摘要： 針對氧化鋁陶瓷生產(chǎn)所用原材料及制品的主要化學(xué)成分分析中常見的一些問題進行了探討和分析;研究并提出了適合氧化鋁陶瓷生產(chǎn)主要成分的分析方法和相關(guān)分析標準。
前言
氧化鋁陶瓷不僅具械強度高、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕的性能, 而且還具有優(yōu)良的絕緣性能、電性能, 并且其生產(chǎn)所用原料價格低廉, 制作工藝相對簡單、成熟等, 因此被廣泛應(yīng)用于電子、化工、機械、紡織、汽車、航天、冶金、石油等領(lǐng)域, 氧化鋁陶瓷已經(jīng)成為當(dāng)前應(yīng)用范圍廣、用量大、價格便宜的氧化物陶瓷材料之一。
氧化鋁陶瓷一般以氧化鋁含量來分類。如95瓷即氧化鋁含量為95%, 常見的氧化鋁陶瓷有75瓷、85瓷、90~92瓷、95瓷、96~97瓷、99瓷等。其中85瓷、90~92瓷一般用作研磨介質(zhì) (如研磨瓷球, 球磨機襯磚, 耐磨瓷片等) , 95瓷以上的氧化鋁陶瓷, 常用于電子陶瓷、結(jié)構(gòu)陶瓷和密封件 (如基板、燈頭、密封環(huán)、紡織瓷等) 。在生產(chǎn)過程中, 為了保證產(chǎn)品質(zhì)量, 需要配方的準確和正確, 因此需要原料的準確化學(xué)成分及生產(chǎn)過程中半成品和成品的成分檢驗。由于受分析方法, 測量儀器, 工作環(huán)境, 分析人員等各種條件的影響, 分析結(jié)果不可能準確, 存在一定的誤差, 特別是不同分析方法的測量范圍, 準確度和靈敏度是不同的, 因此選擇適合的分析方法和標準尤其重要, 不同的分析方法和標準是根據(jù)被測樣品的具體情況來制定的, 主要涉及組分含量和是否伴有干擾元素等問題。
送檢樣品測量其化學(xué)成分時, 首先, 送檢樣品要有代表性, 即取樣方法正確;其次, 要選擇合適的權(quán)威的檢測機構(gòu);第三要充分說明所送樣品的相關(guān)情況, 如大致組分, 含量范圍等, 以便檢測者選擇適用的分析方法和分析標準。因此選擇正確的分析方法和分析標準尤其重要, 否則再權(quán)威的機構(gòu), 再的儀器也不一定能得出準確的分析結(jié)果。
目前國內(nèi)常見氧化鋁陶瓷配方有CaO-Al2O3-SiO2和MgO-Al2O3-SiO2稱為三元系配方, 也有CaO-MgO-Al2O3-SiO2, 成為四元系配方。為了提高其性能, 有時也添加稀土La, Ce,「耐磨陶瓷內(nèi)襯彎頭」 Y等, 以上均為白瓷;為了突出某些特殊使用性能要求, 生產(chǎn)中也有添加Cr, Mn, Ti等為紅瓷;或者添加Fe、Co、Ni、Cr、Mn、Ti、V等, 由于這些顏色多為深棕色、灰色和黑色, 因此也稱黑瓷;有色氧化鋁瓷, 用量較小, 在此重點討論白色氧化鋁陶瓷。
氧化鋁陶瓷生產(chǎn)及原料分析
) 主要原材料α-Al2O3:Al2O3含量、Na2O, SiO2含量、Fe2O3含量、燒失量的分析。
2) 主要原材料α-Al2O3:α轉(zhuǎn)化率 (α相含量) 、真密度的分析。
3) 過程控制:α-Al2O3瓷粉研磨粒度分析問題。
4) 氧化鋁陶瓷制品-瓷件的主要成分分析:Al2O3、SiO2、CaO、MgO、Fe2O3含量等。
5) 主要添加劑的分析:輕質(zhì)碳酸鈣 (CaO、Fe2O3、MgO) , 高嶺土 (Al2O3、SiO2、Fe2O3) , 滑石 (SiO2、MgO、Fe2O3) , 石英粉 (SiO2、Fe2O3) 等。
筆者在此只討論氧化鋁陶瓷生產(chǎn)中常用原料及制品的氧化鋁含量的分析問題。
