人工堇青石的合成方法简介
利用累托石合成堇青石
利用累托石合成堇青石
周 燕! ，徐晓虹$
（! ) 山东理工大学 材料科学与工程学院， 山东 淄博 $((’*&； 湖北 武汉 *+’’#’） $ ) 武汉理工大学 材料科学与工程学院， 摘 要：利用湖北省钟祥累托石作为合成堇青石的主要原料， 主要研究了堇青石熟料对合成
堇青石性能的影响 ) 试验表明： 加入 +’, 堇青石熟料的坯料性能最好， 且合成温度低， 合成的 %" 堇青石机械强度高， 热稳定性好， 热膨胀系数为 $ ) &+* - !’ . / （ 01 2 ! ’’’/ ） ) 关键词：累托石；堇青石；合成 中图分类号：3 4!#$ ) ! 文献标识码：5
［!@(］ 绿泥石、 蛇纹石等） 在我国湖北境内相继发现了高品位和相当储量 G B P8+ 、 G（ ) !&X+ 年后， B 87） $、
规模的累托石粘土工业矿床， 目前国内对累托石的研究和应用还不多 ) 为挖掘累托石的使用潜力， 本实 验以累托石为主要原料， 配合部分工业氧化铝、 滑石在堇青石的合成配方范围内进行了合成研究， 实验 采用全生料及添加部分熟料两种方案进行 ) 主要研究了堇青石熟料对产品性能的影响， 确定了生料与熟
第 !& 卷 第 ! 期 $’’( 年 ! 月
山东理工大学学报 （自 然 科 学 版） （ CD> \ 3HDA） [?RI<;E ?F CA;<K?<B 9<>MHIJ>1N ?F 3HDA<?E?BN
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文章编号： （$’’(） !"#$ % "!&# ’! % ’’#$ % ’(
溶胶-凝胶法制备堇青石陶瓷粉体的研究
均为 分析 纯 。去离 子水 ； 水 （ 凝 胶 用）浓 度为 氨 制备 ， １： ， 学纯 ； ４化 乙醇 （ 正硅酸 乙酯 水解用）化学 纯 。 ， １ 主要设备 仪 器 Ｊ ０３ 密 电子 天平 、 压成 ． ２ Ａ１０ 精 液 型机 、 Ｘ２箱 式 电阻炉、 －００ 型扫描 电子显 微镜 、 Ｓ一 Ｓ３０Ｎ
关键词
堇青石 溶胶 ． 凝胶法
煅烧 温度
晶化
中图 分 类号 ： Ｑ１４ 文献 标 识 码 ： Ｔ ７．１ ４ Ａ
文 章编 号 ：０ ０８９ （０１０—０ ５０ １ ０－０ ｅ ｒ ｔｏ ｆ ｔ ｄ ｎ Ｐｒ ｐａ ａ ｉ ｎｏ ｒ ｉ ｒｔ ｒ ｍ ｉ ｗ ｄ ｒｂ ｏ— ｅ ｏ ｅ ｓ Ｃｏ ｄ ｅ ｉｅＣｅ ａ ｃＰｏ ｅ ｙＳ ｌ ｌ Ｇ Ｐｒ ｃ ｓ
在 １０ ００℃开 始 有 一 堇青 石 和少 量 的 Ｂ堇 青石 （ 方 一 斜
结构） 形成， 堇青石属于六方结构 的中间过渡型 ， 继
１ ０℃烧 成 时， １ ５ 密度可达 最大 ２ ４ ／ ３吸水率 很 ． ｃ ， ２ｇｍ
小 ， 收 缩率 很 大 ， 明试 样达 到 了很好 的致 密 烧 结 线 表
ｔｍｐ ｒ ｔｒ ｓｍ ｕ ｈ ｌｗｅ ｂｏ ｔ１ ０℃ ｔ ａ ｏｄ ｅｉ ｒｐａｅ ｙ ｔａ ｔ ｎ ｌｍｅｈ ｄ ， ｅ ｓ ｌｇ ｌｐ ｏ ｅ ｓｉｃｅ ｓｄ ｔｅｄ ｎ ｉ ｆｔｅｓｎ ｅｉｇ ｅ ｅａｕ ｅｗａ ｃ ｏ ｒａ ｕ ５ ｈ ｎ ｃ ｒ ｉｒｔ ｐ ｅ ｒ ｄｂ ｒｄｉｏ ａ ｔ ｏ ｓｔ ｏ— ｅ ｒ ｃ ｓ ｎ ｒａ ｅ ｈ ｅ ｓｔ ｏ ｈ ｉｔｒｎ ｅ ｉ ｈ ｙ
人工合成堇青石成分指标含量
人工合成堇青石成分指标含量如今，人工合成材料在各个领域得到广泛应用。
人工合成堇青石作为一种重要的建筑材料，其成分指标含量也备受关注。
本文将对人工合成堇青石的成分指标含量进行探讨，以期为相关行业提供参考。
一、堇青石的特点及应用领域堇青石，又称斑岩，是一种以长石和石英为主要矿物组成的火成岩。
它具有耐久性强、韧性好、色调丰富、易于加工等特点，因此广泛应用于建筑行业。
人工合成堇青石则指通过化学合成的方式获得的具备相似特性的人造堇青石。
二、人工合成堇青石的成分指标含量人工合成堇青石的成分指标含量直接关系到其质量和应用效果。
以下将介绍人工合成堇青石的主要成分指标含量。
1. 长石含量长石是人工合成堇青石中的主要矿物组成之一。
其含量的高低直接影响着人工合成堇青石的力学性能和物理性能。
一般来说，长石含量在30%到70%之间是较为理想的范围。
2. 石英含量石英在人工合成堇青石中起到填充和粘结作用，以调整堇青石的结构和密实度。
合适的石英含量可以增加人工合成堇青石的强度和硬度，提高其耐久性。
石英含量在25%到40%之间一般被视为合适的范围。
3. 云母含量云母的添加能够改善人工合成堇青石的加工性能和耐火性能。
云母含量的控制需要根据具体的应用需求和工艺条件进行调整。
4. 其他成分除了长石、石英和云母外，人工合成堇青石中还可能含有少量的其他矿物。
这些矿物的含量对人工合成堇青石的性能和质量也有一定的影响，需要根据具体情况进行调整和控制。
三、人工合成堇青石成分指标含量的测试方法为了准确测定人工合成堇青石的成分指标含量，需要采用科学可靠的测试方法。
常用的测试方法包括X射线荧光光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法等。
这些测试方法能够快速、准确地分析人工合成堇青石的成分指标含量，为后续的加工和应用提供可靠的数据支持。
四、人工合成堇青石成分指标含量的优化控制为了获得更加优良的人工合成堇青石，需要进行成分指标含量的优化控制。
在合成过程中，可以通过控制原料的配比、熔炼温度和时间等因素，来调整人工合成堇青石的成分指标含量。
堇青石莫来石复合材料合成及制备
堇青石-莫来石复合材料的合成与制备秦梦黎摘要：本文阐述了堇青石-莫来石复合材料的合成与制备的方法，以及其在棚板、窑具、陶瓷方面的应用。
并且，结合这些方法的优缺点，本课题以蓝晶石、滑石为原料制备出堇青石-莫来石复合材料。
