工成本是陶瓷磨削加工研究的重要内容。通过大量的正交试验,研究陶瓷材料在低速下的磨削性能,优化陶瓷磨削参数,对于丰富陶瓷磨削理论,指导实际生产具有重要的现实意义。

关键词：金刚石磨具,石英陶瓷,平面磨削,正交试验,去除率,比磨削能

参考文献

[1]王长琼,刘忠,等.工程结构陶瓷磨削力试验研究[J].金刚石与磨料磨具,1997(5):18-20.

[2]蔡光起,冯宝富,赵恒华.磨削磨料加工技术的最新发展[J].航空制造技术,2003(4):24-27.

[3]许小静.浅析工程陶瓷的高效磨削技术[J].山东陶瓷,2006(4):32-34.

[4]李伯民,等.现代磨削技术[M].北京:机械工业出版社,2003,1.

[5]李向东.金刚石砂轮磨削参数对陶瓷加工表面粗糙度影响研究[M].天津:天津大学,2005.

[6]朱爱菊.石英陶瓷平面磨削试验研究[D].天津:天津大学,2006.

[7]赵选民.试验设计方法[M].北京:科学出版社,2009,242-248.

陶瓷试验篇2

试卷

一、单项选择题（共25题，每题2分，每题的备选项中，只有 1 个事最符合题意）

1、材料的软化系数＝__。A．f潮湿/f干燥 B．f干燥/f饱水 C．f饱水/f干燥 D．f干燥/f潮湿

2、长杆贯入试验中，当贯入土中深度达到__时，停止试验。A．10cm B．50cm C．80cm D．100cm

3、软土地基应按__进行质量评定 A．分项工程 B．分部工程 C．单位工程 D．单项工程

4、洞口工程是隧道出入口部分的建筑物，下列不属于洞口工程的是______。A．洞门 B．排水设施 C．照明 D．仰坡

5、某分部工程的加权平均分为90分，那么该分部工程质量等级为__。A．优良 B．合格 C．不合格 D．无法确定

6、排水泵站(沉井)实测项目中的混凝土强度是关键项目，其权值为__。A．1 B．2 C．3 D．无此项目

7、实验室检验混凝土拌和物的工作性，主要通过检验__方面来综合评价。A．流动性 B．可塑性 C．粘聚性 D．保水性

8、土工合成材料的厚度一般在__kPa压力下测量。A．0.5 B．1.0 C．1.5 D．2.0

9、灌砂法所用标准砂为：__ A．中砂

B．0.25～0.5mm砂 C．0.5～1mm砂 D．细砂

10、钢材的屈强比越小，则结构的可靠性__。A．越大 B．越小 C．不变

D．二者无关

11、预应力静载锚固性能试验，要求各根预应力筋应等长平行，其受力长度不小于__m。A．1 B．2 C．3 D．5

12、弯矩控制无铰拱桥设计时，加载检测最大挠度，其测点应选在______。A．主拱圈拱顶下缘

B．主拱圈拱顶中轴线位置 C．主拱圈1/4拱截面下缘 D．主拱圈1/4拱截面上缘

13、目前工程中超声波法主要采用__来判别混凝土缺陷。A．波速 B．波形 C．频率 D．波幅

14、相对密度指标主要用于检测______密实程度的指标。A．黏土 B．粉土 C．砂土 D．砂砾石

15、CBR试验98击所得干密度______“重击”试验最大干密度。A．大于 B．小于 C．等于 D．不一定

16、用钻孔取样法测定路面各结构层厚度时，用钢板尺或卡尺沿圆周对称的十字方向__量取表面至上下层界面的高度，取其平均值作为该层的厚度，精确至__。A．2处 B．4处 C．0.1cm D．0.5cm

17、灌砂法现场测定路基或路面材料密度，当__时宜采用φ100mm的小型灌砂筒。

A．集料最大粒径小于15mm B．集料最大粒径小于10mm C．测定层厚度不超过100mm D．测定层厚度不超过150mm

18、密度测定求算术平均值时，其平行差值不得大于______。A．0.01g/cm3 B．0.02g/cm3 C．0.03g/cm3 D．0.04g/cm3

19、某一评定为不合格的分项工程，经加固、补强，满足设计要求后，评分为90分，计算分部工程评分值时应按__分计算。A．63 B．72 C．81 D．90 20、重型标准贯入试验应先将标准贯入器打入土中______，才开始记录锤击数目。A．15cm B．10cm C．25cm D．30cm

21、在进行水泥混凝土芯样劈裂强度试验时，记录破坏荷载应精确至__。A．0.01kN B．0.02kN C．0.05kN D．0.1kN

22、钢材冷拉时效后__。A．强度、塑性提高 B．强度、塑性降低 C．强度提高，塑性降低 D．强度降低，塑性提高

23、测定沥青延度，应将制备好的沥青试件连同底板移入规定试验温度的恒温水槽中恒温__。A．1～1.5h B．1.5～2h C．2～2.5h D．3h以上

24、沥青混合料马歇尔稳定度试验，要求试件加载速度为__。A．1m/min±0.1mm/min B．5m/min±0.5mm/min C．10m/min±1mm/min D．50m/min±5mm/min

25、影响混凝土强度的主要因素有__。A．组成材料 B．养护条件 C．试验方法 D．试验条件

二、多项选择题（共25 题，每题2分，每题的备选项中，有 2 个或 2 个以上符合题意，至少有1 个错项。错选，本题不得分；少选，所选的每个选项得 0.5 分）

1、下列关于土的CBR值试验，说法错误的是__。A．应先通过试验求得试料的最大干密度与最佳含水量 B．所有试件均按最佳含水量制备 C．制备好试件后，应泡水2昼夜 D．将泡水终了的试件进行贯入试验

2、每种土都有成分代号，当由两个基本代号构成时，第一个代号表示土的__。A．副成分 B．主成分 C．次要成分 D．没有意义

3、下列哪些土不宜用环刀法测其密度__ A．细粒土 B．粗粒土 C．巨粒土 D．中粒土

4、混凝土立方体试块的抗压强度最大的是边长为__立方体试块。A．100mm B．150mm C．200mm D．300mm

5、沥青混合料标准密度可用__表示。A．马歇尔密度 B．表干密度 C．试验路密度

D．重型击实试验密度

6、混凝土强度试验所需设备包括__。A．试模 B．振动台

C．压力试验机 D．钢垫板

E．捣棒及测量尺

7、喷射混凝土抗压强度试验，2车道隧道要求每隔__m应至少在拱部和边墙各制作一组试件。A．5 B．10 C．20 D．50

8、矿质集料的级配类型有__。A．密级配 B．开级配 C．连续级配 D．间断级配

9、土工织物的反滤三准则是__。A．保水性 B．保土性 C．渗水性 D．防水性 E．防堵性

10、当隧道衬砌处于地下水环境中，混凝土的耐侵蚀系数不应小于__。A．0.4 B．0.6 C．0.8 D．1.0

11、使用核子密度湿度仪测定密度前应与灌砂法的结果进行标定，对同一种路面厚度及材料类型，使用前至少测定__处，求取两种方法测定密度的相关关系。A．15 B．20 C．25 D．30

