摘要：高岭土的结构稳定、生成以及其来源广泛使其成为优良的制备无机非金属材料的原料。本实验主要是介绍了在不同温度下煅烧、以及不同配料比（煅烧的和未煅烧的高岭土按一定比例为配方）的高岭土向莫来石相的转变及生产的陶瓷在气孔率、吸水性等性能的差别从而生产出成本低性能高的陶瓷产品。
关键词：高岭土莫来石多孔陶瓷陶瓷性能测试
Abstract：The structural stability of kaolin, as well as their source of generation of a wide range of preparation make it to be a good raw material for inorganic non-metallic materials. This experiment is the introduction of calc ined at different temperatures and different ingredients than the (non-calc ined and calc ined kaolin dispensed by a certain
perc entage) of the kaolin to mullite phase changes and the production of ceramics in the porosity, water absorption, etc. differenc es in performance in order to produce low-cost high-performanc e ceramic products.
Key words：kaolin mullite porous ceramic Ceramic performanc e tests
前言
地球上的矿产，主要分为能源矿产、金属矿产和非金属矿产三种类型。高岭土是一种重要的非金属矿产，与云母、石英、碳酸钙并称为四大非金属矿。高岭土是一种天然非金属矿产，广泛应用于化工、建材和石油等诸多领域，对国民经济建设和可持续发展起着重要作用。
高岭土是一种主要由高岭石组成的粘土。高岭土结构为1：1的层状结构，即一层硅氧四面体，一层铝氧八面体层相连。每两层之间的作用力主要是氢键，由于氢键的作用力较强，所以单位结构的层间的水分子不易进入，可以交换的阳离子数量也少。长石经过完全风化之后，生成高岭土、石英和可溶性盐类；再随雨水、河川漂流转于它处并再次沉积，这时石英和可溶性盐类巳分离，即可得高岭土。高岭土在瓷坯中所占的份量最大，是生产瓷器的良好原料。莫来石的诸多优良特性，使其被用作玻璃窑炉和熔炼铁、铜、铝等金属熔炉的内衬、炉底、滑动水口及用作高铝砖的原料、不定型耐火材料的骨料和陶瓷制品用的匣钵、窑具等。莫来石生产的高级陶瓷在航天领域及其它高技术领域也具有很大的发展潜力。目前，世界上尚没有具经济价值的天然莫来石矿产，工业所用莫来石全是人工合成的。本文主要是介绍高岭土在1000、1100、1200、1300、1400等温度下煅烧后制备的陶瓷性能差异。从而优选出高岭土制备多孔陶瓷的最佳煅烧温度。
实验目的：
多孔陶瓷是一种现在应用越来越广泛的陶瓷材料。它除了继承了传统陶瓷的化学稳定性好、机械强度高、刚度好、耐热性好等优良特性外，还有更多的因孔洞结构而具有的特殊性能。目前，多孔陶瓷的应用已经涉及到环保、能源、航空航天、冶金、石油化工、建筑、生物医学、原子能、电化学等领域，主要用于分离过滤、吸声隔音、催化载体、生物植入、传感器、隔热、换热、蓄热、曝气等场合。实验证明孔的结构
参数决定着多孔材料的性能及应用，例如：气孔率越大，孔直径越小，孔形状越复杂，其总比表面积越大，催化吸附性能越好。因此，对陶瓷气孔率的研究具有重要意义。本实验主要探究，原料的高温处理对空隙率的影响。在不同温度下对高岭土进行煅烧处理，其他条件相同的情况下，高温合成莫来石多孔陶瓷，对其进行显气孔率和吸水率的测定，绘制温度—显气孔率及温度—吸水率曲线，找出呈现最小显气孔率时对高岭土的处理温度，即为最佳温度。所得的实验结果可为多孔陶瓷其他性能的表征提供依据。
实验过程:
一、高岭土的煅烧
1.1高岭土的煅烧：
高岭土在煅烧前应该进行破碎，将破碎后的高岭土在电炉中煅烧2小时，保温0.5小时。煅烧温度分别为1000度、1100度、1200度、1300度、1400度。同时注意煅烧损失.（在1000度以后烧失百分率基本不变）
1.2高岭土的相变：
高岭土煅烧结构特性变化高岭土在煅烧过程中发生一系列脱水和结构特性的变化。在110℃时各种吸附水排除；110～400℃层间水排除；500～600℃之间发生分解和失去结构水而形成偏高岭石；980℃±尖晶石化；约1100℃±莫来石化。
二、配料，粉磨（行星磨）
2.1高岭土的理论组成：Al2O3-2SiO2-2H2O高岭土的化学成分中含有大量的
AL2O3、SiO2和少量的Fe2O3、TiO2以及微量的K2O、Na2O、CaO和MgO等。莫来石的理论组成：3Al2O3·2SiO2
2.2配料比：（配料保证高岭土完全转化为莫来石的物质条件）
高岭土：氧化铝=1:1.2（质量比）
未煅烧的高岭土：氧化铝=1.16：1.2（质量比）
称取配好的料150g加入200ml的水用行星磨粉磨2小时，使配料充分混合均匀。将粉磨后的配料放入干燥箱中干燥。
三、挤压成型、煅烧
3.1粘结剂的制备：
由于考虑到粘结剂以后还要烧掉，故选择挥发性好、残留灰分少的粘结剂PV A，且用量比较少。