关键字：堇青石-莫来石复合材料，合成，应用，窑具，陶瓷Abstract：This paper describes the cordierite - mullite composite material synthesis and preparation methods, and its application in the shed board, kiln furniture, ceramics.And, combined with the advantages and disadvantages of these methods, the kyanite, talc as prepared cordierite - mullite composites.Key words:cordierite - mullite composites,synthesis,application,kiln furniture, ceramics引言随着科学技术的飞速发展，世界各国掀起了一场新技术革命，新材料作为一切新科技成就的基础备受各国学者重视。
陶瓷是人类生活中不可缺少的一种材料，近年来随着陶瓷生产技术的改进，人们开发研制了各种高性能窑具来满足陶瓷工业在研发陶瓷新材料方面的发展。
堇青石具有热膨胀系数小、抗热震稳定胜好等优点。
但堇青石韧性较低、荷重软化点低和合成温度范围窄(仅25℃)，仅在其熔点(1460℃)非常窄范围内才信镜结，用传统方法如不采用偏离堇青石组成或添加烧结助剂的方法，很难获得致密的纯相堇青石陶瓷，因而大大地限制了其优良性能的发挥。
而莫来石高温性能好和机械强度高，将堇青石与莫来石复合是提高其高温性能的有效措施。
堇青石的低温合成与表征
1引言堇青石（2MgO ·2Al 2O 3·5SiO 2）陶瓷具有较低的介电常数和与单晶硅相匹配的热膨胀系数，是制备低烧成温度衬底的理想材料［1~4］。
但堇青石玻璃熔点较高（1600℃），由于堇青石陶瓷液相粘度大，烧结温度范围较窄，在1350℃以上才能烧得致密陶瓷［5］。
为降低烧结温度选择合适的矿物原料和助熔剂是制备堇青石粉体的关键。
关于低温合成堇青石已经有了一些研究［6~9］，其中一些研究与堇青石基微晶玻璃的低温烧结行为有关［10，11］。
研究发现，K 2O 、Na 2O 、Li 2CO 3等碱性氧化物能有效降低堇青石的烧结温度。
钾长石是陶瓷坯体配料和玻璃熔剂中的常用矿物原料，由于钾长石中钾钠氧化物含量较高且廉价可以用作合成堇青石的熔剂和原料来源［12-14］。
本实验选用的是固相合成法，固相合成法是目前工业生产堇青石最常用的方法，本实验的目的就是在工业生产的要求下，能够降低堇青石的合成温度，实验是高岭土-滑石-氧化铝体系，天然钾长石矿物中不仅含有大量碱金属还有少量盐物质，经大量研究表明添加碱金属有利于降低合成温度，从而降低生产成本。
2实验原料及制备实验采用固相合成法，用“高岭土-滑石-氧化铝”系统进行堇青石陶瓷的制备。
配方组成以天然矿物原料为主，添加化学纯MgO 、A l 2O 3按照堇青石（2MgO ·2A l 2O 3·5SiO 2）摩尔比进行混合，其中高岭土和钾长石成分见表1和表2。
以堇青石化学组成（其质量百分比SiO 251.36%，Al 2O 334.86%，MgO 13.78%）为基准，添加堇青石的低温合成与表征康桂峦1任雪潭2刘艳春1（1.广州市红日燃具有限公司，广州510430；2.西南科技大学，绵阳621010）收稿日期：2020-04-22作者简介：康桂峦（1989.9-），硕士研究生，助理工程师，主要从事无机非金属材料研究。
DOI 码：10.3969∕j.issn.1005—0639.2020.03.003摘要堇青石具有很多优异的性能，被广泛应用于耐火材料，红外辐射陶瓷及计算机集成电路基片等。
影响堇青石合成的因素分析
１ 原料
１． １ 原料种类 滑石的替代原料有 ： 绿泥石 、 蛇纹石 、 镁质粘土 、 氢氧 化镁 、 菱镁矿等 。 高岭土的替代原 料 有 ： 非 板 状 高 岭 土、 多 水 高 岭 土、 煤矸石行高岭土等 。 氧化铝的替代原料有 ： 氢氧化铝 、 铝矾土等 。 ） 合成堇青石常用原料组合以及不同含镁质原料合 １ 成堇青石对比见表 １， 表 ２。 ） （ 采用滑石 、 多 水 高 岭 土、 ２ Ａ ｌ ＯＨ） ｌ ３ 和 Ａ ２Ｏ ３ 制成 （ 的堇青石比采用滑石 、 板状 高 岭 土 、 制 Ａ ｌ ＯＨ） Ａ ｌ ３（ ２Ｏ ３） 成的堇 青 石 热 膨 胀 系 数 要 低 ， 可 达 到 １． ０×１ ０ ／℃ 以
－６ （ ） ／℃ 。 为： ０． ６～０． ７ ×１ ０
弯曲强度较小 ， 所以热 膨 胀 系 数 也 较 小 ； 滑 石、 高岭土在 合成堇青石的坯体弯曲强度提 １ ０ ０ ０℃ 预 煅 烧 ５ｈ 后 ， 高， 同时热膨胀系数也增大 。 在使用烧滑石时 ， 合成堇青 石的粗气孔率会增加 。 ） 随着高岭土的研磨时间的增加 ， 其粒径变小 ， 弯曲 ２ 强度也会提高 ， 热膨胀系数增大 。 当滑石粒径较大时 ， 合 成堇青石的热膨胀系数较小 。 配合 料 粉 碎 时 间 ： 粉碎时间为２ 合成堇青石 ４ｈ 时 ， 有残留气孔 ； 合成温度为１ 开口气孔 ２ｈ 时 ， ２ ５ ０ ℃， ＞７ 合成温度为 １ 吸水率 率为 ０； ２ ０ｈ 时 ， ３ ０ ０～１ ３ ５ ０℃ ， ＞１ 热膨胀系数增大 ， 抗弯强度为 １ 和气孔率近于 ０， ３ ０～１ ５ ０ 。 高岭土 、 块滑石在 １ 湿 法 粉 碎， 高 ＭＰ ａ ０ ０ ０℃ 预烧 ３ｈ， 滑石的平均粒径为２． 岭土平均粒径为２． ０μ ｍ， ３μ ｍ。 采 用滑石 、 高岭土 、 滑石的 －Ａ ｌ α ２Ｏ ３ 配合物合成堇青石时 ， 粒径越大 ， 残留 的 未 反 应 的 滑 石 量 就 越 多 。 合 成 料 在 １ 生成的熔融物在冷却物中 ３ ２ ５℃ 与 Ａ ｌ ３ ０ ０～１ ２Ｏ ３ 共 熔， 吸收基质后形成了和滑石粒径大小差不多的气孔 。 堇青石合成体中的平均气孔孔径与滑石的平均粒径 液相经过相关的烧结反应过程时 ， 有关 。 合成温度越高 ， 由滑石熔融形成的液 相 行 为 越 复 杂 ， 从而影响气孔孔径 的分布 。 当滑石的粒径 大 于 高 岭 土 的 粒 径 时 ， 会产生向 由高岭土组成的基质 部 的 液 相 移 动 ， 在烧结体中形成闭 气孔 。 滑石的粒径越小 ， 烧结体中气孔的孔径越小 ， 烧结体 的强度会缓慢增大 。 此外 ， 将滑石粉碎到亚微级 ， 堇青石 的生成温度降低 ， 烧结 体 组 织 致 密 化 ， 气 孔 率 减 少， 抗弯 强度增大 。 １． ３ 原料的纯度 滑石中 的 Ｃ ａ Ｏ 对堇青石的影响较大， １． ５％ 的 Ｃ ａ Ｏ 可使其液相温度降低 ４ 高岭 土 中 的 Ｋ ０℃ ， ａ ２Ｏ＋Ｎ ２Ｏ 也
烧成制度对合成堇青石的结构和性能的影响
编号