12、合格判定数定义为作出批合格判断样本中所允许的__。A．最大合格品数 B．最大不合格品数 C．最小合格品数 D．最小不合格品数

13、采用__指标评价硅酸盐水泥的物理性质。A．细度

B．标准稠度用水量 C．凝结时间 D．体积安定性

14、下列__指标可反应土的密实程度。A．干密度 B．孔隙比 C．相对密度 D．饱和度

15、标准贯入试验(SPT)是国内外广泛应用的地基原位测试试验手段，采用质量__穿心锤，__落距，将一定规格标准贯入器以15～30击/min贯入土中。标准贯入器先打入土中__后，开始记录锤击数目，将标准贯入器再打入土中__的锤击数作为标准贯入试验指标。__ A．60.0kg

70cm

10cm 40cm B．63.5kg

76cm

15cm 30cm C．63.5kg

70cm 15cm 40cm D．60.0kg

76cm 10cm 30cm

16、隧道注浆材料应满足__要求。A．渗透力强 B．流动性好 C．体积不收缩 D．稳定性好 E．不污染环境

17、灌砂法适用于__的压实度现场检测。A．填石路堤

B．级配碎石过渡层 C．石灰稳定土 D．水泥稳定土

18、现场密度试验检测方法包括__。A．灌砂法 B．环刀法 C．核子法 D．钻芯法

19、岩石的抗压强度与混凝土强度等级之比，对于大于或等于C30的混凝土，不应小于__。A．1.5 B．1.8 C．2.0 D．2.2 20、石料抗冻性评价指标包括__。A．弹性模量 B．弹性泊松比 C．质量损失率 D．耐冻系数 E．外形变化

21、根据计量基准的地位、性质和用途，通常分为（）。A．主基准(一级)B．副基准(二级)C．工作基准(三级)D．评定基准(四级)

22、桥梁橡胶活动支座应选用__。A．矩形板式 B．圆形板式

C．矩形四氟板式 D．盆式橡胶支座

23、实验室应建立和维持程序来控制构成其__的所有文件(内部制定或来自外部的)，诸如规章、标准、其他规范化文件、检测和(或)校准方法，以及图纸、软件、规范、指导书和手册。A．质量体系 B．管理体系 C．文件体系 D．文件程序

24、水泥混凝土面层、沥青混凝土面层、二灰稳定碎石基层实测项目中，都需检测的项目有__。A．弯沉 B．压实度 C．平整度 D．厚度

陶瓷试验篇3

城市生活污水具有水量大、排放集中、水质较为稳定的特点,是一种潜在的可再生水资源。城市缺水制约着经济的发展,生活污水经过处理,再生后可在一定范围内重复使用的、达到一定水质标准的非饮用水,即中水回用,是解决水源短缺的一种途径。

近年来,膜生物反应器工艺(Membrane Bioreactor,M BR)作为一种日益成熟的技术,被频繁用于中水回用项目中,其具有出水水质稳定、运行成本低廉、操作简易、便于维护等特点,出水水质符合国家中水回用标准。

无机膜的材质以陶瓷居多,相较于有机膜具有抗腐蚀性高、耐污染性强、化学稳定性佳、孔径分布窄、机械强度大等特点。在MBR的运行过程中,无机陶瓷平板膜可以实现反应器水力停留时间(HRT)和污泥龄(SRT)的充分分离[1],同时较低的污泥负荷使剩余污泥产量极低,理论上可实现污泥的零排放,且出水水质较稳定。文中试验以无机陶瓷平板膜为主体的MBR法处理生活污水的效果进行相应研究。

1 试验材料与方法

1.1 试验装置与流程

试验装置示意图如图1所示。该试验原水为人工模拟合成,通过高位水箱进入平衡水箱,平衡水箱采用浮球阀控制反应器液面高度。反应器尺寸为300mm×60mm×450mm,有效容积为8L。水力停留时间(HRT)为8h,处理水量为1L/h,温度维持在16~25℃。反应器持续曝气,间歇出水:10min出水,2min反洗,气水比为20∶1,不排泥。

1.2 试验膜片的选用及膜片的工作原理

该试验所采用的膜是由日本明电舍公司提供的板状陶瓷无机膜,其工作原理如图2所示。

陶瓷平板膜的内部设有集水竖管,膜两端设有集水横管。一端的集水横管口与抽吸泵相连,在泵的抽吸作用下,原水从膜两侧的表面进入,其中的悬浮物、细菌等被膜截留。处理水经集水竖管,在集水横管汇合,被泵抽出。陶瓷平板膜各项参数如表1所示[2]。

1.3 试验进水水质

试验原水水质按照典型生活污水水质进行人工配水,试验原水水质组成成分和特征如表2和表3所示。

mg/L

1.4 水质分析方法

依照《水和废水监测分析方法》(第4版)进行试验的水质分析,测试项目及方法如表4所示。

2 结果与讨论

2.1 试验装置的去除效果

反应器中接种的活性污泥为取自抚顺三宝屯污水厂二沉池的回流污泥,MLSS维持在7000mg/L[3]。试验投入运行共20d,在膜压差为30k Pa的条件下,该试验装置对废水中COD、NH4+-N、TP的去除效果如下。

2.1.1 COD的去除效果

反应器中COD去除效果随运行时间的变化如图3所示。反应器启动初期,MBR对COD的去除效果不佳,去除率在60%左右。运行10d后,出水的COD趋于稳定,去除率维持在75%以上。这说明试验运行的前10d,无机陶瓷平板膜还没适应废水中污染物颗粒的大小,然而随着时间的累积,膜片孔隙中逐渐凝聚微小颗粒,使膜孔变小,过滤系统由微滤逐渐向超滤、纳滤转化,对污染物颗粒的截留作用增强,故而COD的去除效果增强。

2.1.2 NH4+-N的去除效果

原水的氨氮主要来自于人工配水投放的氯化铵,由于高位水箱容积较大,原水需隔夜存放,有机物会水解酸化,p H值降低,从而抑制硝化反应进行,所以配水时加入一定的Na HCO3来控制p H值,以保证氨氮的去除率。试验中,氨氮的去除情况如图4所示。由图4可知,氨氮去除率稳定在85%左右。能够达到氨氮的高去除率主要是由于原水氨氮的初始浓度较低,硝化反应较易进行,其次是由于陶瓷膜的高效截留作用,微生物几乎全部被截留在反应器内,污泥龄长,有利于硝化细菌的生长,进而增强了硝化性能。然而,水中的氨氮是以水合氨离子的形式存在的,可自由穿过膜孔,所以对去除氨氮起主要作用的是其中的活性污泥而非无机陶瓷平板膜。

