1、原料與配方
所用原料及化學(xué)組成如下：
設(shè)定各原料范圍用量，用正交法做配方試驗(yàn)，結(jié)果A2配方較好。配方屬BaO－CaO－MgO－Al2O3－SiO2多元系統(tǒng)的高鋁瓷料方并加入少量TiO2作礦化劑，其特點(diǎn)是：①已煅燒鋁粉用量≮70％，膨潤土用量≯2.8％；②坯料化學(xué)組成中Al2O3量>80％，SiO2≯13.5％（BaO+CaO+CaF2+MgO+TiO2+R2O等）約為5％~7％，與一般80高鋁瓷相比，料方中Al2O3和RO+TiO2量略為偏高，而SiO2量略為偏低。
2、生產(chǎn)工藝
在既定配方的條件下，一定要有合理的生產(chǎn)工藝相結(jié)合，才能最終生產(chǎn)出高性能的產(chǎn)品。其生產(chǎn)工藝和質(zhì)量控制因了指標(biāo)和下：
配料→球磨→過篩→壓濾→真空練泥→陳腐→擠制成條→可塑成球→烘干→裝匣燒成
①干法配料：采取一次性投料。首先將瑩石、方解石粗碎至粒徑<3mm然后進(jìn)磨，外加0.03％的木質(zhì)碳酸鈣為助磨劑。
②球磨時(shí)間為68~72小時(shí)，料:球:水為1:2:0.6，細(xì)度控制指標(biāo)為萬孔篩余率<0.03％（5μ以下顆粒占90％以上）。
③可塑法成型，放尺率為1.248，成型水分18~20％。
④在20m3倒焰圓窯中燒成，適當(dāng)稀碼裝匣，快速升溫，見紅后放慢升溫速度，燒成溫度ＳＫ16錐，保溫2小時(shí)，燒成時(shí)間約28小時(shí)，止火后打開1/4窯門自然冷卻。
二、產(chǎn)品性能檢測
目前國內(nèi)尚無此類產(chǎn)品的性能檢測標(biāo)準(zhǔn)，我們從使用角度出發(fā)，對試樣和產(chǎn)品進(jìn)行應(yīng)用性能方面的抽檢測試：
①抗壓強(qiáng)度：以SY-30液壓壓力試驗(yàn)機(jī)測定10個(gè)試樣（Ф17.6×17.5mm），數(shù)值為702Mpa。按用戶驗(yàn)收條件：以10″鋼絲鉗夾壓直徑為10mm的瓷球，用力鉗不裂為合格，抽測產(chǎn)品無一夾裂為合格產(chǎn)品。
②抗沖擊強(qiáng)度：以化工部蘭州非金屬材料及設(shè)備監(jiān)測中心的抗沖擊儀及提出的方法測試的，數(shù)值為5.13kgfcm/cm3。為考查產(chǎn)品實(shí)際使用效果，將瓷球從六層樓頂（約26m高）用力向下擲至地面鋼板，瓷球無損為準(zhǔn)。
③抗熱震性：直徑為10mm的瓷球，在850℃~19℃（水）淬冷不裂。
④吸水率、濕氣孔率、體積密度按化工部化工機(jī)械研究院、化工部非金屬材料及設(shè)備監(jiān)測中心制定的方法測定，結(jié)果為0.19％、0.63％、3.29g/cm3。
⑤化學(xué)穩(wěn)定性：耐酸度與耐堿度均按化工部化工機(jī)械研究院、化工部非金屬材料及設(shè)備監(jiān)測中心提出的方法進(jìn)行檢測。抗氫氟酸浸蝕的測定方法如下：將洗凈烘干的瓷粒（Ф1.5~0.5mm）10g（準(zhǔn)確稱至0.0001g），置于塑料杯中，注入0.2％的氫氟酸約250ml，靜置24小時(shí)，然后洗滌、烘干、稱量。結(jié)果如下：（室溫20℃±1℃）
三、討論
1、組成對產(chǎn)品性能和生產(chǎn)工藝的影響
在高鋁瓷中，Al2O3組分是剛玉晶相形成之源，Al2O3含量愈高，瓷體抗應(yīng)力和抗腐蝕破壞等性能愈強(qiáng)，但相應(yīng)地提高了燒成溫度，致使工藝條件和經(jīng)濟(jì)性均帶來一些不利因素。故本產(chǎn)品以化工廠家提出的Al2O3量要求為基礎(chǔ)，設(shè)法提高材質(zhì)性能和使生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性好。泥料中的Al2O3組分主要來源于煅燒鋁粉，考慮泥料的成型性能和燒結(jié)性能等因素，在泥料中應(yīng)加入部分粘土，主要作用是：①改善泥料的可塑性。②以這種形式帶入的Al2O3易溶于熔體中而促進(jìn)燒結(jié)，并形成鋁硅酸鹽玻璃。③易與殘余SiO反應(yīng)形成莫來石，結(jié)果提高了抗氫氟酸的浸蝕性，也有助于降低燒成溫度。
