·1242· 工程科学学报，第40卷，第10期 对于样品A,在烧结温度为1000℃，扩散作用下，坯 (吴银相.低温快烧瓷质砖的成瓷机理探讨.佛山陶瓷 体中颗粒形状逐渐转变，颗粒间接触紧密，产生黏 2007,17(6):13) 结，相互之间形成接触段，如图5(a)所示.在烧结 [4]Chang M W.Lyoo S H,Choo H S,et al.Properties of glasses based on the Ca0-Mgo-Si0 system for low-temperature co-fired 温度达到1100℃时，坯体表面如图5(c)所示.坯体 ceramic.Ceram Int,2009,35(6):2513 中某些组分开始熔融，产生少量高温液相，颗粒间黏 [5]Badiee H,Maghsoudipour A,Raissi Dehkordi B.Use of Iranian 结度加强，填充部分空隙，坯体致密度提高，固相反 steel slag for production of ceramic floor tiles.Adrances in Applied 应得到增强.液相的产生促进了颗粒接触，有利于 Ceramics,2008,107(2):111 扩散进行.如图5(e)所示，在烧结温度达到1140℃ [6]Amritphale SS,Anshul A,Chandra N,et al.A novel process for making radiopaque materials using bauxite-red mud.Eur Ce. 时，坯体内部形成大量液相，基于毛细管力的作用， ram Soc,.2007,27(4):1945 液相迁移，逐步填充间隙，隔断原始孔隙通道，形成 [7]Zimmer A,Bergmann C P.Fly ash of mineral coal as ceramic tiles 封闭的气孔，并促进坯体中扩散作用，部分液相迁移 raw material.Waste Manage,2007,27(1):59 至试样表面，试样的显气孔率和吸水率降低，最终完 [8]Lu Z Q,Xia J P,Zhang Z S,et al.Technological study of produ- 成坯体的致密化. cing low temperature ceramic and foam material with tailing of flo- tation bauxite.Bull Chin Ceram Soc,2010,29(5):1133 同样的现象发生在高镁样品B的烧结过程中， (陆占清，夏举佩，张召述，等.铝土矿选尾矿制备低温陶瓷 只是致密化温度不同.高镁样品在烧结温度为1190 泡沫材料工艺研究.硅酸盐通报，2010,29(5)：1133) ℃时，产生大量液相，填充空隙，气孔数量减少，聚集 [9]Ai X B,Li Y,Guo D L,et al.Sintering mechanism of Si02- 成大孔并且趋于圆形，如图5()所示.在玻璃相的 Ca-AlO ceramie from steel slag.Cent South Unir Sci Techn- 覆盖下，可观察到针状品体，较于低镁样品，可见明 a,2015,46(5):1583 显的棒状晶体结构，纵横交错，细小的棒状晶体结构 (艾仙斌，李宇，郭大龙，等.以钢渣为原料的SiO2-Ca0- 阻碍液体的流动.因此，液体的扩散是烧结致密化 A山，0系陶瓷烧结机理.中南大学学报（自然科学版），2015， 46(5):1583) 过程的主导地位 [10]Zhao L H,Cang D Q,Liu P,et al.Preparation and microstruc- 3结论 ture analysis of Cao-Mgo-SiO steel-slag ceramics.J Unir Sci Technol Beijing,2011,33(8):995 (1)研究提供了确定钢渣陶瓷收缩率一保温时 (赵立华，苍大强，刘璞，等.Ca0-MgO-Si02体系钢渣陶瓷 间的方法.通过绘制lnk-T-的线性关系图，计算了 材料制备与微观结构分析.北京科技大学学报，2011,33 (8):995) 低镁和高镁陶瓷样品的烧结激活能分别为36kJ· [11]Wang W.Wang K Z.Dong H Q.et al.Effect of steel slag pow- mol-和54kJ·mol-1,得到扩散控制为低镁和高镁陶 der with different contents on properties of ceramie floor tile. 瓷样品的致密化机制. Enriron Eng,2014,8(10):4463 (2)通过烧结温度和保温时间对低镁和高镁陶 (王维，王可祯，董翰琼，等.钢渣渗量对陶瓷地砖性能的彩 瓷样品线收缩率影响研究，建立了相应烧结温度下 响.环境工程学报.2014,8(10)：4463) [12]Karamanova E,Avdeev G.Karamanoy A.Ceramics from blast 的收缩率一保温时间关系。 fumace slag,kaolin and quartz.J Eur Ceram Soc,2011,31 (3)分析发现，低镁样品随着烧结温度升高，其 (6):989 扩散方式由表面扩散向体积扩散转变；对于高镁样 [13]Yang H,Shen S F,Liu H Y,et al.Fire insulation facades ce- 品，当烧结温度高于1110℃时，其扩散过程由液相 ramic material prepared by iron-ore tailings ang waste rock.Min 控制. Metall,2016,25(6):45 (杨航，申士富，刘海营，等.