2.1.3 TP的去除效果

与氮的去除一样,磷的去除主要也是依赖生物作用进行的。生物除磷主要是通过聚磷菌吸收废水中的溶解性磷酸盐,合成多聚磷酸盐贮存在体内,通过系统排泥达到除磷的目的[4]。由于该试验除正常的膜清洗和定期污泥取样外,不进行排泥,故而试验装置中的磷主要是为维持微生物正常的新陈代谢及新细胞的生成,而被微生物所吸收,才得以去除。反应器中TP去除效果随运行时间的变化如图5所示。由图5可知,MBR对总磷的去除率为29.17%~37.89%,系统平均去除率为33.54%。

2.2 膜的污染及清洗

2.2.1 膜污染的界定

通常,膜污染是指滤液中的某些组分在膜表面或膜孔中发生物理化学变化,从而引起污染物吸附或凝聚在膜的表面或膜孔内,造成膜的孔径减小甚至堵塞,致使膜的过滤性能下降的现象[5]。

试验通过测量跨膜压差(TMP)来界定膜片是否污染。引起TMP增大的原因主要有2个:

1)膜片对悬浮物质的截留作用使反应器中的泥水混合物逐渐浓缩,污泥浓度增大,TMP升高,但此时膜片仍具有一定的通透性;

2)在反应运行一段时间后,污染物质造成膜片阻塞,此时膜片被污染,必须对其进行清洗。

该试验排除污泥浓度增加引起TMP升高的可能,控制膜通量不变,当TMP由正常工作的0~30k Pa达到60k Pa以上,认为膜片已被污染,需将其取下进行清洗。

2.2.2 膜片的清洗

无机陶瓷平板膜由于其主要成分为Al2O3,具有良好的机械强度,所以可采用水力冲洗和毛刷刷洗的物理清洗方法,使膜表面粘附的尺寸较大的污染物与膜分离,从而达到一定的清洗效果。

如若物理清洗之后,膜片仍不能很好地恢复通透性,则可采用化学清洗方法进一步处理膜片。化学清洗包括酸洗、碱洗和强氧化剂清洗[6]。该试验将污染膜片浸泡在0.1mol/L的HCL溶液中12h,利用扫描电镜(SEM)对污染后膜片和清洗后膜片的表面及内侧情况进行观察,扫描结果如图6所示,从扫描结果可以看出清洗后的膜片膜孔清晰可见,膜片较为清洁。

3 结语

1)采用无机陶瓷平板膜为主体的MBR处理装置对典型生活污水进行处理,发现该试验装置能够有效去除原水中的COD,去除率达到75%以上,在试验条件下出水COD在100mg/L以下。

2)该试验对氨氮的去除效果较理想,由于膜的高效截留作用,提高了硝化细菌的浓度和稳定性,进而提高了硝化性能,使氨氮的去除率可稳定在85%左右。但是由于试验装置只有好氧硝化段,缺少厌氧反硝化段,所以其脱氮性能并不完善。

3)该试验的除磷效果较差,TP的平均去除率为33.54%。这是由于该MBR装置污泥龄较长,系统不排泥,使聚磷菌停留在系统内,尽靠自身代谢达到微弱除磷效果。

4)采用物质浓度为0.1mol/L的HCl溶液浸泡被污染的膜片12h,便可对污染膜片实现有效的清洗。

参考文献

[1]顾国维,何义亮.膜生物反应器在污水处理中的研究和应用[M].北京:化学工业出版社,2002.

[2]张吉库,明月.陶瓷平板膜处理采油废水过程中的膜污染及清洗研究[J].水处理技术,2015,41(8):76-80.

[3]由昆,傅金祥,琚冉.MBR中MLSS的变化对处理效果的影响[J].沈阳建筑大学学报,2006,22(5):825-827.

[4]高元.投加PAC对MBR污泥混合液特性及膜污染的影响研究[D].哈尔滨:东北林业大学,2010.

[5]霍守亮,黄显怀,刘绍根.膜生物反应器在污水处理中膜污染及其防治[J].工业水处理,2004,24(8):9-13.

陶瓷试验篇4

稀土元素由于具有特殊的电子层结构, 因而在性能上有其特殊性, 是良好的表面活性元素,可以改善材料的润湿性能,可以降低陶瓷材料的熔点,提高砂轮的硬度[1]。本文主要研究了三种稀土氧化物对砂轮磨削比和喷砂硬度的影响,确定三种稀土氧化物合适的添加配比,为砂轮添加稀土提供一定的依据。

2 实验方法

结合剂基础配方为粘土40%、长石45%和硼玻璃15%。稀土氧化物的添加采用正交试验法,因素水平表见表1。制作的磨具特征标记为:1A1 100×20×20 WA F46 。另外对不添加任何稀土氧化物的砂轮,与添加稀土氧化物的砂轮进行实验结果的对比和研究[2]。

将经过修整后的陶瓷磨具,安装在MA6025型万能工具磨床上进行磨削试验,加工对象为45号钢,进行断续平面磨削。砂轮转速为29m/s,计算磨除的工件体积和砂轮的损耗体积来计算砂轮的磨削比。砂轮的磨削比越大,表明砂轮的耐磨削性越好,砂轮的磨削效率也就越高[3]。

在砂轮喷砂硬度机上测量磨具的喷砂硬度,用凹坑的深度来表示磨具的硬度。凹坑越深,则表示磨具硬度越低,凹坑越浅则表示硬度越高。

3 数据处理与分析

陶瓷结合剂中正交法添加的稀土氧化物对砂轮性能的好坏,本实验通过双指标进行评定,即综合平衡法。综合平衡法是,先对每个指标分别进行单指标的直观分析,得到每个指标影响因素的主次顺序和最佳水平组合,然后根据理论知识和实际经验,对各指标的分析结果进行综合比较和分析,得出较优方案[4]。

砂轮磨削比和喷砂坑深双指标正交分析见表2。

3.1 正交趋势图

与单指标实验的分析方法相同,先对各指标分别进行直观分析,得出因素的主次和较优方案如上表2。依据表2画出各因素与各指标的趋势图,如图1～图6。

从图1～图3看出稀土氧化物的含量对磨具磨削比的影响并非越多越好。三种稀土氧化物在1%到5%之间都存在一个最大值,即3%。

从图4～图6看出喷砂硬度随氧化镧含量的增加而减小;氧化铈含量在3%时硬度最低,在1%和5%时相差不大;氧化钇含量在3%喷砂硬度最大,5%时硬度比1%时大。

3.2 优方案的确定

正交试验的目的在于分析各因素、各水平对实验指标的影响,从而挑选最优的实验方案。对于不同的指标而言,不同因素的影响程度不一样;而不同指标所对应的优方案也是不同的,下面通过综合平衡法进行分析,以得到最优方案。具体平衡过程如下。

