·1240· 工程科学学报，第40卷，第10期 算出钢渣陶瓷样品烧结激活能Q.低镁和高镁样品 致密的控制机制.因此，扩散控制了低镁和高镁陶 不同烧结温度及其对应的烧结速率系数k已在表5 瓷样品的致密过程 中列出，绘制低镁和高镁样品的nk-T-散点图并 2.3烧结过程中收缩率一保温时间关系的动力学 进行线性拟合，结果如图3所示（其中，样品A的拟 描述 合度为0.92，样品B的拟合度为0.97) 试样内部的显孔率的大小决定了试样吸水率的 2.5r 高低，陶瓷样品收缩，其原因是坯体在烧结过程产生 2.0 ■样品A 液相，填充气孔.随着陶瓷坯体气孔率降低，吸水率 1.5 、样品B 1.0 也会随之降低. 0.5 图4(a)显示在不同烧结温度下，收缩率与保温 0上 时间关系，在保温时间1min时，收缩率都很低.随 -0.5 着保温时间的增加，收缩率先逐渐到最大，然后逐渐 -1.0 -15 趋于平缓.但是，收缩程度与温度同样有密切关系， -2.0 1000℃烧结时，保温60min,收缩率还不到1%.在 .6 6.87.07.27.47.6 7.8 8.0 T-10㎡K- 烧结温度为1110℃时，经过30min保温，可以达到 图3样品的lnk-Tl关系 较高的收缩率，随着保温时间的增加，收缩率缓慢增 Fig.3 Relationship between Ink and T 大.在1140℃烧结时，10min后的烧结收缩率就远 超过1110℃和1000℃保温60min的收缩率，由此 由图3可以看出，低镁样品和高镁样品的lnk- 可知，烧结温度是陶瓷致密化的主要影响因素 T均呈线性关系，并可得到斜率值，利用式(4)，计 由图4(a)和4(b)可知，随着收缩率的增大，坯 算获得低镁样品的烧结激活能为36kJ·mol-1,高镁 体的吸水率逐渐下降，且下降趋势同收缩率的增大 样品的烧结激活能为13kJ·mol1.文献[18]认为， 趋势反向一致，表明坯体收缩率与吸水率之间的密 “扩散控制和界面反应控制是陶瓷烧结过程控制的 切关系 两种形式”.硅酸盐液相中扩散的活化能小于300 收缩率在烧结过程中是动态变化的，可以通过 kJ.mol1,两类控制中由界面反应控制的过程通常 预测控制收缩率大小，来获得不同吸水率的样品 伴随有较高的激活能（不小于350 kJ.mol-1).传统 因此，获得收缩率一保温时间的关系至关重要. 陶瓷主要原料是石英、黏土和长石三种组分，其烧结 在实验范围内，通过模拟得到图1所示lge-lg 温度在1250℃左右，而摻入钢渣后的低镁和高镁样 的关系曲线，进而获得烧结温度为1000℃时的线性 品烧结温度比传统陶瓷要低很多.低镁和高镁样品 回归式： 烧结激活能很低，烧结过程容易进行，其主要原因是 lge=0.32lgt-0.72(R2=0.93) (6) 掺入了过融的钢渣促进了原料间的反应，有利于扩 其拟合度2为0.93，对应的反应级数m为0.32. 散进行和样品烧结.高镁和低镁样品的激活能都很 同理，在实验范围内可获得其他温度下的反应 小，远小于350 kJ-mol-1,表明界面反应不会是样品 级数m和拟合度R,如表6所示 12「 20 b 烧结温度 18 10 。-1000℃ 16 +1100℃ .-1140℃ 12 0 烧结温度 6 --1000℃ -★1100℃ 3 +1140℃ 0 102030405060 10 20 30405060 保温时间/min 保温时间/min 图4：保温时间与收缩率的关系(a)及保温时间与吸水率的关系(b) Fig.4 Relationship between holding time and shrinkage (a)and relationship between holding time and water absorption (b)工程科学学报,第 40 卷,第 10 期 算出钢渣陶瓷样品烧结激活能 Q. 