铁尾矿和废石制备建筑外墙防 参考文献 火保温陶瓷材料.矿冶，2016,25(6)：45) [14]Li B C.Shi Q,Hu H M,et al.Research on the foaming ceram- [1]Wang Z J,Ni W,Jia Y,et al.Crystallization behavior of glass ce- ics with the preparation of iron tailings.China Ceramics,2014, ramics prepared from the mixture of nickel slag,blast furnace slag 50(9):82 and quartz sand.J Non-Cryst Solids,2010,356(31-32):1554 (黎邦城，石棋，胡海明，等.程潮铁尾矿制备泡沫陶瓷的研 [2]Hwang S,Kim J,Shin H S,et al.Design of glass-ceramic com- 究.中国陶瓷，2014,50(9)：82) plex microstructure with using onset point of crystallization in dif. [15]Sun P,Li Y,Guo Z C.Preparation of steel slag ceramics porous ferential thermal analysis.Thermochim Acta,2008,469 (1-2): sound-absorbing material using particle packing and pore forming 104 agent.Chin Ceram Soc,2015,43(6):753 [3]Wu Y X.Mechanism of porcelain tile sintered in low temperature (孙朋，李宇，郭占成.用不同粒度颗粒与添加造孔剂制备 fastly.Foshan Ceram,2007,17(6):13 钢渣多孔陶瓷吸声材料.硅酸盐学报，2015,43(6)：753)工程科学学报,第 40 卷,第 10 期 对于样品 A,在烧结温度为 1000 益 ,扩散作用下,坯 体中颗粒形状逐渐转变,颗粒间接触紧密,产生黏 结,相互之间形成接触段,如图 5( a)所示. 在烧结 温度达到 1100 益时,坯体表面如图 5(c)所示. 坯体 中某些组分开始熔融,产生少量高温液相,颗粒间黏 结度加强,填充部分空隙,坯体致密度提高,固相反 应得到增强. 液相的产生促进了颗粒接触,有利于 扩散进行. 如图 5(e)所示,在烧结温度达到 1140 益 时,坯体内部形成大量液相,基于毛细管力的作用, 液相迁移,逐步填充间隙,隔断原始孔隙通道,形成 封闭的气孔,并促进坯体中扩散作用,部分液相迁移 至试样表面,试样的显气孔率和吸水率降低,最终完 成坯体的致密化. 同样的现象发生在高镁样品 B 的烧结过程中, 只是致密化温度不同. 高镁样品在烧结温度为 1190 益时,产生大量液相,填充空隙,气孔数量减少,聚集 成大孔并且趋于圆形,如图 5(f)所示. 在玻璃相的 覆盖下,可观察到针状晶体,较于低镁样品,可见明 显的棒状晶体结构,纵横交错,细小的棒状晶体结构 阻碍液体的流动. 因此,液体的扩散是烧结致密化 过程的主导地位. 3 结论 (1)研究提供了确定钢渣陶瓷收缩率—保温时 间的方法. 通过绘制 lnk鄄鄄T - 1的线性关系图,计算了 低镁和高镁陶瓷样品的烧结激活能分别为 36 kJ· mol - 1和 54 kJ·mol - 1 ,得到扩散控制为低镁和高镁陶 瓷样品的致密化机制. (2)通过烧结温度和保温时间对低镁和高镁陶 瓷样品线收缩率影响研究,建立了相应烧结温度下 的收缩率—保温时间关系. (3)分析发现,低镁样品随着烧结温度升高,其 扩散方式由表面扩散向体积扩散转变;对于高镁样 品,当烧结温度高于 1110 益 时,其扩散过程由液相 控制. 参 考 文 献 [1] Wang Z J, Ni W, Jia Y, et al. Crystallization behavior of glass ce鄄 ramics prepared from the mixture of nickel slag, blast furnace slag and quartz sand. J Non鄄Cryst Solids, 2010, 356(31鄄32): 1554 [2] Hwang S, Kim J, Shin H S, et al. Design of glass鄄ceramic com鄄 plex microstructure with using onset point of crystallization in dif鄄 ferential thermal analysis. Thermochim Acta, 2008, 469 (1鄄2 ): 104 [3] Wu Y X. Mechanism of porcelain tile sintered in low temperature fastly. Foshan Ceram, 2007, 17(6): 13 (吴银相. 低温快烧瓷质砖的成瓷机理探讨. 