La2O3因素:对于两指标来说,La2O3都是最主要的因素,磨削比的优方案需要的水平数为3%,而喷砂深度则为1%,但La2O3取1%、3%相差不大,并且磨削比是较重要指标,所以可以确定该因素的水平数为3%。

CeO2因素:该因素为最次要的因素,对指标的影响最小。虽然两指标中水平数不相同,但本着降低实验成本原则,确定1%为该因素的水平。

Y2O3因素:该因素为较次要因素,对两指标来说,都以3%为最佳水平,所以取3%。

综合以上的分析,优方案为3%La2O33%Y2O3 1%CeO2,即为6号配方砂轮。

本正交试验不考虑各因素间的交互作用,但从数据分析可知,交互作用对喷砂硬度影响最小,但对磨削比影响最大,看来各因素、各水平间存在不可忽略的交互作用,需要做进一步的研究,可能还有提升实验指标的潜能。

4 结果讨论

未添加稀土氧化物的砂轮其磨削比为16.51,喷砂坑深为2.86mm 。与正交实验的砂轮对比看,除1、3和9号配方的砂轮的磨削比低于未加稀土砂轮外,其它配方的砂轮均高于未添加稀土砂轮,4号配方的磨削比比未添加稀土砂轮高一倍以上。而添加稀土氧化物结合剂砂轮的喷砂坑深都要比未添加稀土砂轮小,即添加稀土氧化物后的砂轮硬度要高于没有添加的砂轮。添加稀土氧化物的砂轮的磨削比有较大的提高。

加入陶瓷结合剂中的稀土氧化物Y2O3 、 CeO2和La2O3可以促进Al2O3与SiO2 、 CaO 等的化学反应, 稀土氧化物倾向于分布在基体颗粒的表面, 并且易于形成低熔点液相, 加上颗粒之间的毛细作用, 促使颗粒间的物质向孔隙处填充, 从而降低孔率,提高致密度,使磨粒和结合剂的结合更紧密,从而提高砂轮的硬度。所以砂轮的磨削性能得到一定改善[5,6]。

但磨具的硬度并非与磨具的磨削比成正比的关系。磨具的磨削性不仅与磨具硬度有关系,它还与磨具组织,磨粒粒度,结合剂种类和磨削液等有很大的关系。如磨具组织越紧密,磨具中的气孔越少,干磨时磨削热不易排散,容易造成堵塞和热损伤降低磨具的磨削比。因为稀土氧化物的添加导致气孔率的减少,所以出现了1、3和9号配方磨削比小于未添加稀土砂轮。而未添加稀土砂轮的喷砂坑深较大,即磨具喷砂硬度较低,但其磨削比并不是很低。所以磨具磨削比的影响因素较多,磨具的磨削比和喷砂硬度之间并非线性关系,正像试验数据显示的结果一样。

从正交试验表中,发现空列的极差大于三种稀土氧化物的影响作用,这可能是实验过程中的误差或稀土氧化物间的交互作用造成的,所以需要进一步的实验才能确定空列极差大的缘由。

5 结论

1.添加稀土氧化物能显著提高砂轮的磨削比和喷砂硬度,但从经济效益考虑,6号配方即3%La2O33%Y2O3 1%CeO2为砂轮的最优添加配方。

2.磨具的磨削性不仅与磨具硬度有关系,它还与磨具组织,磨粒粒度,结合剂种类,气孔率有很大关系。所以硬度高的砂轮磨削比不一定高,磨具的磨削比和喷砂硬度之间并非线性关系。

摘要：采用正交实验研究稀土氧化物对陶瓷结合剂砂轮磨削比和喷沙硬度的影响规律。实验证明:与未添加稀土砂轮相比,稀土氧化物能提高砂轮的磨削比和喷砂硬度。并得出三种稀土氧化物对两者的影响顺序:La2O3>Y2O3>CeO2,三者的最佳添加量为3%La2O3、3%Y2O3和1%CeO2。正交表中空列的影响较大,需要进一步研究。

关键词：La2O3,CeO2,Y2O3,陶瓷磨具,磨削比,喷砂硬度

参考文献

[1]李长龙,李国彬,吴玉会.稀土对切玻璃金刚石锯片切削性能的影响[J].金刚石与磨料磨具工程,2003(6).

[2]刘炳基.陶瓷磨具制造[M].中国磨料磨具工业总公司.

[3]陈剑飞,邱家修,邹文俊.磨削加工学[M].郑州:河南科学技术出版社,1994.11.

[4]张铁茅,丁建国.试验设计与数据处理[M].兵器工业出版社,1990.

[5]郭瑞松,郭多力,齐海涛,陈玉如,杨正方,袁启明.添加稀土氧化物对氧化铝复相陶瓷性能的影响[J].硅酸盐学报,2002,30(1).

陶瓷试验篇5

利用气浮法对硫酸镍溶液的除油工艺, 是根据气浮分离原理, 并借鉴我公司利用气浮法进行的水处理的工程经验制定的。整套工艺设备有气浮除油装置包括气浮罐、膜释放器、电器控制、管泵阀及联接件五部分组成。 (附工艺流程框图) 。

气浮除油工艺是由膜释放器产生一定量的微小气泡 (10～30μm) , 然后均匀分布到硫酸镍溶液中。微小气泡从气浮罐体底部扩散上浮, 在上浮过程中与硫酸镍溶液中的油粒发生碰撞粘附, 打破其悬浮的状态, 使油粒的浮力增大, 迅速上浮至液体表面, 通过刮渣机将浮油层 (含油气泡) 排除。

与有机膜相比, 无机膜、特别是陶瓷膜具有优良性能, 在许多方面有着潜在的应用优势。陶瓷膜特点是耐高温、化学稳定性好、能抗微生物降解, 对于有机溶剂、腐蚀性气体和微生物侵蚀表现良好的稳定性;机械强度高, 耐高压, 有良好的耐磨、耐冲刷性能;孔径分布窄, 分离性能好、渗透量大;可经受反冲、热蒸汽清洗和反复清洗、再生;使用寿命长。尤其是在含油溶液及含油废水处理回收这一新的应用领域, 更体现其优势。所以, 引起人们的广泛关注。国外已大量采用陶瓷膜对含油水进行错流过滤分离。

根据用户提供的料液情况, 以及我公司在实验中对所处理料液掌握的技术数据, 设计了一种更经济、高效的一级气浮加陶瓷膜除油工艺作为硫酸镍溶液除油的工艺方案。目前, 12T/D的中试系统已经安装运行, 本文是该系统前期试验情况的总结。

