Роль волластонита в керамической промышленности

I. Понижение температуры обжига

Порошок волластонита оказывает значительное влияние на снижение температуры обжига керамических глазури. В основном это связано с его уникальным химическим составом и кристаллической структурой. Основным компонентом волластонита является CaSiO ₃. В процессе обжига керамики он может вступать в реакцию с другими компонентами керамического тела с образованием эвтектики с низкой температурой плавления. Например, волластонит и каолин могут реагировать при температурах от 900 до 1000°C с образованием кальциевого полевого шпата, тогда как температура реакции каолина с образованием самого муллита обычно составляет от 1250 до 1350°C. Снижение температуры реакции позволяет керамике достичь хорошего состояния спекания при более низкой температуре.

В реальном производстве, на примере одного керамического завода, до использования порошка волластонита температура обжига его традиционных керамических изделий обычно превышала 1200°C. Однако после добавления к сырью соответствующего количества (обычно 5–20 %, в зависимости от типа керамики и формулы) порошка волластонита температура обжига может быть снижена до 1000–1100°C. Снижение температуры обжига приносит много преимуществ. С одной стороны, это существенно сокращает время стрельбы. Первоначальный цикл обжига, который мог занимать 10–12 часов, теперь можно сократить до 6–8 часов, что повышает эффективность производства. С другой стороны, существенно снижается расход топлива. По статистике, затраты на топливо можно снизить на 20% – 30%, что означает существенную экономию средств предприятий по производству керамики.

II. Улучшение производительности продукта

а. Улучшение механических свойств: игольчатая или волокнистая кристаллическая структура порошка волластонита может образовывать переплетенную сетчатую структуру в керамическом теле, подобно армирующему эффекту стальных стержней в бетоне. Это эффективно улучшает механические свойства керамики. Когда керамика подвергается воздействию внешних сил, эти переплетенные кристаллические структуры могут рассеивать напряжение и предотвращать расширение трещин, тем самым повышая прочность керамики на изгиб и ударопрочность. Исследования показали, что добавление соответствующего количества порошка диоксида кремния в керамический корпус может увеличить прочность на изгиб на 10–30 %, а ударопрочность также значительно улучшается, что делает керамические изделия более долговечными и менее подверженными повреждениям при ежедневном использовании.

б. Уменьшение трещин и короблений: низкий коэффициент теплового расширения порошка волластонита составляет 6,5×10⁻⁶мм/(мм・℃) при 25–800°C. В процессе обжига и охлаждения керамики эта характеристика низкого расширения помогает снизить внутреннее напряжение корпуса, вызванное изменениями температуры, эффективно снижая вероятность образования трещин и деформации керамических изделий. Например, при производстве строительной керамической плитки изделия с добавлением волластонитового порошка имеют лучшую плоскостность после обжига и более высокую стабильность размеров, что значительно повышает уровень квалификации продукции и снижает процент брака.

в. Увеличение блеска поверхности глазури. Добавление волластонитового порошка в глазурь может значительно улучшить блеск поверхности глазури. Порошок волластонита может улучшить плавление глазури, позволяя глазури более равномерно распределяться по поверхности керамического изделия во время обжига, образуя гладкий и плоский слой глазури. В то же время он может способствовать росту и развитию кристаллов в глазури, оптимизируя микроструктуру слоя глазури, тем самым улучшая отражательную и преломляющую способность поверхности глазури, делая поверхность глазури более яркой и блестящей. Некоторая высококачественная керамическая посуда и художественная керамика при разумном использовании порошка волластонита в глазури могут увеличить блеск поверхности глазури на 15–25%, повышая эстетическую привлекательность и дополнительную ценность изделий.

д. Увеличение прочности тела: порошок волластонита в керамическом корпусе также может способствовать уплотнению корпуса. В процессе обжига минералы, такие как кальциевый полевой шпат, образующиеся в результате реакции волластонита с другими компонентами, заполняют поры тела, делая структуру тела более компактной, тем самым увеличивая прочность тела. Такое увеличение прочности не только отражается на физических свойствах керамики, но и положительно влияет на ее последующую обработку и использование. Например, в процессе резки и полировки керамики высокопрочный стержень легче обрабатывать, он менее подвержен повреждениям и другим проблемам.