氧化锂对低温熔块性能的影响.docx

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氧化锂对低温熔块性能的影响

氧化锂对低温熔块性能的影响

　　摘　要　本文研究了氧化锂加入量对低温熔块的熔融温度､力学性能､热膨胀系数的影响｡研究表明:

随着氧化锂加入量的增多,熔块的抗折强度､熔融温度和吸水率降低､熔融温度范围变窄､热膨胀系数增加｡

　　关键词　氧化锂,低温熔块,性能

　　1前言

　　在新型建筑装饰墙面砖的生产中,低温熔块的应用越来越广泛,同时低温熔块在牙科陶瓷材料､抗菌陶瓷､光催化陶瓷､负离子陶瓷等方面也有重要用途｡传统的低温熔块一般都加入氧化铅作为熔剂,它具有熔融性能好､折射率高､釉面光泽好､烧成范围宽等优良性能,但在使用过程中铅极易析出,对人体有害[1～2]｡随着生活水平的提高,人们对装饰材料提出了更高的要求,所以熔块的无铅化是必然的趋势｡近年来,国外一直在研究用B2O3､Li2O､SrO､BaO､ZnO､MgO等取代PbO制造低温熔块[3～5],并取得了一定的效果｡

　　由于金属中锂的相对原子质量最小,化学活性比钾钠强,且锂具有很高的静电场,有非常强的助熔效果,能显著降低材料的烧结和熔融温度,提高釉的流动性[6]｡锂代替钾钠可以降低热膨胀系数､增加流动性､降低熔融温度,因此研究锂的加入量对熔块的性能影响对于成本和性能的控制非常重要｡

　　2实验

　　2.1配方的制定

　　通过查阅资料,配制了一种在较低温度下使用的熔块,熔块配方见表1,其化学组成见表2｡

　　选择熔融温度较低的#2配方,分别添加不同含量的氧化锂（Li2CO3的形式引入）,检验其对基础熔块的熔融温度及其它物理性能的影响｡#1､#2､#3､#4表示氧化锂含量分别为1wt%､3wt%､5wt%和10wt%｡具体配方见表3｡

　　2.2工艺过程

　　按照表3中的配方比例将原料（分析纯）混合均匀,放入立式熔块炉中,由室温经过90min加热至1300℃后保温20min,然后淬冷得到熔块｡将熔块放入球磨罐中,按照料:

球:

水=1:

1.5:

1球磨约30min,过200目筛后放入烘箱中干燥,研磨得到熔块粉料｡

　　2.3测试与表征

　　将#1､#2､#3､#4熔块粉分别压制成Ф2×3mm小圆柱,放在DensplyTouch烤瓷炉中进行熔融温度的测定;将四种熔块料压成试条,分别在600℃､550℃､530℃､500℃烧成,然后磨成3mm×4mm×40mm的试条,用Instron万能材料试验机进行弯曲强度的测试;用Instron显微硬度仪对光滑表面的试样进行硬度测试｡将熔块粉压成试条,烧成后磨成Ф5×40mm的圆柱,用NETZSCHDIL402EP热膨胀仪进行热膨胀系数的测定｡对圆片状试样用精确度为万分之一的天平和阿基米德原理计算吸水率｡

　　3结果与讨论

　　图1为不同氧化锂含量的试样的XRD图,其中图1b､1c､1d分别为#2､#3､#4试样在不同温度下煅烧后的XRD图｡从图1可以看到,当氧化锂含量增加到5%以上时,会出现明显的LiAlO2峰,并且随着氧化锂的增加,LiAlO2的形成温度降低｡

　　　　　　　（a）0%Li2O　　　　　　　　　　　　（b）3%Li2O

　　　　　　　　（c）5%Li2O　　　　　　　　　　　　（d）10%Li2O

　　　　　　　　　　图1不同氧化锂含量熔块的XRD图

　　从熔融温度的变化可以看出,氧化锂的加入量从0%到5%熔融温度逐渐降低,但在10%时却有所升高,且使熔融温度范围变窄,这主要是由于过量的氧化锂生成了LiAlO2的缘故｡