2 陶瓷生產(chǎn)原料-氧化鋁含量的分析
2. 相關(guān)分析方法及標準
氧化鋁陶瓷的主要原料α-Al2O3的產(chǎn)品標準為我國有色金屬行業(yè)標準YS/T 89-20, 該標準指定的化學(xué)成分分析方法為標準GB/T 6609。
GB/T 6609為我國氧化鋁的化學(xué)分析方法標準, 該標準始于986年, 來自于標準, 后經(jīng)過不斷完善修訂, 現(xiàn)在為GB/T 6609-2004, 部分修改到GB/T6609-2009。氧化鋁分析的相關(guān)標準見表。
表 氧化鋁分析的標準GB/T 6609
2.2 主要原料α-氧化鋁中Al2O3含量的分析
關(guān)于Al2O3含量測定, 經(jīng)常會發(fā)生用戶反映檢測α-Al2O3原料中的Al2O3含量偏低, 小于98%。有時也會出現(xiàn)Al2O3分析結(jié)果偏高的情況。工業(yè)氧化鋁分析則誤差大, 有時分析結(jié)果偏低時Al2O3含量甚低于96%。
2.2. 氧化鋁分析結(jié)果偏低
2.2.. α-氧化鋁的Al2O3含量的分析
α-氧化鋁的氧化鋁含量一般在99.5%以上, 因為α-氧化鋁原粉中的SiO2≤0.03% (研磨后微粉一般不超過0.5%) , Fe2O3≤0.03%, Na2O≤0.3%, K2O≤0.0%, 燒失≤0.05% (α-氧化鋁煅燒溫度大于250℃, 正常情況下α-氧化鋁燒失應(yīng)小于0.05%) 。根據(jù)表2中標準GB/T 6609.34-2009分析方法, 則氧化鋁含量為:00%- (0.03%+0.03%+0.3%+0.0%+0.05%) =99.58%, 之所以有時會出現(xiàn)氧化鋁分析結(jié)果偏低, 主要是因為有些檢測單位采用了標準GB/T 6900-2006鋁硅系耐火材料化學(xué)分析方法 (Al2O3測定范圍0%~97%, 見表2) 或者是有色金屬行業(yè)標準YS/T 575.-2007鋁土礦的化學(xué)分析方法 (Al2O3測定范圍40%~80%, 見表3) , 上述兩種分析方法均為EDTA滴定法直接測定氧化鋁含量, 因此易產(chǎn)生較大誤差。
若采用表2、表3的分析方法, 由于標準的檢測范圍, 允許誤差的范圍和分析方法的原因, 根據(jù)筆者的經(jīng)驗判斷其結(jié)果往往偏低。因此α-氧化鋁的Al2O3含量的分析應(yīng)采用標準GB/T6609。
表2 標準GB/T 6900-2006相關(guān)分析方法
表3 行業(yè)標準YS/T 575-2007相關(guān)分析項目及測定范圍
2.2.. 2 工業(yè)氧化鋁的Al2O3含量的分析
2) 由于氧化鋁極強的吸水性, 樣品即使是在高溫下烘干, 分析時取樣及稱樣過程均可能使樣品吸水從而產(chǎn)生較大誤差, 造成分析結(jié)果偏低。
2.2.2 氧化鋁分析結(jié)果偏高
由于標準GB/T 6609.2-2009為冶金級工業(yè)氧化鋁的分析標準, 灼減是300~ 000℃的燒失量, 氧化鋁含量也是在300℃烘干的基礎(chǔ)上分析計算, 因此室溫到300℃的質(zhì)量損失并未計算在內(nèi), 造成分析結(jié)果比實際含量高, 工業(yè)氧化鋁吸水性很強, 特別是產(chǎn)品若存放時間較長或受潮后誤差大。表4的試驗結(jié)果表明, 目前工業(yè)氧化鋁在露天環(huán)境下存放48h吸水量可達7%以上, 300℃的質(zhì)量損失在6%以上, 如果將氧化鋁露天放置24h, 此時按標準GB/T6609-2009分析氧化鋁含量的誤差可達6%以上。α-氧化鋁不易吸水, 但如果存放時間長或Na2O含量高 (Na2O≥0.%) 也容易吸水, 含水率高可達%~2%。所以若采用標準GB/T 6609-2009分析氧化鋁, 為了準確地反映氧化鋁真實含量, 在計算時應(yīng)考慮減去室溫到300℃的水分含量。