1 料液情况及除油工艺

1.1 料液情况

处理料液:硫酸镍溶液

料液处理量: 12m3/D

料液温度:45℃

料液pH=5

料液含油量:4-60mg/l

1.2 系统除油工艺

我公司先期利用无机陶瓷膜对硫酸镍溶液进行了除油、去杂的小型现场实验, 取得了一定的效果。根据用户提供的料液情况, 以及在小型实验中对所处理料液掌握的技术数据, 设计了一种更经济、高效的一级气浮加陶瓷膜除油工艺作为硫酸镍溶液除油的工艺方案。工艺流程示意图如图1所示。

2 除油设备及试验方法

2.1 除油设备

2.1.1 气浮装置

气浮除油装置单台处理能力为0.5m3/h, 总日处理量为12m3。气浮装置总体积为3.8 m3。由于待处理的料液酸性较强, 从系统工艺出发, 按不锈钢材质进行设计以满足生产工艺要求。

2.1.2 陶瓷膜精密过滤器

本系统选用陶瓷膜精密过滤器一套, 单台处理能力为12m3/d, 可以满足生产要求。

单台陶瓷膜精密过滤器主要参数:

(1) 运行压力:0-0.4MP

(2) 循环流量:9M3/H

(3) 设计膜通量:1000L/M2·H

(4) 膜面剪切速度:V切为4.5米/S

(5) 膜孔径:0.2μm

(6) 膜面积:0.624 M2

整套设备具有流程简单、能耗低、处理量大、占地面积小、易维修等技术优势.

2.1.3 陶瓷膜反冲系统

陶瓷膜反冲系统是指周期性采用气体、液体等为反冲介质, 反冲液由膜组件的滤过液出口进入膜组件内, 使膜管在与过滤相反的方向受到短暂的反向压力作用, 进行反向渗透清洗, 从而迫使膜表面及孔内的颗粒返回截留液中, 并且可以破坏膜表面凝胶层和浓差极化层, 使膜通量得到恢复。对一级陶瓷膜过滤装置反冲周期一般为6分钟一次.一次6秒钟。

反系统包括:反冲罐、电磁控制阀、空气过滤器及空压机等。

2.1.4 陶瓷膜清洗系统

在正常运行条件下, 当陶瓷膜过滤装置渗透液流量下降10%、进出口压差增大15%时, 说明膜已被污染。为了恢复良好的膜渗透性能, 需要对膜进行化学清洗。对一级陶瓷膜过滤装置清洗周期一般为一天一次.清洗泵利用系统循环泵. 反冲系统采用LOG进行控制, 可在运行中实现自动反冲。

清洗系统包括:清洗泵、清洗箱、纯水箱等。

2.2 系统运行过程及数据采集、分析方法

2.2.1 运行过程

首先将需要除油的硫酸镍溶液注入气浮罐体内, 同时让经过过滤的压缩空气进入气浮装置进行预除油。气浮装置间歇式操作运行。处理3T料液/批, 4批/天, 没批处理时间为6小时。气浮装置处理完一批料液并等待后续陶瓷膜装置过滤完之后, 才能打开气浮装置进料阀注入下一批料液进行气浮除油处理。其次让经气浮装置已经处理过的料液进入循环罐, 启动循环泵, 料液进入陶瓷膜装置进行除油处理。根据错流原理, 膜将原液分离成两路, 一路是透过膜的渗透液, 由渗透液出口流出, 回收利用 (见图1) ;另一路是沿膜表面流动的浓缩液 (含被膜截留的粒子、杂质及部分溶剂等) , 而浓缩液返回循环罐继续进行除油浓缩。根据料液的过滤流量平衡原则, 渗透液不断流出系统, 同时待处理的料液不断补充到循环罐。当料液浓缩到一定倍数时 (视料情况定, 一般情况下系统浓缩倍数在20倍内) 停机排除, 送后续工艺处理。陶瓷膜装置运行过程中反冲系统一定要正常工作。

2.2.2 数据采集分析方法

(1) 浓缩液和透过液流量通过设备上的玻璃转字流量计直接读出;

(2) 料液温度用安装在设备上的温度显示仪直接读出;

(3) 各种压力通过设备上的压力表读出;

(4) 对原料液及过滤液进行定时定量的采样, 各项理化指标送厂方检测中心分析。

3 运行结果及讨论

3.1 气浮除油

气浮除油工艺的关键是要求空气释放装置能够生产出充足、均匀的微小气泡。我公司开发的气浮空气高效释放器, 具有微小气泡产出均匀、不堵塞、雾化气量大、效率高的特点。针对实际工业生产中溶液不同的含油量、油粒度和流量有较大的调整余地, 调整时仅需增加加大微气泡的释放量或者增大刮油机运行频率即可, 有很强的生产适应性。

试验硫酸镍溶液中含有粒子物质、杂质及部分溶剂等, 其中含油量为4-60mg/l, 料液pH为5, 含油量最高为60mg/l.经一级气浮装置处理后, 含油量降为5-10mg/l. 除油效率达到了设计要求.

经试验发现气浮装置的进气压力不能太高, 0.2-0.4MP的空气压力最为理想.

3.2 陶瓷膜除油

经一级气浮装置处理后, 含油量降为5-10mg/l.一级气浮加陶瓷膜除油系统投入使用后, 已连续运行了15天, 试验数据见表1.从表1中可以看出, 经一级气浮加陶瓷膜除油系统处理后的硫酸镍溶液中, 含油量降到3mg/l以下, , 达到了厂方提出的使用标准. 油及杂质的去除率均在95%以上;油的去除率达到了98%以上.

争对试验硫酸镍溶液陶瓷膜过滤装置的反冲周期为6分钟一次, 一次6秒钟。这样可以保证陶瓷膜的渗透通量在一个清洗周期内基本保持不变.

经试验陶瓷膜化学清洗周期约为5天, 每次1-2小时.化学清洗采用3%-5%的氢氧化钠 (氢氧化钠溶液需加热到50℃左右) 和2%的盐酸溶液交替清洗即可恢复膜通量。

试验表明, 在实际应用中选择适宜的膜孔径很重要。所选的膜孔径不仅要保证透过液中油和悬浮固体的含量达到设计要求, 还要使膜通量较大并且常时间稳定, 以延长膜的化学清洗周期。

4 结论

1) 无机陶瓷膜能耐硫酸镍溶液的腐蚀, 化学稳定性好; 2) 陶瓷膜的渗透通量保持稳定, 在试验运行时间内无明显下降; 3) 陶瓷膜经化学清洗后通量可恢复;4) 一级气浮加陶瓷膜除油系统处理硫酸镍溶液, 除油效果好, 系统效率高, 处理后的硫酸镍溶液中含油炼很低, 可以达到了厂方提出的使用标准;5) 试验表明, 对硫酸镍溶液体系采用陶瓷膜能够除油能够保持较高的通量, 而且受污染的膜经过清洗和再生, 通量可以恢复。

摘要：介绍了气浮加陶瓷膜除油工艺作为硫酸镍溶液除油的工艺方案流程, 对气浮加陶瓷膜除油工艺作为硫酸镍溶液除油工艺特点和工业应用情况做了说明。

关键词：气浮,陶瓷膜,硫酸镍,除油

参考文献

[1]徐南平, 邢卫红, 赵宜江.无机膜分离技术及应用[M].北京:化学工业出版社, 2002:122-132.