低镁和高镁样品 不同烧结温度及其对应的烧结速率系数 k 已在表 5 中列出,绘制低镁和高镁样品的 lnk鄄鄄 T - 1散点图并 进行线性拟合,结果如图 3 所示(其中,样品 A 的拟 合度为 0郾 92,样品 B 的拟合度为 0郾 97). 图 3 样品的 lnk鄄鄄T - 1关系 Fig. 3 Relationship between lnk and T - 1 由图 3 可以看出,低镁样品和高镁样品的 lnk鄄鄄 T - 1均呈线性关系,并可得到斜率值,利用式(4),计 算获得低镁样品的烧结激活能为 36 kJ·mol - 1 ,高镁 样品的烧结激活能为 13 kJ·mol - 1 . 文献[18]认为, “扩散控制和界面反应控制是陶瓷烧结过程控制的 两种形式冶. 硅酸盐液相中扩散的活化能小于 300 kJ·mol - 1 ,两类控制中由界面反应控制的过程通常 伴随有较高的激活能(不小于 350 kJ·mol - 1 ). 传统 陶瓷主要原料是石英、黏土和长石三种组分,其烧结 温度在 1250 益左右,而掺入钢渣后的低镁和高镁样 图 4 保温时间与收缩率的关系(a)及保温时间与吸水率的关系(b) Fig. 4 Relationship between holding time and shrinkage (a) and relationship between holding time and water absorption (b) 品烧结温度比传统陶瓷要低很多. 低镁和高镁样品 烧结激活能很低,烧结过程容易进行,其主要原因是 掺入了过融的钢渣促进了原料间的反应,有利于扩 散进行和样品烧结. 高镁和低镁样品的激活能都很 小,远小于 350 kJ·mol - 1 ,表明界面反应不会是样品 致密的控制机制. 因此,扩散控制了低镁和高镁陶 瓷样品的致密过程. 2郾 3 烧结过程中收缩率—保温时间关系的动力学 描述 试样内部的显孔率的大小决定了试样吸水率的 高低,陶瓷样品收缩,其原因是坯体在烧结过程产生 液相,填充气孔. 随着陶瓷坯体气孔率降低,吸水率 也会随之降低. 图 4(a)显示在不同烧结温度下,收缩率与保温 时间关系,在保温时间 1 min 时,收缩率都很低. 随 着保温时间的增加,收缩率先逐渐到最大,然后逐渐 趋于平缓. 但是,收缩程度与温度同样有密切关系, 1000 益烧结时,保温 60 min,收缩率还不到 1% . 在 烧结温度为 1110 益 时,经过 30 min 保温,可以达到 较高的收缩率,随着保温时间的增加,收缩率缓慢增 大. 在 1140 益烧结时,10 min 后的烧结收缩率就远 超过 1110 益 和 1000 益 保温 60 min 的收缩率,由此 可知,烧结温度是陶瓷致密化的主要影响因素. 由图 4(a)和 4(b)可知,随着收缩率的增大,坯 体的吸水率逐渐下降,且下降趋势同收缩率的增大 趋势反向一致,表明坯体收缩率与吸水率之间的密 切关系. 收缩率在烧结过程中是动态变化的,可以通过 预测控制收缩率大小,来获得不同吸水率的样品. 因此,获得收缩率—保温时间的关系至关重要. 在实验范围内,通过模拟得到图 1 所示 lg着鄄鄄lgt 的关系曲线,进而获得烧结温度为 1000 益 时的线性 回归式: lg着 = 0郾 32lgt - 0郾 72 (R 2 = 0郾 93) (6) 其拟合度 R 2为 0郾 93,对应的反应级数 m 为 0郾 32. 同理,在实验范围内可获得其他温度下的反应 级数 m 和拟合度 R 2 ,如表 6 所示. ·1240·