筆者認為氧化鋁使用者在實際應(yīng)用中氧化鋁含量的計算可采用下面公式計算:
氧化鋁含量A=00- (SiO2%+Fe2O3%+Na2O%+灼減)
式中:灼減=室溫- 000℃質(zhì)量損失。
表4 工業(yè)氧化鋁吸水試驗結(jié)果
3 陶瓷制品瓷件———氧化鋁含量的分析
3. 相關(guān)分析方法及標準
我國目前還沒有氧化鋁陶瓷 (90%~99%) 瓷件 (制品) 成分的化學(xué)分析方法的標準。因此各檢測單位只能自己選擇合適的分析方法, 筆者根據(jù)長期的工作經(jīng)驗, 大量的測試試驗和查閱對比現(xiàn)有的分析方法和標準認為, 90瓷以上的氧化鋁陶瓷制品的化學(xué)分析目前可暫時選用標準GB/T 3044-2007白剛玉、鉻剛玉化學(xué)分析方法, 上述分析方法也被多家國內(nèi)權(quán)威檢測機構(gòu)采用。
3.2 陶瓷瓷件分析應(yīng)注意的問題
「耐磨陶瓷內(nèi)襯彎頭」氧化鋁陶瓷制品分析困難就是樣品 (瓷件) 的處理即制樣, 因為根據(jù)標準GB/T 3044-2007需將樣品處理到00目以下。眾所周知90%~99%氧化鋁瓷的硬度和強度較高, 其硬度接近剛玉且具韌性, 難以破碎。在處理樣品時應(yīng)避免外來雜質(zhì)的摻入。
標準GB/T 3044-2007的樣品制備方法如下:先將樣品破碎2mm篩網(wǎng)通過, 用四分法縮分0~20g, 研磨 (鋼或剛玉研缽) 50um全通過, 磁選除鐵 (9.8~4.7N吸力) 。
樣品在制備過程中需注意以下方面:
) 破碎研磨時盡量避免雜質(zhì)引入 (如鐵、瓷等) ;
2) 磁選除鐵時要盡可能除干凈, 不能用酸洗除鐵;
3) 如果要分析Fe2O3含量, 研磨時應(yīng)使用剛玉研缽, 不能使用任何含鐵制的器皿。
4 結(jié)論
參考文獻
[] J Lovasi, P Gado, A Csanady.氧化鋁生產(chǎn)檢測[M].鄭州:鄭州輕金屬研究所編譯, 982
[2]敬尊, 瞿慧生.復(fù)雜樣品的分析-剖析技術(shù)概論[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2000
「耐磨陶瓷內(nèi)襯彎頭」[3] YS/T 274-998.冶金級氧化鋁[S].
[4] YS/T 89-20.煅燒α-型氧化鋁[S].
[5] YS/T 803-202.冶金級氧化鋁[S].
[6] GB/T 24487-2009.氧化鋁[S].
[7] GB/T 6609-986.氧化鋁化學(xué)分析方法[S].
[8] GB/T 6609-2009.氧化鋁化學(xué)分析方法和物理性能測定方法[S].
[9] GB/T 6609-2004.氧化鋁化學(xué)分析方法和物理性能測定方法[S].
[0] GB/T 6900-986.粘土質(zhì)耐火材料分析方法[S].
[] GB/T 5609-200.鎂質(zhì)及鎂鋁質(zhì)耐火材料化學(xué)分析方法[S].
[2] GB/T 3043-2000.棕剛玉化學(xué)分析方法[S].
[3] GB/T 6900-2006.鋁硅系耐火材料化學(xué)分析方法[S].
[4] GB/T 690-2004.硅質(zhì)耐火材料化學(xué)分析方法[S].
[5] GB/T 690-2008.硅質(zhì)耐火材料化學(xué)分析方法[S].