[2]范文元, 许煜汾.陶瓷微滤膜过滤亚微米级悬浮液的研究[J].合肥工业大学学报, 2000, 23 (1) :104-107.

[3]董强, 廖翔, 季兆全, 等.陶瓷微滤膜洗涤碱法制备Al (OH) 3中杂质Na的研究[J].膜科学与技术, 2004, 24 (5) :29-32.

[4]任建新.膜分离技术及其应用[M].北京:化学工业出版社, 2003:45-78.

[5]刘茉娥等.膜分离技术及其应用[M].北京:化学工程出版社.2001:453-461.

[6]姚志春, 胡晓东.陶瓷膜精滤工业碳酸钠溶液的研究[J].膜科学与技术, 2006, 26 (1) :39-41.

陶瓷试验篇6

对工程陶瓷而言, 采用普通金刚石砂轮进行磨削, 相关的理论和技术都比较成熟, 但加工效率低、成本高。非导电工程陶瓷不能用类金属的特种加工方法直接加工, 为此, 国内外学者进行了许多研究, 使特种加工方法成为非导电工程陶瓷的加工手段之一。

日本的福泽康和毛利尚武等在20世纪90年代中期提出利用辅助电极法将电火花技术应用于绝缘工程陶瓷的加工[1,2], 但是单纯的电火花加工的效率低, 很难满足工程应用的要求。大连理工大学的徐文骥等[3]提出附加阳极的方法将转移型等离子弧用于陶瓷材料切割, 用等离子弧对6mm厚的Al2O3陶瓷板件进行切割, 获得了宽度为4.6mm的光滑切口[4]。美国普度大学开发出用激光加热辅助切削陶瓷材料的实用技术[5,6], 可降低加工成本50%。2002年, 以色列的Jerby等提出采用微波钻 (microwave drill) 对陶瓷、玻璃等非导电材料进行钻孔加工[7], 其原理是利用微波天线定向加热陶瓷, 使陶瓷材料被加工区局部熔融, 然后将微波天线插入熔融区形成孔洞。基于微波钻方法汪学方等[7]将加热与切削装置合为一体, 从而实现了对陶瓷的塑性切削。

在分析上述各种辅助能量法加工陶瓷技术的基础上, 笔者针对工程陶瓷加工的特点, 利用高频引弧瞬间电极微爆炸所产生的轰击波具有极高的能量密度的特性, 开发出一种具有完全自主知识产权的经济型陶瓷加工方法, 实验证明所提出的方法能加工陶瓷孔、平面、槽、外圆表面等, 工作稳定可靠。

1 高频引弧微爆炸加工工程陶瓷原理及装置

高频引弧微爆炸加工的原理是:利用在脉冲电源控制下生成的高频引弧, 在极短的时间内使电极间产生微爆炸, 对材料表面产生高温轰击作用, 从而达到加工材料的目的。

引弧电路如图1所示, 380V交流电经过整流滤波模块后变成直流电, IGBT模块将直流电切换成平滑高频交流电, 变压器将高频交流电变为中频低压交流电, 并将输入与输出进行隔离, 二次整流滤波电路将中频低压交流电整流成平稳的大电流直流电, 并对高频振荡模块中的电容进行充电, 当电容两端的电压超过火花发生器P的击穿电压时, 火花放电器P被击穿并引起高频振荡, 进而外电路产生高频起弧电流并引发电极微爆炸。微爆炸产生的高速气流通过喷嘴以很高的温度与一定的冲击力同时作用于陶瓷表面形成一个蚀坑, 其工作原理如图2所示。

高频引弧微爆炸加工装置如图3所示, 主要由空气压缩机、专用脉冲电源、三维数控工作台和爆轰波发生器等设备组成, 该系统的关键部件是专用脉冲电源。为了满足加工要求, 在高频引弧电路的基础上需要增加脉冲控制开关, 以保证引弧在规定时间内的通断。脉冲控制开关原理如图4所示, 电源电流流入脉冲控制开关, 经过暂停计时器与引弧计时器的交替无间隙工作, 产生脉冲控制电流并流向高频引弧电路, 生成带有脉冲通断的加工引弧。

在加工时, 引弧依靠瞬时微爆炸产生的104K以上的高温及爆轰波, 作用于喷嘴下方的陶瓷试件, 瞬间在陶瓷表面冲蚀出直径约2～3mm、深度为0.5～1mm的圆形凹坑, 随着工作台的二维进给运动, 实现陶瓷表面的有效去除, 其中加工频率由脉冲控制器控制。由于高频引弧轰击的作用时间仅为0.01～0.1s, 属非连续型加工, 而且在加工过程中伴随高压空气冷却, 所以陶瓷基体的温度始终较低, 不易断裂。

该加工方法主要利用高频引弧瞬间产生的微爆轰击作用去除材料, 依靠的是引弧微爆的高密度能量, 而不是像现有的一些加工方法那样依赖于大电流产生的电弧或等离子弧所输入的持续热量进行工作。此外, 由于在稳定电弧被引出前电路已经关断, 无需复杂的维弧电路, 因此该加工方法不仅所需的电源功率小、能耗低, 而且设备投资和运行成本都很低, 属经济型加工方法。

2 实验研究

2.1加工过程

实验中所采用的试件为Si3N4陶瓷。由于引弧微爆炸会对陶瓷试件产生瞬时的高温作用, 为减小其造成的热应力, 可适当调整电脉冲输出的时间间隔。经实验测定, 将一次电脉冲输出时间设定为0.1s, 两次脉冲的中间间隔应大于0.5s, 在此间隔内, 经喷嘴喷出的压缩空气能够持续对加工区域进行冷却。同时, 工作台进给2mm, 这样就可以在工件上冲击形成一个个间隔距离均为2mm均匀分布的小凹坑, 从而实现对工件表面的去除加工。

加工前, 将试件置于喷嘴下方, 调整工作台使喷嘴的喷孔下方即为待加工区域。微爆炸的能量分布与陶瓷离爆炸源的距离有很大关系, 需要将试件与喷嘴间的距离调整到适当位置, 为延长喷嘴电极寿命, 保证试件不易碎裂, 在实验中将距离设为3～5mm。综合考虑加工效率和陶瓷安全性, 工作电流设置为50～90A, 在实验中能取得比较满意的结果。