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅵ Ⅴ Ⅶ Ⅷ Ⅸ
热膨胀系数 (×10-6/℃) (1000℃)
3.85 3.83 3.82 3.84 3.83 3.81 3.62 3.58 3.60
本文引用凹凸棒粘土进行合成堇青石质陶瓷材料， 在国内还未见报道。
2 试验
2019 年第 02 期（第 271 期） 佛 山 陶 瓷 21
复相陶瓷的制备工艺流程如下：原料→烘干→称 料→球磨→烘干、过筛→干压成型→干燥→烧成，加入 一定量的添加剂，成型压力为 30 MPa，试样尺寸（mm） 为：50×10×5。坯体干燥后，将各试样在硅钼棒炉中于 1350℃保温 2 h 烧成，停止加热后随炉温自然冷却。
采用阿基米德法测试烧结体的吸水率和体积密度， 利用 Y-4 型的 X 射线衍射仪分析试样的晶相；利用德国 耐驰 DIL402PC 热膨胀系数检测仪对试样的热膨胀系数 进行检测。
（1）配方设计。
表 1 配方比例
配方 凹凸棒粘土 高岭土 氧化铝粉 刚玉砂 硅酸锆
比例 16
（%）
16
35
25
8
（2）烧成制度设计。
1200℃时进行保温，堇青石相的含量显著提高，对 应的热膨胀系数也下降明显。这是因为 1200℃已经达 到了凹凸棒粘土及氧化铝粉和粘土反应生成堇青石的 温度，足够的保温时间提供了晶核形成为堇青石晶体的 足够能量。随着温度的继续升高，当温度达到 1350℃时， 所形成的的晶体均存在不同程度的长大，1350℃下保温
复合材料却较少被报道。 堇青石是一种热膨胀系数较低的材料，制备而成的
产品较多，如堇青石窑具[5]、堇青石垫板、堇青石蜂窝陶 瓷[6]等，应用范围很广，一般生产厂家以滑石、高岭土和 氧化铝粉为原料进行合成堇青石质陶瓷材料，滑石几乎 没有塑性，所需要的成型要求及合成堇青石的范围较 窄，不利于大规模生产。
堇青石合成过程中的物相及结构演变
㊀第３７卷第９期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.３７㊀Ｎｏ.９㊀２０１８年９月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ＢＵＬＬＥＴＩＮＯＦＴＨＥＣＨＩＮＥＳＥＣＥＲＡＭＩＣＳＯＣＩＥＴＹ㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒꎬ２０１８㊀堇青石合成过程中的物相及结构演变夏㊀熠ꎬ石㊀凯(河南工业大学材料科学与工程学院ꎬ高温耐磨材料河南省工程实验室ꎬ郑州㊀４５０００１)摘要:以高岭土㊁滑石和氧化铝为原料ꎬ通过高温反应合成堇青石ꎮ借助Ｘ射线衍射仪及扫描电子显微镜研究了１１００~１３８０ħ范围内物相组成及显微结构变化ꎬ并分析了演变过程ꎮ结果表明ꎬ在低于１１００ħ热处理时ꎬ粘土㊁滑石发生分解并进行了晶型转化ꎻ１１００~１３００ħ发生固相反应生成堇青石ꎬ１１００~１２００ħ是初始反应阶段ꎬ１２００~１３００ħ是加速反应阶段ꎻ１３００~１３８０ħ是堇青石晶体生长阶段ꎮ低于１２００ħ热处理时ꎬ材料内部呈松散堆积状态ꎬ几乎没有发生烧结ꎻ高于１３００ħ热处理后呈现明显的烧结状态ꎮ１２００~１３００ħ是结构转变的转折温度区间ꎮ关键词:堇青石ꎻ固相反应ꎻ相变ꎻ显微结构ꎻ烧结中图分类号:ＴＢ３３２㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀文章编号:１００１￣１６２５(２０１８)０９￣２８０２￣０４ＰｈａｓｅａｎｄＭｉｃｒｏＳｔｒｕｃｔｕｒｅＥｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆＣｏｒｄｉｅｒｉｔｅＤｕｒｉｎｇＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎＸＩＡＹｉꎬＳＨＩＫａｉ(ＨｅｎａｎＰｒｏｖｉｎｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＨｉｇｈＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄＷｅａｒＭａｔｅｒｉａｌｓꎬＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＨｅｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＺｈｅｎｇｚｈｏｕ４５０００１ꎬＣｈｉｎａ)㊀㊀㊀㊀㊀㊀基金项目:河南省科技厅自然科学项目(１３２１０２２１０４０５)作者简介:夏㊀熠(１９７７￣)ꎬ男ꎬ博士ꎬ讲师.主要从事高温陶瓷研究.Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＣｏｒｄｉｅｒｉｔｅｗａｓｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｂｙｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｒｅａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎＫａｏｌｉｎｃｌａｙꎬｔａｌｃａｎｄａｌｕｍｉｎａ.Ｔｈｅｐｈａｓｅꎬｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｅｖｏｌｕｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇ１１００￣１３８０ħｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｕｓｉｎｇＸ￣ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ(ＸＲＤ)ａｎｄｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ(ＳＥＭ).ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＫａｏｌｉｎｃｌａｙａｎｄｔａｌｃｔａｋｅｓｐｌａｃｅｂｅｌｏｗ１１００ħ.Ｄｕｒｉｎｇ１１００￣１３００ħꎬｉｔｏｃｃｕｒｓｓｏｌｉｄｐｈａｓｅｒｅａｃｔｉｏｎ.