15g粘结剂(PVA)+300ml蒸馏水边加热边搅拌至PV A全部溶解成为均一稳定的液态。在PV A的水溶液浓度为3.5—4.5%wt的时候，烧成的气孔率比较理想，其中在4%的时候最佳，超出这个范围则气孔率明显升高。这是由于当浓度低于3.5%的时候由于PV A的粘度太低，不利于坯体颗粒的紧密堆积，而当浓度高于5%的时候PV A溶液的粘度过大，会使坯体内部的粉料局部团聚。所以PV A水溶液的浓度过高或过低都会影响陶瓷的烧结性能。
3.2压片成型：
本实验采用的是干压成型工艺。将100g左右的粉磨后的配料放入研钵中，用药匙加入5—6勺的粘结剂，在研钵中研磨均匀至配料呈均匀的小球状。用100目的标准筛筛分后将筛下部分加入到成型模具的模膛内进行挤压成型。
说明：
1、称取每40g配料压制一个陶瓷样品压片。
2、成型压力为20Mpa。在10Mpa以下快速加压，加压到10Mpa以后应该缓慢加压而且要停留1—2min后再取模。
不合格的粉料继续研磨，遵循少研勤筛的原则。成型后的样品做好标记，用游标卡尺测其长、宽、高并做记录。
四、陶瓷性能测试
4.1 实验目的意义
在无机非金属材料中，有的材料内部是有气孔的，这些气孔对材料的性能和质量有重要的影响。气孔是陶瓷结构组成的一部分，气孔率则是陶瓷这种结构特征的标志,显著地影响陶瓷材料的力学、物理、化学和工艺性能。在陶瓷材料的科研和生产中，测定材料的吸水率和气孔率是对陶瓷制品进行质量控制和检验的最为常用的手段，测定这两个指标对生产控制有重要意义。
4.2 实验原理：
材料吸水率、气孔率的测定都是基于阿基米德原理。将材料浸入可润湿样品的液体中，抽真空排除气泡，计算颗粒排除液体的体积。便可计算出颗粒的密度。当颗粒的闭气孔全部被破坏时，所测密度即为颗粒的真密度，否则为颗粒的有效密度。与此类似，可以将块体材料视为大的“颗粒”，采用类似颗粒测试的方法测定材料的吸水率、气孔率。
无机非金属材料难免含有各种类型的气孔。块体材料如水泥、陶瓷等制品，含有部分大小不同，形状各异的气孔。浸渍时能被液体填充或与大气相通的气孔称为开口气孔；不能被液体填充或不与大气相通的气孔称为闭口气孔。块体材料中固体材料
的体积、开口及闭口气孔的体积之和称为总体积；材料所有开口气孔的体积与其总体积之比称为开口气孔率或显气孔率；材料所有闭口气孔的体积与材料总体积之比称为闭口气孔率；材料所有气孔的体积(开口和闭口气孔体积之和)与其总体积之比称为真气孔率。在科研和生产实际中往往采用吸水率来反映材料的显气孔率。
对气孔率的测定所使用液体的要求是，密度要小于被测的材料；对材料的润湿性好；不与试样发生反应，也不使试样溶解或溶胀。
4.3实验器材：
电子天平、烘箱、烧杯、小毛巾、细铜丝网、蒸馏水。
4.4 实验步骤
1）、将试样置于烧杯或其他清洁容器中，加入蒸馏水浸没样品。将烧杯放在电炉上加热至沸腾状态，保持烧杯中的蒸馏水浸没样品，用蒸馏水沸腾煮4小时后自然冷却。
2）、饱和试样的表观质量的测定：将饱和试样吊在天平钓钩上，并浸入有溢流管容器的浸液中，称取饱和试样的表观质量M2。表观质量为饱和浸液的试样在浸液中称得的质量。
3）、饱和试样质量：用饱和了浸液的毛巾，小心地拭去饱和试样表面流挂的液珠（注意不可将大孔中浸液吸出）。立即称取饱和试样的质量M3。
4）、在110℃（或在许可的更高温度）下烘干至恒重。置于干燥器中冷却之室温。称取试样质量M1。试样干燥至最后两次称量之差小于前一次的0.1%即为恒重。
4.5 常数测定：
吸水率： W3=（M3-M1）/M1
显气孔率： Pa=（M3-M1）/（M3-M2）
体积密度： Db=M1*D1/(M3-M2)
真气孔率： Pt=（Dt-Db）/Db
闭气孔率： Po=Pt-Pa
D1:浸渍液密度 Dt：实验真密度
M1：干重M2:悬浮重 M3：湿重
将实验数据记录与下表：
成型煅烧后称重
M2 悬浮重量（g）平均重量
1 26.67 29.29 30.855 28.94
2 32.014 32.00
3 32.01
3 25.37
4 26.218 26.474 26.02
4 26.943 26.331 25.989 26.42
5 25.62 25.79 25.739 25.72
6 26.164 26.211 25.659 26.01
M3 湿重量（g）平均重量
1 50.24 47.14 43.4
2 46.93
2 55.87 56.12 55.995
3 45.75 45.
4 43.91 45.02
4 46.58 47.97 47.01 47.19
5 46.69 47.01 46.15 46.62
6 47.93 47.05 47.3
7 47.45
M1 干重量（g）平均重量
1 44.58 42.35 38.53 41.82
2 46.0
3 46.31 46.17
3 36.88 38.16 38.42 37.82
4 37.98 38.86 37.76 38.2
5 37.29 37.2 36.9
6 37.15
6 37.63 37.2
7 37.79 37.56
陶瓷性能测试数据记录：
显气孔率吸水率
煅烧
温度
1 28.40% 12.22%
未煅烧
2 40.96% 21.28% 1000
3 37.89% 19.04% 1100
4 43.28% 23.53% 1200
5 45.31% 25.49% 1300
6 46.13% 26.33% 1400
实验总结
在1100°时陶瓷的吸水率和显气孔率是最低的（未煅烧的除外），未煅烧的高岭土制备的陶瓷表面有大量的显气孔和裂纹。1100°以后随煅烧温度的上升陶瓷的吸水率和显气孔率呈增大的趋势。