化工陶瓷属瓷器系列,瓷器固有的化学物理特性使其在化学工业上有广泛的应用。化工陶瓷通常分为普通化工陶瓷、新型化工陶瓷和化学瓷3类。
化工陶瓷
能在较长时间内抵抗化学侵蚀作用,并在高温下保持足够的机械强度和热稳定性的陶瓷及其制品。
- 英文名称
- chemical engineering ceramics
- 所属学科
- 材料科学与工程
属脆性材料,一般仅用于常压或负压、温度低于100℃的腐蚀介质中(氢氟酸和热碱介质除外) 。其主要制品有以下5种。①耐酸砖,主要用在温度波动较小的条件下,砌筑防止酸性气体和液体侵蚀的地面、墙壁,或砌筑温度低于100℃以下的大型耐酸池和大容量储槽。②耐温耐酸砖,除具有耐酸砖的一般特性外,还具有较高的热稳定性,可在240℃温度下使用,并且450~20℃交变两次不裂;0.8兆帕(水压)下半小时不渗透。其密度 2.2~2.4克/厘米3,气孔率 8%~16%,使用压力为0.65兆帕。③阀和管道,替代金属件输送腐蚀性物料。④塔和容器,用于干燥、吸收、冷却、反应和回收的化工设备。⑤泵和风机,主要用于输送除氢氟酸、浓碱以外的所有化学液体,如酸洗金属、电解研磨、电镀的药液等。
普通化工陶瓷的生产特点:①在配料中掺入许多熟料,并采取颗粒级配的方法。②常用食盐釉,即在烧成过程中进行上釉。普通化工陶瓷的主要原料为黏土、焦宝石熟料、滑石、长石。熟料的作用是调节吸水率;滑石的作用是提高产品的热稳定性。普通化工陶瓷的化学组成为二氧化硅62%~69%、氧化铝24%~30%、氧化镁<5%、氧化钾及氧化钾1.5%~4%。制品形状大小相差较大,成型方法有半干法、干法、可塑法和注浆法等。烧制一般用隧道窑 ,特大型仍用倒焰窑,烧成温度1280~1350℃。
由陶瓷和树脂、玻璃纤维复合而成,适用于高压、高温、强腐蚀、磨损等化工设备。通常采用玻璃钢为增强体,在陶瓷设备表面涂覆、缠绕,使玻璃钢和陶瓷两种材料复合成整体,从而提高设备运行的安全性。新型化工陶瓷主要用于制作承受高压力、腐蚀性介质的设备,如耐腐蚀陶瓷泵中与介质接触的泵壳、泵盖、叶轮等。制备新型化工陶瓷的陶瓷本体时,主要是调节黏土和焦宝石熟料含量。制作叶轮的材质还需增加工业氧化铝,其含量一般在50%以上,以便陶瓷结构中更多地生成莫来石。
新型化工陶瓷的生产工序为:陶瓷设备表面处理(用酒精清洗)→涂环氧树脂(6301 环氧树脂100份 ,外加酒精15份、石墨粉8份、二辛酯8份、乙二胺8份)→贴玻璃布→涂环氧树脂(反复多次,以满足性能为止)→表面涂防腐纯漆。其成型方法有手糊法、浇注法、喷射法。新型化工陶瓷的性能指标为:吸水率0.05%~0.17%,体积密度2.9×103千克/米3,抗拉强度50~60兆帕,热膨胀系数(0~800℃)5.17×10-6/℃。
除具有化工陶瓷的一般特性外,还具有高硬度和高机械强度。广泛用于工业试验、制药工业和化学工业中。最常用的化学瓷器有坩埚、蒸发皿、研钵、漏斗、过滤板等。许多需要耐磨的工业材料,如球磨瓷罐,衬里研磨体等也采用化学瓷制造。
化学瓷的理论基础是成瓷相组成中必须有足够的莫来石晶体,以满足其性能需要。为了保证瓷坯中形成较多的莫来石,一般黏土用量须在70%以上,并以煅烧瓷土为非可塑性配料,长石在20%以下。化学瓷的制作工艺与日用瓷器相仿。为了使坯体致密,大多数产品采用注浆成型。烧成主体设备为隧道窑和梭式窑,烧成温度为1400℃。化学瓷的主要性能指标为:气孔率和吸水率接近零,耐酸度95%~99.8%,耐碱度85%~90% ,在1000~1100℃的高温下没有熔融现象。
扩展阅读
- 华南工学院,南京化工学院,武汉建筑材料工业学院.陶瓷工艺学.北京:中国建筑工业出版社,1981.