Ａｍｏｎｇｔｈｅｍꎬ１１００￣１２００ħｉｓｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｒｅａｃｔｉｏｎｓｔａｇｅꎬ１２００￣１３００ħｉｓａｃｃｅｌｅｒａｔｅｒｅａｃｔｉｏｎｓｔａｇｅ.１３００￣１３８０ħꎬｉｔｏｃｃｕｒｓｔｈｅｑｕｉｃｋｇｒｏｗｔｈｏｆｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅｃｒｙｓｔａｌ.Ｗｈｅｎｈｅａｔｔｒｅａｔｅｄｂｅｌｏｗ１２００ħꎬｔｈｅｒｅｍａｒｋａｂｌｅｓｉｎｔｅｒｉｎｇｃａｎｎｏｔｂｅｆｏｕｎｄａｎｄｅｘｈｉｂｉｔｓｌｏｏｓｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ.Ｗｈｅｎｈｅａｔｔｒｅａｔｅｄａｂｏｖｅ１３００ħꎬｔｈｅｒｅｍａｒｋａｂｌｅｓｉｎｔｅｒｉｎｇｗａｓｆｏｕｎｄａｎｄｅｘｈｉｂｉｔｓｄｅｎｓｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ.１２００￣１３００ħｉｓｔｈｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒａｎｇｅｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅꎻｓｏｌｉｄｒｅａｃｔｉｏｎꎻｐｈａｓｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎꎻｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎻｓｉｎｔｅｒｉｎｇ１㊀引㊀言堇青石是一种硅酸盐矿物ꎬ其化学式为２ＭｇＯ ２Ａｌ２Ｏ３ ５ＳｉＯ２ꎬ熔点１４６０ħꎮ堇青石具有较低的热膨胀系数(１.５ˑ１０－６/ħꎬ２５~１０００ħ)ꎬ它可以单独㊁或复合其它材料从而提高制品的热震稳定性[１￣２]ꎮ堇青石陶瓷被广泛应用于汽车尾气净化装置㊁催化剂载体㊁热交换机材料等[３￣５]ꎬ以及应用于一些冷热骤变的环境中ꎬ比如作为耐火窑具使用ꎮ目前关于堇青石合成的研究较多ꎬ研究较多的是配方体系㊁烧制温度对合成堇青石性能的影响[６￣１２]ꎬ对合成过程中的物化反应过程研究较少ꎮ对于ＭｇＯ㊁Ａｌ２Ｏ３和ＳｉＯ２三相参与的合成反应ꎬ一般认为高纯氧化物通过高温固相反应合成堇青石可分为两个阶段:①ＭｇＯ和Ａｌ２Ｏ３生成尖晶石(ＭｇＡｌ２Ｏ４)(<１３００ħ)ꎻ②ＭｇＡｌ２Ｏ４和ＳｉＯ２反应生成堇青石(Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８)(>ｌ３００ħ)ꎮ目前关于堇青石合成过程中的相变行为ꎬ以及不同温度热处理后试样的显微形貌变化的系统性研究需要进一步加强ꎮ这有助于弄清堇青石合成过程中的完整的物化反应过程及烧结行为ꎬ更好理解堇青石的合成过程及机理ꎬ并能够指导配方体系的选择及热处理工艺等ꎮ基于此ꎬ本研究以高岭土㊁滑石㊁氧化铝为原料㊀第９期夏㊀熠等:堇青石合成过程中的物相及结构演变２８０３㊀合成堇青石ꎬ研究其在１１００~１３８０ħ范围内的物相及显微结构演变ꎮ２㊀实㊀验２.１㊀原㊀料本实验以粘土㊁滑石㊁氧化铝(Ａｌ２Ｏ３>９９％)等为原料ꎬ其化学组成见表１ꎮ表１㊀所用原料的主要成分Ｔａｂ.１㊀Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｓ/％ＭｇＯＳｉＯ２ＣａＯＦｅ２Ｏ３Ａｌ２Ｏ３ＺｒＯ２Ｋ２ＯＮａ２ＯＴａｌｃ３５.２６４６.０２０.６４０.２８０.１４￣￣￣Ｃｌａｙ１.１３６３.２６１.２５０.３９２３.６４￣０.１５０.１４本实验所用高岭土和滑石的热行为变化曲线分别见图１和图２ꎮ图１呈现出典型的高岭土ＴＧ和ＤＳＣ曲线ꎮ由图２所示ꎬＤＳＣ曲线上显示了两部分非常明显的吸热区域ꎬ其中一个在温度区间为５５０~６７０ħ的吸热谷ꎬ失重率约为－１３.５３％ꎻ另一个为温度区间为８５０~９９０ħ之间的吸热谷ꎮ失重率约为－３.５９％ꎮ由以上ＤＳＣ和ＴＧ分析可知ꎬ所选用的滑石原料在以上两个温度区间发生了剧烈分解反应ꎮ图１㊀粘土差热曲线Ｆｉｇ.２㊀ＤＳＣ￣ＴＧｃｕｒｖｅｓｏｆｔｈｅａｓ￣ｕｓｅｄｔａｌｃＦｉｇ.１㊀ＤＳＣ￣ＴＧｃｕｒｖｅｓｏｆｔｈｅａｓ￣ｕｓｅｄｃｌａｙ图２㊀滑石差热曲线而在理论上ꎬ纯净滑石的差热曲线在６００ħ附近有一平缓的吸热谷ꎬ常见于菱镁矿㊁白云石等夹杂矿物相的分解引起的ꎮ在９００~１１００ħ之间有一个大的吸热谷ꎬ是由于滑石中结构水的脱除引起的ꎮ本实验所选用的滑石矿含有复合矿物相ꎬ根据其热行为ꎬ判断复合矿物相是菱镁矿和滑石ꎬ且菱镁矿的含量显著大于滑石含量ꎮ２.２㊀实验过程按照堇青石理论组成配料ꎬ设计配方如表２ꎮ以纸浆废液为结合剂ꎬ混合均匀后机压成型ꎬ成型压力１５０ＭＰａꎮ１１０ħ烘干２４小时取出ꎬ分别经１１００ħ㊁１２００ħ㊁１３００ħ㊁１３５０ħ㊁１３８０ħ等温度热处理试样ꎬ保温３小时ꎮ之后取出试样并进行物相及显微结构分析ꎮ表２㊀堇青石的配方组成Ｔａｂ.２㊀Ｍｉｘｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｓ￣ｕｓｅｄｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅ/％组成高岭土滑石煅烧Ａｌ２Ｏ３含量４６３４２０３㊀结果与讨论３.１㊀热处理温度对物相的影响试样经不同温度热处理后的ＸＲＤ图谱如图３所示ꎬ经物相标定后可知:(１)１１００ħ热处理后ꎬ试样中含有ＳｉＯ２(石英)㊁ＳｉＯ２(方石英)㊁Ａｌ２Ｏ３㊁ＭｇＯ㊁ＭｇＳｉＯ３(顽火辉石)存在ꎮ分析可知ꎬ在<１１００ħ范围内热处理ꎬ菱镁矿发生分解生成氧化镁ꎻ滑石分解形成顽火辉石和方石英ꎻ高岭石发生分解形成偏高岭石ꎬ进而转化为非晶硅铝尖晶石和无定形氧化硅ꎮＣａＣＯ３ңＭｇＯ＋ＣＯ２(１)３ＭｇＯ ４ＳｉＯ２ Ｈ２ＯңＭｇＯ ＳｉＯ２＋ＳｉＯ２＋Ｈ２Ｏ(２)２８０４㊀专题论文硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３７卷Ａｌ２Ｏ３ ２ＳｉＯ２ ２Ｈ２ＯңＡｌ２Ｏ３ ２ＳｉＯ２(ｍｅｔａｋａｏｌｉｎ)＋Ｈ２Ｏ(３)Ａｌ２Ｏ３ ２ＳｉＯ２ңＡｌ６Ｓｉ２Ｏ１３(ｓｐｉｎｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ)ＳｉＯ２(ａｍｏｒｐｈｏｕｓ){(４)(２)１２００ħ热处理后ꎬ试样中含有石英㊁方石英㊁Ａｌ２Ｏ３㊁ＭｇＯ㊁ＭｇＳｉＯ３㊁Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８ꎮ相比１１００ħ热处理ꎬ此温度下热处理后ꎬＳｉＯ２㊁Ａｌ２Ｏ３和ＭｇＯ特征衍射峰强度明显降低ꎬ三者于１１００~１２００ħ温度区间开始反应生成堇青石ꎮ非晶铝硅尖晶石没有转化成莫来石晶相ꎬ而是与ＭｇＯ反应生成堇青石ꎮＭｇＯ＋Ａｌ２Ｏ３＋ＳｉＯ２ңＭｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８(５)Ａｌ２Ｓｉ６Ｏ１３(ａｍｏｒｐｈｏｕｓ)＋ＭｇＯңＭｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８(６)图３㊀不同温度处理后的物相分析Ｆｉｇ.