2.2加工结果

在孔加工实验中, 利用高频引弧微爆炸对5mm厚的陶瓷薄板试件在同一点进行多次轰击加工, 可加工出直径为2mm的通孔, 如图5a所示;在凹槽加工实验中, 通过二维进给运动, 可在40mm×20mm×8mm的试件上加工出20mm×10mm×2mm的矩形槽, 如图5b所示。

加工后的试件横截面形貌如图6所示, 可以看出, 试件表面有一层与密实均匀的基体完全不同的变质层, 该层内的晶粒有明显的重熔现象, 重熔层组织疏松。该疏松层厚度为0.25～0.45mm。可以初步判定, 由于轰击产生的高温将陶瓷表面材料瞬间熔化并部分汽化, 随着温度的快速下降, 冷却后的材料重凝形成表面变质层。而且在此疏松层与基体的界面附近有明显的与表面平行的横向裂纹, 这种“层裂”现象符合热裂纹的典型特征。没有发现纵向裂纹。因此, 裂纹的这种分布规律对于疏松层的表面去除加工是有利的, 同时又不影响陶瓷基体的强度。

疏松层与基体界面密布横向裂纹的原因如下:①无定型非晶态组织和Si结晶相构成的疏松层和基体的Si3N4晶体热膨胀系数相差较大;②微爆炸产生的爆轰波传递特性中负超压在陶瓷局部近表层引起空化效应。

3 实验结果分析

3.1扫描电镜分析

用扫描电镜对加工后的Si3N4陶瓷试件横截面进行了表面形貌分析。从图7a中可以看到, 截面形貌可以分为明显的三个区域, 分别为变质疏松层区域b (图7b) 、变质层与基体交界处区域c (图7c) 、基体区域d (图7d) 。从图7c可看出, 疏松层与基体间由横向裂纹带分开, 变质疏松层依附在基体表面, 微观形貌差别显著, 基体上无纵向裂纹;由图7d可看到, 位于下方的基体结构均匀, 组织致密, 没有产生纵向或者横向裂纹, 在表面形貌和组织特性上没有受到微爆炸产生的热应力或者冲击应力影响; 而加工后的疏松层内的组织发生了明显的相变, 如图7b所示, 晶粒粗大, 晶界微裂纹密布, 具有非晶态和重结晶相参杂的典型组织形貌特征。

3.2能谱分析

采用能谱仪对原始表面和疏松层表面进行了微区元素测定, 测试结果如表1所示。由表1可知, 在轰击高温综合作用下, 试件表面的N-Si共价键被破坏。大量的N元素和部分Si元素从Si3N4中被还原出来, 由于氮气密度小易挥发, 而Si元素密度大, 高温气化后携带了大量的空气中的氧, 冷却后又迅速凝结回试件表面, 因此形成的疏松层表面富集着大量的O元素和Si元素。

3.3X射线衍射分析

用X射线衍射仪对引弧微爆炸加工前后的Si3N4陶瓷试件表面进行微区结构分析, 其结果如图8所示。在原始表面上几乎全部为Si3N4晶体组织, 而加工后的疏松层表面却覆盖大量的Si的结晶相组织。

4 机理探讨

高频起弧时产生的瞬间高温可以达到104K以上, Si3N4陶瓷在温度达到1900oC时不出现熔融状态而是直接升华分解生成N2气体和Si单质, 其反应表达式为

Si3N4→ 3Si + 2N2↑

分解熔融的一部分Si单质则又会发生氧化反应:

2Si + O2→ 2SiO ↑

Si + O2→ SiO2

高温下, Si3N4陶瓷则有可能直接发生氧化反应:

Si3N4+ 3O2→ 3SiO2+ 2N2↑

根据能谱分析中加工表面O元素增多与N元素减少的结果也可以得出相同结论。

5 结论

(1) 高频引弧微爆炸加工方法借助高频引弧瞬间极高的能量密度, 能够实现对工程陶瓷材料的加工。已研制出的高频引弧微爆炸加工装置能够完成对陶瓷件小孔及矩形槽的加工。

(2) 扫描电镜的结果显示, 轰击后的试件表面有一层与密实均匀的基体完全不同的变质层, 层内的晶粒有明显的重结晶和非晶态现象, 重熔层组织疏松, 该层厚度为0.25～0.45mm, 可用陶瓷刀具加工去除。而且在此疏松层与基体的界面附近有明显的横向裂纹, 但没有发现沿深度方向的裂纹。

(3) 对表面变质层所做的X射线和能谱分析结果表明, 加工后的陶瓷表面材料发生了分解及氧化反应, 原始表面的Si3N4晶体组织完全消失, 取而代之的是疏松层表面覆盖着大量的Si的结晶相组织。

(4) 高频引弧微爆炸加工陶瓷方法的加工机理包括高温气化、氧化、分解去除和微爆炸爆轰能量冲击去除。

摘要：提出了一种全新的工程陶瓷经济型加工方法。自行研制了高频引弧微爆炸加工电源和冲击波发生器, 利用高频引弧效应诱导电极微爆炸产生的具有高温和高能量密度的轰击波加工工程陶瓷。在一定的电参数和轰击参数条件下, 成功地在陶瓷试件上加工出通孔和矩形槽。对加工后的陶瓷试件进行了SEM分析、能谱分析和X射线衍射分析, 发现轰击后的试件表面存在易加工的变质层。高频引弧微爆炸加工方法的加工机理包括高温气化、氧化和分解去除, 以及爆轰冲击去除。

关键词：工程陶瓷,高频引弧,微爆炸,冲击波

参考文献

[1]Fukuzawa Y, Tani T, Iwane E, et al.New MachiningMethod for Insulating Ceramics with an ElectricalDischarge Phenomenon[J].Journal of the CeramicSociety of Japan, 1995, 103:1000-1005.

[2]Mohri N, Fukuzawa Y, Tani T, et al.Assisting Elec-trode Method for Machining Insulating Ceramics[J].Ann.CIRP, 1996, 45 (1) :201-204.

[3]Xu WJ, Fang J C, Lu Y S.Study on Ceramic Cut-ting by Plasma Arc[J].Journal of Materials pro-cessing Technology, 2002, 129:152-156.

[4]徐文骥, 方建成, 卢毅申, 等.水磁综合约束等离子弧加工陶瓷方法研究[J].大连理工大学学报, 2003, 43 (1) :57-60.

[5]Copley S M, Bass M, Wallace RJ.Shaping SiliconCompound Ceramics with a Continuous Wave Car-bon Dioxide Laser[C]//Proceedings of the SecondInternational Symposiumon Ceramic Machining andFinishing.Toronto, 1978:97-104.

