硬度僅次於金剛石的剛玉竟來自柔軟的黏土,陶瓷中氧化鋁的引入

陶瓷 鑽石 化學 陶器 藍寶石 陶瓷技術 2019-07-12

鋁元素是陶瓷化學組成中僅次於硅的重要存在,但在傳統陶瓷工藝中,講陶瓷原料並不單列氧化鋁(Al2O3)。這是為什麼呢?當然不是因為氧化鋁(Al2O3)不重要。

在自然界的諸多礦石中,以氧化鋁(Al2O3)晶體存在的天然剛玉,非常罕見,品相好的剛玉都是以紅寶石、藍寶石等尊貴身份存在。

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寶石級剛玉

陶瓷工業生產中能大量使用的,都是生產加工出來的氧化鋁粉。當然,由於物理化學性能的優越性,α- Al2O3粉被稱為剛玉粉,α- Al2O3陶瓷也被稱為剛玉。

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氧化鋁粉

氧化鋁(aluminiumoxide),化學式Al2O3。是一種高硬度的化合物,熔點為2054℃,沸點為2980℃,在高溫下可電離的離子晶體,常用於製造耐火材料。例如高鋁磚、輥棒。

剛玉在摩氏硬度表中位列第9級。硬度高,比重大,人造氧化鋁陶瓷的比重也能達到3.6g/cm3因此是研磨工具的好材料。例如,球磨罐、球石。

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氧化鋁球磨罐和球石

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氧化鋁陶瓷

工業氧化鋁是由鋁礬土(Al2O3·3H2O)和硬水鋁石爐煉製備的,對於純度要求高的Al2O3,一般用化學方法制備。

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鋁土礦

氧化鋁在生產特種陶瓷中有重要作用,在日用陶瓷、建築陶瓷等普通陶瓷生產中主要用於釉料中。例如:在仿古磚生產中,仿古釉大量用到α- Al2O3粉。氧化鋁粉對於釉的耐火度、啞光度、硬度、白度以及燒成範圍都有重要意義。並且,配方中使和氧化鋁粉引入Al2O3與使用高嶺土、球土等效果大不相同。

由於氧化鋁粉成本高,即使普通工業級的也在數千元/噸,並用考慮到工藝性能要求,在普通陶瓷坯體中並不用氧化鋁粉引入Al2O3。這就涉及到最重要的陶瓷原料——黏土。

陶瓷被稱為土與火的藝術,充分說明了黏土的重要性。

在現代陶瓷生產中,生產工藝及設備的改進,以及陶瓷添加劑的應用,尚且離不開黏土,在古代陶瓷生產中,黏土甚至是唯一的陶瓷原料。

黏土是陶瓷中Al2O3的主要來源,高嶺土、蒙脫石、葉蠟石、鋁釩土等常見類型黏土中均富含Al2O3

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幾種常用黏土的鋁含量

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高嶺土

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葉蠟石

生產中,想要提高陶瓷坯體配方中的鋁含量,通常都是在滿足工藝性能的前提下增加黏土的添加量。可使製品燒成溫度更高,強度更大,膨脹係數更小。

硬度僅次於金剛石的剛玉竟然出自柔軟的黏土,而黏土的柔軟恰恰產生了良好的可塑性,能夠很好的結合砂石類瘠性原料,從而為陶瓷成型提供了良好的生坯強度。

如果說氧化鋁的剛性為陶瓷提供了筋骨,黏土的柔性便為陶瓷賦予肌肉。


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