３㊀ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓｓｉｎｔｅｒｅｄａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ(３)１３００ħ热处理后ꎬ试样中有大量堇青石及少量橄榄石ꎮ相比１２００ħ热处理ꎬ此温度下热处理后ＳｉＯ２㊁Ａｌ２Ｏ３㊁ＭｇＯ及ＭｇＳｉＯ３相消失ꎬ说明在１２００~１３００ħ温度区间ꎬＳｉＯ２㊁Ａｌ２Ｏ３和ＭｇＯ之间加速反应生成堇青石ꎮ顽火辉石则在富镁条件下发生反应生成橄榄石ꎮＭｇＯ ＳｉＯ２＋ＭｇＯң２ＭｇＯ ＳｉＯ２(７)(４)１３５０ħ及１３８０ħ热处理后ꎬ试样中的物相与１３００ħ热处理后一致ꎬ只是随着温度的升高ꎬ堇青石衍射峰强度增加ꎮ由于在１３００ħ之前基本完成堇青石的合成反应ꎬ所以在１３００~１３８０ħ之间ꎬ堇青石衍射峰强度的升高来源于堇青石晶体的生长ꎮ３.２㊀热处理温度对显微结构的影响不同温度处理后试样的显微结构见图４ꎮ可以看出ꎬ１１００ħ材料内部呈松散堆积状态ꎬ没有发生明显烧结ꎮ结合能谱分析ꎬ材料内部有薄板状的顽火辉石和氧化镁大颗粒ꎬ即分别为滑石和菱镁矿分解而得ꎮ１２００ħ材料内部依然呈松散堆积状态ꎬ没有发生明显烧结ꎮ结合能谱分析ꎬ发现了新生成的堇青石ꎬ但是呈局部分布ꎬ没有大面积生成ꎮ１３００ħ材料内部呈现明显的烧结ꎬ气孔急剧增加ꎬ烧结体连成一片ꎬ不同部位的ＥＤＳ能谱分析确定烧结体的物相是堇青石ꎮ相对于１３００ħ热处理后的烧结体ꎬ１３５０ħ及１３８０ħ热处理后的试样的显微结构轮廓更清晰ꎬ烧结体连接性更好ꎬ从图中可以看到非常明显的烧结界面ꎬ固相烧结特征明显ꎮ对１３８０ħ热处理后的试样(图４)进行ＥＤＳ能谱组成分析ꎬ位置１和位置２的组成都接近堇青石的理论组成ꎬ表明材料为堇青石(表３)ꎮ图４㊀不同温度处理后试样的显微结构Ｆｉｇ.４㊀Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｓｉｎｔｅｒｅｄａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ表３㊀１３８０ħ热处理后试样的化学组成Ｔａｂ.３㊀Ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｓｉｎｔｅｒｅｄａｔ１３８０ħ/％ＰｏｓｉｔｉｏｎＯＳｉＡｌＭｇＳｐｏｔ１７１.０１８.３５.５５.２Ｓｐｏｔ２６８.４１３.８１１.９５.９根据以上反应过程及分析可知ꎬ堇青石的合成反应过程中物相演变可以分为以下几个部分:(１)<１１００ħꎬ粘土㊁滑石等原料发生分解以及晶型转化ꎮ非晶ＳｉＯ２转变为方石英ꎬ偏高岭石向铝硅尖晶石结构转变ꎻ(２)１１００~１３００ħ生成堇青石的固相反应阶段ꎬ包含中间产物的固相反应ꎮ其中１１００~１２００ħ处于初始反㊀第９期夏㊀熠等:堇青石合成过程中的物相及结构演变２８０５㊀应阶段ꎻ１２００~１３００ħ加速反应阶段ꎮＳｉＯ２㊁Ａｌ２Ｏ３㊁ＭｇＯ之间直接反应生成堇青石ꎻ铝硅尖晶石没有转化成莫来石ꎬ而是与ＭｇＯ反应生成堇青石ꎻ(３)１３００~１３８０ħ是堇青石晶体生长阶段ꎮ在堇青石的合成反应过程中结构演变可以分为以下几个部分:(１)在<１２００ħ处理后ꎬ材料内部呈松散堆积状态ꎬ没有发生明显烧结ꎬ结合ＥＤＳ能谱分析ꎬ确定部分颗粒为原料分解生成的ＭｇＯ和ＭｇＳｉＯ３ꎬ呈松散分布ꎻ(２)而在>１３００ħ热处理后材料内部呈现明显的烧结后状态ꎬ气孔急剧增加ꎬ烧结体连成一片ꎬ不同部位的ＥＤＳ能谱分析确定烧结体是堇青石ꎻ(３)１２００~１３００ħ则是结构转变的转折阶段ꎮ这种结构随热处理温度的变化趋势与物相的变化趋势极具一致ꎮ４㊀结㊀论在合成堇青石过程中ꎬ随着热处理温度的升高ꎬ材料的物相及显微结构均发生明显变化: (１)在低于１１００ħ热处理时ꎬ粘土㊁滑石等原料发生分解以及晶型转化ꎻ１１００~１３００ħ发生固相反应生成堇青石ꎻ１３００~１３８０ħ是堇青石晶体生长阶段ꎮ(２)低于１２００ħ热处理时ꎬ材料内部呈松散堆积状态ꎬ没有发生明显烧结ꎻ高于１３００ħ热处理后材料内部呈现明显的烧结后状态ꎬ烧结体连成一片ꎮ１２００~１３００ħ则是结构转变的转折阶段ꎮ参考文献[１]ＢｒｕｎｏＧꎬＥｆｒｅｍｏｖＡＭꎬＣｌａｕｓｅｎＢꎬｅｔａｌ.Ｏｎｔｈｅｓｔｒｅｓｓ￣ｆｒｅｅｌａｔｉｃｅｅｘｐａｎｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｐｏｒｏｕｓｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅ[Ｊ].Ａｃｔ.Ｍａｔｅｒ.ꎬ２０１０ꎬ５８(６):１９９４￣２００３.[２]ＫｏｂａｙａｓｈｉＹꎬＫａｔａｙａｍａꎬＭꎬＫａｔｏＭ.Ｅｆｆｅｃｔｏｎｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｓｉｎｔｅｒｅｄｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅｐｒｅｐａｒｅｄｆｒｏｍｓｏｌｍｉｘｔｕｒｅｓ[Ｊ].Ｊ.Ａｍ.Ｃｅｒａｍ.Ｓｏｃ.ꎬ２０１３ꎬ９６(６):１８６３￣１８６８.[３]刘云猛ꎬ陈永和.ＳｉＣ对烧结堇青石材料性能的影响[Ｊ].材料导报ꎬ２０１１ꎬ２５(１８):５２３￣５２５.[４]Ｇｏｎｚáｌｅｚ￣ＶｅｌａｓｃｏＪＲꎬＧｕｔｉéｒｒｅｚ￣ＯｒｔｉｚＭＡꎬＦｅｒｒｅｔＲ.Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃｈｏｎｅｙｃｏｍｂｂｙｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｒｅａｃｔｉｏｎｏｆｐｒｅ￣ｃｕｒｓｏｒｏｘｉｄｅｓ[Ｊ].Ｍａｔｅｒ.Ｓｃｉ.ꎬ１９９９ꎬ３４(９):１９９９￣２００２.[５]ＥｖａｎｓＤＬꎬＦｉｓｃｈｅｒＧＲꎬＧｅｉｇｅｒＪＥꎬｅｔａｌ.Ｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｓａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅ[Ｊ].Ｊ.Ａｍ.Ｃｅｒａｍ.Ｓｏｃ.ꎬ１９８０ꎬ６３(１１￣１２):６２９￣６３４.[６]张㊀巍ꎬ韩亚苓ꎬ潘斌斌.堇青石的合成工艺研究及结构特征[Ｊ].陶瓷学报ꎬ２００８ꎬ２９(１):１９￣２３.[７]ＬａｃｈｍａｎＩＭꎬＢａｌｅｙＲＤꎬＬｅｗｉｓＲＭ.Ｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｏｆｅｘｔｒｕｄｅｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅｃｅｒａｍｉｃ[Ｊ].Ａｍ.Ｃｅｒａｍ.Ｓｏｃ.Ｂｕｌｌ.ꎬ１９８１ꎬ６０(２):２０２￣２０５. 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人工堇青石的合成方法简介
人工堇青石的合成方法简介作者：安丽王纪红来源：《中国科技博览》2013年第18期摘要：堇青石（2MgO2·Al2O3·5SiO2）材料具有膨胀系数低热稳定性好、弹性模量高和较低的介电常数等优良性能可作为耐火材料、多孔材料和复合材料。
本文简介了堇青石制备方法的研究现状，其制备方法主要有天然矿物高温固相法、玻璃反玻化法、溶胶-凝胶法和沉淀包裹法，并展望了堇青石的研究发展趋势。
关键词：堇青石；人工合成；研究进展【中图分类号】TQ1701. 引言堇青石（2MgO2·Al2O3·5SiO2）材料具有膨胀系数低热稳定性好和较低的介电常数等优良性能，被广泛用作窑具材料，过滤材料，汽车尾气的催化、净化载体，以及电子封装材料等一些对热膨胀性能、热震性能及介电性能要求严格的部件[1-2]。
天然的堇青石矿很少，纯度低，难以适应工业要求。
因此，人工合成堇青石已是堇青石制品的主要原料来源。
目前，普遍认为堇青石具有三种同素异形体，即高温堇青石（α型）、低温堇青石（β型）和低温亚稳态堇青石（γ型）[3]。
α型为高温稳定型，属于六方晶系；β型为低温稳定型，属于斜方晶系，当温度升高时可以转化为α型，大约在1460℃；γ型为低温亚稳态，在1000℃长时间加热则发生不可逆的转变，转变为高温型和低温型。
晶型不同其膨胀系数也不同，α型堇青石，a=b，所以a轴与b轴的膨胀系数同为1.27×10-6℃-1，c轴为-2.12×10-6℃-1，β型堇青石，a≠b，a，b轴的平均膨胀系数在2.2×10-6℃-1～2.8×10-6℃-1之间。
c轴的膨胀系数为-1.11×10-6℃-1。
目前，α型堇青石备受关注，人工合成的多为α型，其膨胀系数大致为1.5×10-6℃-1～2.8×10-6℃-1，因此开发低膨胀系数的α型堇青石材料备受关注[4]。
不同原料及合成温度对合成堇青石膨胀系数的影响
3 9 .8 7
0. 10
2.60 2.55 2.50 1 2.45 � 2.40 6/ 0 2.35 1 2.30 � 数 2.25 系 2.20 胀 2.15 膨 2.10 2.05 2.00 1.95 16 18 20 22
SM 6 SM 8 SM � / 0 2. 5 1 � 2. 4 数 系 2. 3 胀 膨 2. 2 2. 1
种六方结构的中间过度型， � - 堇青石. � - 堇青和 �- 堇青石的区别在于 A l和 Si原子的排列有序程
[ 4]
度， 在斜方结构中， � A l和 S i原子完全有序排列 ， 而 67 78 % ，广西烧滑石 16 25 % ，氧 化镁 （工业纯） 六方结构中 A l , Si 原子的有序性下降， [ A l O 4 ] 占据六 元环的一个随机位置， 通常情况下人工合成的大都得 到 �- 堇青石.堇青石材料具有膨胀系数低 , 热稳定 性好和弹性模量高等优良性能， 广泛应用于对热震性 子封装材料等 .另一个大的应用领域是作为多孔材 料， 比如蜂窝陶瓷和泡沫陶瓷 .堇青石还可以作为催 化剂载体， 主要应用于汽车尾气净化等方面 . 正是
MS16 MS19 MS22
24
26
2. 0 5 6 7 8 9 10 11 氧化镁含量 （% ）
滑石含量 （% ）
图 1 滑石用量对合成堇青石热膨胀系数的影响
图 2 氧化镁用量对合成堇青石热膨胀系数的影响
� � � � � � � � � � � � � � � . � 1� � � � � � � � � � � � � � � � � . 2 � � � � � � � � � � � � � � � � � � �
由于堇青石材料在冶金, 电子 , 汽车 , 化工 , 环境保护 等领域有着广阔的应用前景， 因此， 对堇青石材料的 研究受到了前所未有的重视 . 人工合成堇青石的研
人工堇青石的合成方法
人工堇青石的合成方法
人工堇青石的合成方法如下：
1.准备原料：碳源、氮源、硅源和钙源。
2.将原料按照一定的比例混合。
3.将混合后的原料放入高温炉中进行反应。
反应温度一般在1400-1600℃之间，反应时间约为2-4小时。
4.反应完成后，将产物冷却至室温，并采用适当方法进行粉碎，得到人工堇青石。
在以上合成方法中，碳源可以选用石墨粉、木炭等；氮源可以选用氮气、氨气等；硅源可以选用硅粉、硅酸等；钙源可以选用碳酸钙、氢氧化钙等。
具体选择哪种原料，需要根据不同的合成条件和要求来确定。
浅谈粉煤灰制堇青石陶瓷工艺
2021.03科学技术创新3.2当纳米碳酸钙添加量为9wt .%时,环氧树脂植筋胶的剪切强度达到最大值21.9M Pa ,相对树脂基体提高29.59%。
3.3相对拉伸强度和压缩强度的改善,纳米碳酸钙对剪切强度的提高更为明显,说明纳米碳酸钙对环氧树脂植筋胶的粘接性能有显著影响。
3.4纳米碳酸钙在低添加量时,纳米粒子分散较好,团聚的机会少;填充树脂体系中微间隙,固化时减少收缩率,降低内应力。