　　为了研究低温熔块在牙科陶瓷中的应用,就要了解加入氧化锂对熔块物理力学性能的影响｡由表4可知:

当氧化锂含量从0%到5%时,抗折强度都在80MPa以上,但氧化锂含量达到10%时,抗折强度下降到74.60MPa,下降比较明显｡这是因为氧化锂加入量的增加,将导致Si-O键的断裂,同时还伴随有硼氧三面体和硼氧四面体转变的硼反常现象｡因此,在氧化锂的添加量小于5%时,熔块的抗折强度下降较小,这主要是Si-O键断裂和硼氧三面体与硼氧四面体的转变之间彼此消长的缘故｡当氧化锂的加入量达到一定值时,Si-O键的断裂与硼氧三面体和硼氧四面体的转变两个过程基本结束,多增加的氧化锂将以非桥氧形式出现在硼氧三角体中,使结构松散､性能变坏,因此当氧化锂加入量达到10%时,抗折强度下降较为明显｡

　　熔块的吸水率随着氧化锂的增加而呈现逐步降低的趋势,K+和Na+在结构中主要起断网的作用,而Li+主要起积聚的作用｡随着氧化锂加入量的增多,坯体内部将更加致密,因此其吸水率将变得更小｡

　　　　　　　　　图2不同氧化锂含量试样的热膨胀系数

　　试样的相对膨胀量如图2,从图中我们可以看到,随着氧化锂含量从0%增加到10%,熔块的热膨胀量也逐渐提高｡在玻璃网络结构中,每个多面体的桥氧离子平均数值（Y）越小,网络空间上的聚集也越小,结构也变得松散,并随之出现较大的空隙｡结果是网络变形离子的运动,不论在本身位置振动或从一位置通过网络的网隙跃迁到另一位置都比较容易｡因此,随着Y值的递减,出现热膨胀系数增大的现象[7]｡随着氧化锂的增加,桥氧平均数逐渐减小,并且由于没有出现低膨胀系数的锂辉石等晶体,因此热膨胀系数逐渐增加｡

　　4结论

　　在配制的熔块中,由于氧化锂的助熔效果,少量的氧化锂将使熔块的始熔温度降低;但过量的氧化锂会导致LiAlO2的生成,反而会使熔块的始熔温度升高｡同时氧化锂含量的增加将使熔块的熔融温度范围变窄､致密性增加､热膨胀系数逐步增加｡在力学性能方面,熔块的抗折强度在氧化锂含量为0%～5%的范围内变化不大,但在氧化锂含量为10%时出现了比较明显的下降｡

　　参考文献

　　1俞康泰.现代陶瓷色釉料与装饰技术手册[M].武汉,武汉工业大学出版社,1999

　　2樊震坤,刘贤纪等.精细瓷餐具系列熔块釉的研究[J].中国陶瓷,1997,33（4）:

29～34

　　3RichardAEppler.FormulationofGlazesforlowPbrelease[J].CeramicBulletin,1975,P496～499.

　　4J.E.Marguis,RA.Eppler.LeadlessGlazesforDinnerware[J].CeramicBulletin,1974,P443～445

　　5ThomasJ.Gray.StorntiumGlazesandPigments[J],CeramicBulletin,1979.P768～770

　　6李家驹.陶瓷工艺学.[M]北京,中国轻工业出版社,2001,1

　　7陆佩文.无机材料科学基础[M].武汉,武汉工业大学出版社,1996,8

　　InfluenceofLithiaonPerformancesofLowTemperatureFrit

　　SunDaihaoWuJianqing

　　（CollegeofMaterialsScienceandEngineeringSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou510640）

　　Abstract:

Theinfluencesoflithiacontentonthemeltingtemperature,mechanicalpropertiesandthermalexpansioncoefficientoflowtemperaturefritwerestudied.Theresultsshowedthatwiththeincreaseoflithiacontent,themeltingtemperatureandwaterabsorptiondecreased,therangeofmeltingtemperaturebecamenarrow,andthermalexpansioncoefficientincreased.

　　Keywords:

lithia,lowtemperaturefrit,performance