[6]Tian Yinggang, Shin Yung C.Laser-Assisted Ma-chining of Damage-Free Silicon Nitride Parts withComplex Geometric Features via In-Process Con-trol of Laser Power[J].Journal of the American Ce-ramic Society, 2006, 89 (11) :3397-3405.

陶瓷试验篇7

近20年来,我国各地的许多家陶瓷企业采用硅灰石生产建筑釉面砖,取得许多成功的经验,改进了生产工艺,降低了生产成本,节能省时,大大提高了企业的经济效益,形成了符合当前节能减排要求的陶瓷低温快烧工艺技术。但是在中温生釉料、低温熔块釉代替价格昂贵的高温釉方面的研究却非常欠缺。我们课题组在硅灰石质建筑釉面砖坯的研制上,已取得一定的实用数据(烧成温度1170±10℃,烧成周期2h),如果采用长石、氧化锌、方解石、萤石作为主要熔剂配置生釉料,与生釉面砖坯相匹配,最低烧成温度为1180℃,但针孔较多,膨胀系数较大,难以与坯体相适应。为了解决这些问题,我们采用江西上高硅灰石代替釉料中部分方解石和石英,试制中温生釉料和低温熔块釉,产品釉面光泽好、白度好、放射性低,耐酸耐碱性强,可较好地用于建筑釉面砖的生产,为低温快烧新工艺技术提供了试验依据。

1 硅灰石的陶瓷工艺特点

硅灰石的陶瓷工艺特点主要有以下几个方面:

(1)硅灰石在建筑卫生陶瓷的坯釉料中,具有明显的熔剂作用,适量使用可以大大降低坯釉体的烧成温度和缩短烧成时间。

(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缩短了烧成时间,简化了生产工艺,节约了能源,降低了生产产品的成本,提高了产量与经济效益。当然,天然硅灰石必须经过科学合理的工艺配方,使其发挥最大的优越性能。否则也会出现许多麻烦。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,硅灰石质坯体烧成温度超过1100℃时,容易发生变形,因此其烧成温度范围较窄;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,由于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。不过这些并非是不能解决的问题。经过陶瓷工艺科技实验与改进,完全可以找到最佳的科学配方。

2 原料的确定

选用上高硅灰石、龙岩高岭土、江西贵溪上祝瓷石、锆英砂、方解石、粉石英、滑石粉、氧化锌、荧石粉、硼砂等为原料。

江西上高硅灰石:上高硅灰石为高硅低铁品位稳定的硅灰石,储量达1200万吨,属大型硅灰石矿床。已建矿开采生产,经矿物鉴定,含有少量方解石和白云石。试样碎至100目后在双目镜下选出单矿物,其化学成分见表1。

福建龙岩高岭:龙岩高岭为蚀变风化残积型高岭土,品位稳定,储量高达5294万吨,超大型矿床,已建矿生产,试验中采用精矿。其主要矿物为多水高岭,含有极少量石英和云母类矿物,其化学成分见表1。

江西贵溪县上祝瓷石:上祝瓷土矿为K石、石英斑岩型瓷石矿,品位稳位,储量在2843万吨,属超大型瓷石矿床,已建矿开采生产,主要矿物是石英、绢云母、伊利石,含有少量高岭石。

2.1 工艺过程的选定

原料→配料→球磨→过筛→施釉→釉烧→检验

3 中温生釉料

3.1 中温生料釉研制

釉料配方设计:硅灰石质坯体素烧温度为1170±10℃,釉烧温度低于素烧温度。

原料选择:上高硅灰石、锆英石、龙岩高岭土、上祝瓷石、滑石、氧化锌粉、石英粉和萤石份,各种原料化学成分见表1。硅灰石做中温助熔剂,可降低烧成温度和釉的膨胀系数,提高釉面的光泽等。

釉料配方的确定:以1#(不含硅灰石)配方为基础,用江西上高硅灰石代替方解石和部分石英得出2#,再调整得出3#,4#,各硅灰石配方组成见表3。

物理性能:白度为85,折射率1.56,耐酸碱为AAA,150~19±5℃热交换三次不裂。

从试验(见表4)可知,3#釉料配方使用坯体的温度和膨胀系数,色白而不艳,色泽柔和淡雅,内外墙装饰效果均好。而硅灰石含量>20%时,釉面白度下降。

注:其他成分,氧化锌Zn O>99%,荧石粉Ca F2>99%,硼砂。表中数据由景德镇陶瓷学院测试中心测试。

釉的组成:见表5

工艺参数,以3#釉为例,投料过200目筛,球磨1.5h,磨至500目筛余0.05%,烧成周期2.0h。

3.2 中温生料釉烧成过程

用X射线衍射法,扫描电镜观察和不同温度下表观特征分析,明确得出3#硅灰石质中温生料釉在烧成过程中主要发生以下几个变化:900℃,石英,长石,硅灰石等颗粒清晰可见,坯、釉之间界面清晰,气泡开始出现;1050℃,小晶粒尚可辩认,长石溶解,气体逸出,气体体积增大;1100℃,石英大部分溶入溶体,硅灰石与高岭土、滑石生成钙长石和透辉石;1125℃,小晶粒继续溶解,坯、釉中间可见侵蚀边缘,并溶有坯,气泡逐渐变小;1150℃,中间层有一定厚度,釉层成熟,其中尚有未溶解的斜锆石和锆英石。

4 低温熔块釉

4.1 低温熔块釉研制

釉料配方设计:低温熔块釉与中温生料釉相比,增加了制熔块工序,但降低了烧成温度,且乳浊度和白度要优于中温生料釉。

原料选择:上高硅灰石,锆英砂,龙岩高岭土,上祝瓷石,石英,滑石,硼砂,氧化锌粉,萤石。化学成分见表1。

5#低温熔块釉的配方组成:见表6

5#低温熔块釉的化学成分:见表7

物理性能:白度89,耐酸碱AAA,折射率1.59,150~19±5℃,热交换一次不裂。

5 结语

5.1硅灰石做中温助熔剂,可降低烧成温度和釉的膨胀系数,提高釉面的光泽,符合当前节能减排要求。

5.2在釉中采用硅灰石代替部分方解石和石英,能改善产品釉面质量,在烧成时不易吸咽,能熔融充分,釉面平滑,无针孔,无光效果好,色白而不艳,色泽柔和淡雅,内外墙釉面砖装饰效果均好。而硅灰石含量>20%时,釉面白度下降。

摘要：用江西上高硅灰石代替釉料中部分方解石和石英,试制出中温生料釉和低温熔块釉,为建筑釉面砖低温快烧新工艺技术提供了试验依据。

关键词：硅灰石,釉料,应用试验