当受到外力作用,容易诱发银纹和微裂纹,树脂基体产生屈服,阻碍形成破坏性开裂,起到增韧增强作用。
3.5利用扫描电镜(SEM )对固化物进行断面分析,发现其符合纳米粒子增强增韧的特征,说明纳米碳酸钙填充改性能够有效地提高环氧树脂植筋胶力学性能。
参考文献[1]李娟,刘青,曹佳丽.阻燃环氧树脂研究进展[J].合成树脂及塑料,2016,33(6):76-80.[2]陈兵,王晓洁,王喜占.环氧树脂增韧改性研究进展[J].中国胶黏剂,2017,26(2):55-58.[3]何发达,粟时平,付航,周路平.环氧树脂掺杂微纳米氧化物粒子改性研究综述[J].高压电器,2020,56(3):94-103.[4]李贝贝,曹新鑫,王凯歌,菅珂婕,何小芳.环氧树脂的增强改性研究进展[J].热固性树脂,2019,34(5):63-69.[5]马纪翔,邹本久,蒋安伸.纳米材料改性环氧树脂的研究进展[J].广东化工,2019,46(9):160-161.[6]张瑞珠,贾新杰,李林杰,王重洋,环氧树脂的增韧研究进展[J].化工新型材料,2018,46(9):21-24.[7]刁润丽,张晓丽.纳米碳酸钙的表面改性研究进展矿产保护与利用[J].2018,1:146-150.[8]曹璐.环氧树脂增韧研究进展[J].中国胶粘剂,2019,28(5):49-53.[9]张瑞珠,贾新杰,李林杰,王重洋,环氧树脂的增韧研究进展[J].化工新型材料,2018,46(9):21-24.[10]袁智慧,牛永平,汪小伟.环氧树脂增韧机理及研究进展[J].热固性树脂,2019,34(6):65-70.[11]马纪翔,邹本久,蒋安伸.纳米材料改性环氧树脂的研究进展[J].广东化工,2019,46(9):160-161.浅谈粉煤灰制堇青石陶瓷工艺金震楠羊新伟娄炎群周文(浙江浙能催化剂技术有限公司,浙江宁波315612)粉煤灰为火力发电厂排放的固体废弃物,其主要成分为A l 2O 3和SiO 2。
堇青石的人工合成
堇青石的人工合成
阮克胜;苗西跃
【期刊名称】《陶瓷》
【年(卷),期】2001(000)003
【摘要】堇青石在耐火材料和陶瓷窑具材料中的应用可以明显改善制品的热震稳定性和重烧线变化性能。
使制品既具有一定的强度，又有较长的使用寿命，朝着节能、优质、高产的方向发展。
但天然堇青石数量少，性能差，在工业生产中常用人工合成的优质堇青石，考虑到在其生产成本较高，还不能广泛的应用。
因此我们通过调整配方中的原料组成，充分利用本厂的资源优势（氧化铝及氢氧化铝），降低了产品成本。
【总页数】2页(P42-43)
【作者】阮克胜;苗西跃
【作者单位】山西铝厂;马鞍山钢铁公司
【正文语种】中文
【中图分类】TQ17
【相关文献】
1.粉煤灰堇青石微晶玻璃中堇青石的形成过程研究 [J], 吕彦杰;何涌
2.堇青石原料粒径对堇青石陶瓷烧结性能的影响 [J], 杨粉荣;谢笑虎;罗志勇
3.堇青石熟料细粉在合成堇青石过程中的作用 [J], 代刚斌;郭飞;冯改山;雷复兴;杨彬
4.堇青石加入方式对堇青石-莫来石窑具材料性能的影响 [J], 陈宁;丁颖颖;张伟奇;
李素平
5.堇青石矿物学研究进展──Ⅱ人工合成堇青石的物理性质 [J], 倪文;陈娜娜
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堇青石质多孔陶瓷的制备方法及应用
堇青石质多孔陶瓷的制备方法及应用堇青石多孔陶瓷最主要的特征是其多孔特性，其制备的关键和难点就是其多孔结构的形成。
根据多孔陶瓷材料的具体使用场所和性能要求，目前已有的堇青石多孔陶瓷的制备工艺有颗粒堆积法、发泡法、挤压成型法、添加造孔剂法、有机泡沫体浸渍法、溶胶－凝胶法、凝胶注模法等。
1、添加造孔剂法制备堇青石多孔陶瓷引入相应造孔剂制备堇青石多孔陶瓷是一种工艺简单的制备方法，其制备工艺指的是在陶瓷坯料中添加适量的造孔剂，由于造孔剂在坯体中占据一定的空间，烧结后造孔剂离开基体而在坯体内部形成气孔，获得堇青石多孔陶瓷。
在堇青石多孔陶瓷的制备过程中，常用的造孔剂有：石墨、淀粉、聚苯乙烯微球、炭黑、聚丙烯塑料颗粒、木屑、米糠等。
添加造孔剂法制备多孔陶瓷的优点为：制备工艺过程简单，容易操控，可制得形状复杂及各种气孔结构的多孔陶瓷。
缺点为：混料过程中难以保证造孔剂在坯料中的分布均匀性，故制品的气孔分布均匀性较差，显气孔率较低，难以保证制品性能的稳定性。
2、挤压成型法制备堇青石多孔陶瓷挤压成型法制备堇青石多孔陶瓷的工艺特点是依靠事先设计好的多孔金属磨具来成孔。
一般是将制备好的可塑性坯泥放入挤压成型机通过具有蜂窝网格结构的磨具进行成型，经干燥、烧成即可获得具有一定孔隙率和孔径分布的堇青石多孔陶瓷。
挤压成型法制备多孔陶瓷的优点为：可根据制品的实际应用场所精确设计孔隙率、孔径大小以及成孔形状等，最常见的孔型设计为正方形、三角形等；孔隙率均匀；易大批量生产。
缺点为：不能制备出比较复杂的孔径结构和孔径较小的堇青石多孔陶瓷；对挤压成型坯泥质量的要求较高；对挤压成型所用金属模具的精度要求较高。
3、发泡法制备堇青石多孔陶瓷发泡法制备多孔陶瓷材料是在陶瓷制备过程中添加一定量的发泡剂，常用的发泡剂为有机发泡剂和无机发泡剂两种。
在坯料处理过程中发泡剂会形成一定量的挥发性气体，产生一定量的泡沫，经过干燥、烧成可获得具有一定孔隙率的多孔陶瓷材料。
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人工堇青石的合成方法简介
摘要：堇青石（2mgo2·al2o3·5sio2）材料具有膨胀系数低热稳定性好、弹性模量高和较低的介电常数等优良性能可作为耐火材料、多孔材料和复合材料。
本文简介了堇青石制备方法的研究现状，其制备方法主要有天然矿物高温固相法、玻璃反玻化法、溶胶-凝胶法和沉淀包裹法，并展望了堇青石的研究发展趋势。
关键词：堇青石；人工合成；研究进展
【中图分类号】tq170
1. 引言
堇青石（2mgo2·al2o3·5sio2）材料具有膨胀系数低热稳定性好和较低的介电常数等优良性能，被广泛用作窑具材料，过滤材料，汽车尾气的催化、净化载体，以及电子封装材料等一些对热膨胀性能、热震性能及介电性能要求严格的部件[1-2]。
天然的堇青石矿很少，纯度低，难以适应工业要求。
因此，人工合成堇青石已是堇青石制品的主要原料来源。
目前，普遍认为堇青石具有三种同素异形体，即高温堇青石（α型）、低温堇青石（β型）和低温亚稳态堇青石（γ型）[3]。