佛山陶瓷. 2007, 17(6): 13) [4] Chang M W, Lyoo S H, Choo H S, et al. Properties of glasses based on the CaO鄄鄄MgO鄄鄄 SiO2 system for low鄄temperature co鄄fired ceramic. Ceram Int, 2009, 35(6): 2513 [5] Badiee H, Maghsoudipour A, Raissi Dehkordi B. Use of Iranian steel slag for production of ceramic floor tiles. Advances in Applied Ceramics, 2008, 107(2): 111 [6] Amritphale S S, Anshul A, Chandra N, et al. A novel process for making radiopaque materials using bauxite—red mud. J Eur Ce鄄 ram Soc, 2007, 27(4): 1945 [7] Zimmer A, Bergmann C P. Fly ash of mineral coal as ceramic tiles raw material. Waste Manage, 2007, 27(1): 59 [8] Lu Z Q, Xia J P, Zhang Z S, et al. Technological study of produ鄄 cing low temperature ceramic and foam material with tailing of flo鄄 tation bauxite. Bull Chin Ceram Soc, 2010, 29(5): 1133 (陆占清, 夏举佩, 张召述, 等. 铝土矿选尾矿制备低温陶瓷 泡沫材料工艺研究. 硅酸盐通报, 2010, 29(5): 1133) [9] Ai X B, Li Y, Guo D L, et al. Sintering mechanism of SiO2 鄄鄄 CaO鄄鄄Al2O3 ceramic from steel slag. J Cent South Univ Sci Techn鄄 ol, 2015, 46(5): 1583 (艾仙斌, 李宇, 郭大龙, 等. 以钢渣为原料的 SiO2 鄄鄄 CaO鄄鄄 Al2O3系陶瓷烧结机理. 中南大学学报(自然科学版), 2015, 46(5): 1583) [10] Zhao L H, Cang D Q, Liu P, et al. Preparation and microstruc鄄 ture analysis of CaO鄄鄄 MgO鄄鄄 SiO2 steel鄄slag ceramics. J Univ Sci Technol Beijing, 2011, 33(8): 995 (赵立华, 苍大强, 刘璞, 等. CaO鄄鄄MgO鄄鄄 SiO2 体系钢渣陶瓷 材料制备与微观结构分析. 北京科技大学学报, 2011, 33 (8): 995) [11] Wang W, Wang K Z, Dong H Q, et al. Effect of steel slag pow鄄 der with different contents on properties of ceramic floor tile. J Environ Eng, 2014, 8(10): 4463 (王维, 王可祯, 董翰琼, 等. 钢渣掺量对陶瓷地砖性能的影 响. 环境工程学报. 2014, 8(10): 4463) [12] Karamanova E, Avdeev G, Karamanov A. Ceramics from blast furnace slag, kaolin and quartz. J Eur Ceram Soc, 2011, 31 (6): 989 [13] Yang H, Shen S F, Liu H Y, et al. Fire insulation facades ce鄄 ramic material prepared by iron鄄ore tailings ang waste rock. Min Metall, 2016, 25(6): 45 (杨航, 申士富, 刘海营, 等. 铁尾矿和废石制备建筑外墙防 火保温陶瓷材料. 矿冶, 2016, 25(6): 45) [14] Li B C, Shi Q, Hu H M, et al. Research on the foaming ceram鄄 ics with the preparation of iron tailings. China Ceramics, 2014, 50(9): 82 (黎邦城, 石棋, 胡海明, 等. 程潮铁尾矿制备泡沫陶瓷的研 究. 中国陶瓷, 2014, 50(9): 82) [15] Sun P, Li Y, Guo Z C. Preparation of steel slag ceramics porous sound鄄absorbing material using particle packing and pore forming agent. J Chin Ceram Soc, 2015, 43(6): 753 (孙朋, 李宇, 郭占成. 用不同粒度颗粒与添加造孔剂制备 钢渣多孔陶瓷吸声材料. 硅酸盐学报, 2015, 43(6): 753) ·1242·