瓷料中TiO、CaF2、BaO等組分與SiO2一起，在適當(dāng)高溫下對Al2O3 有很強(qiáng)溶解力，可形成一定數(shù)量的鋁硅酸鹽熔體（玻璃），從而促進(jìn)燒結(jié)，且玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)得以增強(qiáng)（網(wǎng)絡(luò)斷鍵少）。試驗(yàn)表明，高鋁瓷料中適當(dāng)增加CaO、BaO等可降低燒成溫度，但化學(xué)穩(wěn)定性略有下降。
SiO2在燒成時(shí)能與Al2O3、CaO、BaO等形式低熔點(diǎn)共熔物，這些液相的生成，其作用是：①有效地促進(jìn)傳質(zhì)，利于燒結(jié)。②產(chǎn)生二次結(jié)晶作用而減少剛玉晶粒的表面缺陷，液相也可抑制晶粒異常長大。③依靠對固相的滋潤力和表面張力拉緊固體粒子，并填充氣孔，使制品受蝕表面積減小。為此提高了材質(zhì)抗蝕性等使用性能，降低了燒成溫度。在Al2O3量一定時(shí)，如果過分提高SiO2的含量，雖然莫來石量會增加，但膠結(jié)晶粒玻璃相少，同時(shí)燒成溫度提高，燒結(jié)程度不好（氣孔率增至2％），抗蝕性亦下降。因此，SiO需保持一定的用量范圍，即可保證有適量液相，又可形成鋁硅酸鹽玻璃。
TiO2的主要作用是：①與Al2O3固熔，活化晶粒，促進(jìn)燒結(jié)。②增加Al2O3晶格缺陷，使CaO-BaO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)易熔。TiO2的加入量一般在0.5%~0.9% 。
MgO的作用在于：由于可在剛玉晶體表面形成鎂鋁尖晶石而抑制Al2O3晶體長大，提高瓷體致密度，還可促進(jìn)殘余SiO2與Al2O3反應(yīng)形成莫來石。但其助熔作用不好，MgO含量的變化對瓷體抗蝕性、燒成溫度等影響并不大。
通過試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，要保證產(chǎn)品性能和生產(chǎn)的可行性與經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)注意成分變化的相互制約性：①Al2O3含量高，則TiO2量須提高；②SiO含量提高，CaO+BaO等含量須提高。
總之，在系統(tǒng)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定出的配方，可保證產(chǎn)品有足夠的剛玉晶相和適量的玻璃相，還使玻璃抗氫氟酸性得以增強(qiáng)，因而產(chǎn)品使用性能好。且按以上配方，成型性能好，燒成時(shí)存在足量液相，又有少量TiO2活化晶格，共同作用，促進(jìn)傳質(zhì)，使得可在SK17以下溫度燒成產(chǎn)品。
2、工藝方法對產(chǎn)品性能和成本的影響
原料充分細(xì)磨，有利于以下幾方面：
①提高泥漿懸浮性，保證泥料成分均勻；
②在保證成型性的條件下，減少粘土用量，而使Al2O3組分多由a- Al2O3粉引入。
③促進(jìn)燒結(jié)，降低燒成溫度。
④促進(jìn)顯微結(jié)構(gòu)組織均勻，形成二次莫來石，強(qiáng)化玻璃結(jié)構(gòu)，降低氣孔率。
基于此，并考慮加工成本因素，特制定本工藝方法和質(zhì)量指標(biāo)。生產(chǎn)中曾出現(xiàn)榨泥漏漿的問題，通過墊放兩層濾布（接觸泥料面用粗孔布，接觸榨片面用細(xì)孔布），解決了這一問題。
燒成制度對產(chǎn)品性能影響較大，以提高產(chǎn)品性能為原則，以瓷球配方、形狀大小和窯爐結(jié)構(gòu)等具體情況為依據(jù)，確定其燒成制度。
①高鋁瓷燒成熱耗大，為促進(jìn)窯爐交換，使其窯溫均勻，采取稀碼裝燒。
②為提高瓷體致密性和形成微晶，燒成初期應(yīng)快速升溫（坯料瘠性料多，對于形狀簡單，尺寸小的半成品完全可以做到），1000℃后出現(xiàn)液相并增多及燒結(jié)期晶粒長大時(shí)，應(yīng)慢速升溫以便排出氣體。為促進(jìn)充分燒結(jié)使其均勻，強(qiáng)化組織結(jié)構(gòu)，應(yīng)高火保溫。
③止火后快冷是形成微晶的決定性保證。產(chǎn)品從塑態(tài)冷卻至固態(tài)時(shí)（1050℃~850℃），過快冷卻會使產(chǎn)品存在余應(yīng)力而降低性能。止火后打開1/4窯門，可使冷卻制度基本符合要求。