α型为高温稳定型，属于六方晶系；β型为低温稳定型，属于斜方晶系，当温度升高时可以转化为α型，大约在1460℃；γ型为低温亚稳态，在1000℃长时间加热则发生不可逆的转变，转变为高温型和低温型。
晶型不同其膨胀系数也不同，α型堇青石，a=b，所以a轴与b 轴的膨胀系数同为1.27×10-6℃-1，c轴为-2.12×10-6℃-1，β
型堇青石，a≠b，a，b轴的平均膨胀系数在2.2×10-6℃-1～2.8×10-6℃-1之间。
c轴的膨胀系数为-1.11×10-6℃-1。
目前，α型堇青石备受关注，人工合成的多为α型，其膨胀系数大致为1.5×10-6℃-1～2.8×10-6℃-1，因此开发低膨胀系数的α型堇青石材料备受关注[4]。
堇青石的合成已经有近百年的历史，研究人员一直在为合成堇青石进行着不懈地努力，但合成堇青石仍是一项很困难的工作，这主要是因为它的生成条件比较苛刻，其生成温度与分解温度接近，即烧成温度范围窄，在较低温度下没有明显的堇青石生成，提高温度又会导致大量的玻璃相生成从而降低制品的热稳定性。
作为耐火原料，要求具有较高的堇青石含量，高的致密性及尽可能少的杂质，而且价格要便宜。
2、堇青石材料的人工合成
堇青石矿物可在伟晶岩、麻岩等岩石以及煤田的熔融沉积物中见到，然而很少具有开采价值。
因此只有通过人工合成的方法来满足工业上对堇青石的需求。
堇青石的制备方法有很多种：天然矿物高温固相法、玻璃反玻化法、溶胶-凝胶法和沉淀包裹法等。
各制备方法均可制备不同纯度的堇青石，其具体特点如下：
2.1 天然矿物高温固相法
利用天然矿物原料合成堇青石具有生产成本低、产量大应用范围广等优势，所以，利用天然矿物原料低成本合成堇青石材料一直是人们的一个研究热点。
研究和应用最多的是“高岭土-滑石-氧化铝”
系统，以及“煤矸石（高岭石）-菱镁矿-滑石”、“煤矸石（高岭石）-菱镁矿-石英”、“累托石-滑石-氧化铝”、“高岭石-氢氧化镁”、“绿泥石-滑石-高岭石-氧化铝”、“叶腊石-铝矾土-菱镁矿-滑石”系统合成堇青石的研究。
此种方法适应工业实际生产，工艺简单、原料广泛、效率高；但也存在不足，它的烧结温度高、能耗大、成本高是生产瓶颈，需要改善[5-6]。
2.2 玻璃反玻化法
玻璃反玻化法是将堇青石以制备玻璃的方式制成熔融玻璃，再进行反玻化热处理，最终得到微晶玻璃；或者将玻璃块粉碎，再重新烧结，获得微晶玻璃，这样可以使产品晶粒细小、结构均匀、无气孔，提高力学性能和电绝缘性能。
在堇青石微晶玻璃中，添加氧化硼，通过溶胶凝胶方式，使b3+替代al3+，使非晶体大量生成，并改善了烧结性能；添加过量氧化镁，合成非堇青石化学配比的微晶玻璃，可降低热膨胀系数、介电常数、介电损耗，同时降低了烧结温度[7]。
2.3溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法是以含有堇青石成分的化学试剂或溶胶为原料，通过一定的配比和顺序，均匀混合进行反应，得到特定的溶胶产物。
其过程分为两步，首先是生成颗粒胶体过程，即 al2o3·sio2颗粒胶体，再进行化学聚合过程。
在制备溶胶的过程中，还会有杂质生成，通过蒸发除去和液体介质，所以加入的金属盐多为易挥发、易分解。
最后获得凝胶，进行烧结即可获得高纯度微粉[8]。
这种方法的优势在于产品的纯度高、均匀度高、尺寸接近分子级别、且容易控制，合成温度低，能耗相对降低。
其原因在于：原料按合适配比混合，纯度高，在杂质生成后，又通过蒸发去除；通过控制原料粒级保障凝胶的均匀性和产品粒度。
同时，它的缺点也比较明显，高纯度的原料昂贵，生成的杂质有害健康、工艺苛刻、周期长，有时会出现残留细孔或碳，使产品带黑色。
2.4沉淀包裹法
蔡舒等[9]以热喷雾法制得的镁铝氢氧化物[mgal2.6（oh）x]团簇粉末及mgcl2·6h2o和水玻璃为原料，用沉淀法对[mgal2.6（oh）x]进行包裹，可获得无定形连续包裹层。
在煅烧过程中包裹层和被包裹粒子发生一系列反应，生成无定形纳米镁铝氧化物，并均匀分散在基体中。
镁铝氧化物可促进基体中无定形sio2向方石英的转化。
在850℃左右，纳米类尖晶石相与方石英同时从无定形基质中析出成核，随着煅烧进一步升高，类尖晶石与方石英反应生成中间相假蓝宝石，随后在1250℃与基体中的无定形sio2反应生成α-
堇青石。
在1250℃煅烧合成的α-堇青石粉末粒子呈多角形态，平均粒径约为20 nm。
湿化学法与高温固相反应法相比具有产物纯度高、粒度小且均匀、反应活性高、烧结性能好等优点。
不足之处是生产成本高。
3 合成堇青石研究的前景展望
随着人们对堇青石材料优异性能的认识程度的加深，堇青石的应用范围和使用量都将进一步扩大。
高温固相反应合成法是目前工业
化合成堇青石材料最常用的方法，但是该方法具有生产工艺简单，生产效率高等优点。
该方法存在的最大问题就是合成温度高，能源消耗大，生产成本高，堇青石材料纯度较低。
随着科学技术的发展，堇青石应向高纯度，大批量方向发展；其性能也向低膨胀，高温高强度方向研究；在原料选用上，应趋于低廉易得，合成工艺更加优化，烧结温度更低，能耗更少方向发展；同时开发堇青石的复合材料，提高堇青石的利用率和综合价值。
总之，堇青石的制备与应用还需不断深入研究。
参考文献
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[2]任强，武秀兰.合成堇青石陶瓷材料的研究进展[j]. 中国陶瓷，2004 ，40（5）：1～2
[3]倪文，陈娜娜.堇青石的矿物学特性及其应用[j].地质论评，1995，（7）：5～10.
[4]任强，武秀兰.合成堇青石陶瓷材料的研究进展[j]. 中国陶瓷，2004 ，40（5）：1～2.
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[6]蔡舒.堇青石粉末合成及其锻烧特性的研究[j].硅酸盐通报，2004，41（5）：83～85.
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2007，9：51～55.
[8]陈运法，谢裕生，商玉明.金属醇盐法制备堇青石
（mg2al4si5o18）粉末[j].硅酸盐通报.1998，（2）：26～28. [9]蔡舒，徐明霞，李金有等.沉淀包裹法制备纳米堇青石粉末[j].硅酸盐学报.2002，30（5）：629～632.。