任世理 何永梅
(咸阳陶瓷研究设计院 712000)
摘 要 对收集到的国内 、国外堇青石质窑具样品 ，使用 X 射线衍射 、光学显微镜鉴定手段 ，对样品的显微结构特征进行
描述 ，给该类材料的显微结构分析及探讨其与生产工艺的相关性打下了基础 。 关键词 窑具材料 堇青石 莫来石 显微结构
续表 1
窑具是陶瓷工业中一种重要的辅助材料 ，其质量 和寿命直接影响着陶瓷产品的质量和生产成本 。 堇
青石 —莫来石质 ( 以下示为 C M ) 窑具是当今建 筑卫生陶瓷和日用陶瓷制品烧成过程中使用较为普遍 的一种窑具材料 。对于此体系窑具材料的生成机理 、 生产工艺及控制 ，国内外已有诸多研究报道及生产实 践 。国外的一些公司已经有各种牌号的产品供应于市 场 ，国内也有一些厂家生产此种材料的窑具 。但是由 于种种原因 ，国内产品的使用寿命与国外产品的使用 寿命仍有一定差距 ，甚至在一些性能指
标相近于国外 水帄的情况下 ，使用寿命也低于国外产品 。笔者旨在 通过对所采集的一些国内外产品的显微结构在镜下的 特征进行鉴定描述 ，以致于能为该类材料的显微结构 分析及探讨其与生产工艺的相关性打下基础 。
编号
产地 来源
使用部位
C M - Z 09 韩国 宜兴 宜兴
福建泉州 江苏宜兴 江苏宜兴 陕西咸阳 陕西咸阳 辊道窑用垫板 棚板 棚板 棚板 棚板 C M - Y 10 C M - Y 11
C M - X12 咸阳陶瓷研究设计院 C M - X13 咸阳陶瓷研究设计院
C M -
S 14 石湾
广东佛山
匣钵
对试样的 XRD 鉴定
试样的 XRD 鉴定结果见表 2 。
表 2 试样的 XR D 鉴定结果
1 .
2 矿物相及半定量结果
编号 样品编号
堇青石 莫来石 红柱石 刚玉 石英
1 C M - F01 主 主 主 主 主 主 主 主 主 主 主 主
主 主 主 主 主 主 主 主 主 主 主 主
少 少 少 少
微
1 试样的采集及 XRD 鉴定
2 C M - F02
3 C M - F03 1 . 1 试样来源及编号
试样的来源及编号如表 1 所示 。
表 1 试样的来源及编号 4 C M - F04 5
C M - L05 少
少 微 少 少 少
少
微
6 C M - L06 少 少 微
编号
产地 来源
使用部位
7 C M - H08 C M - F01 德国 广东佛山 辊道窑用垫板 8 C M - Z 09 C M - F02 德国 广东佛山 窑车盖板 9 C M - Y 10 C M - F03 德国 广东佛山 窑车棚板 10 C M - Y 11 少
微
C M - F04 德国 广东佛山
支柱 11
C M - X13 C M - L05 日本 匣钵 12
C M - S 14
C M - L06 日本 棚板 从 XR
D 结果可以看出尽管在所采集样品中的主 要矿物相都是堇青石和莫来石 ，但是其少量及微量矿 物相也有所不同 。由此可以看出 ，在堇青石 —莫来石
烟腹毛脚燕
C M - L07 日本 棚板 C M - H08
德国
河南长葛 棚板
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2) C M - F03 。在此片中可见到 A 型颗粒 ,B 型颗 粒 (见图 2) 和基质 。基质中少量刚玉微细粒子呈不均 匀分布 ，在基质中还可见针状 、放射状的莫来石雏晶与 堇青石混杂 ，在堇青石边缘解理 、裂隙中存在 ，呈不均 匀的分散状分布 。 质窑具材料体系中除主晶相以外的少量及微量晶相对 材料性能的影响是不可忽视的 。从另一角度来说 ，我
们可以根据此体系材料在不同使用部位的不同工况通
过对主 、少 、微各矿相量调整来设计产品的生产配方及 工艺参数以满足使用的需要 。
2 试样显微结构特征
通过对采集的试样进行筛选 ，对 C M - F01 、C M -
F03 、C M - F04 、C M - H08 、C M - Y 11 、C M - X13 等样品
在偏光显微镜下进行了鉴定分析 ，现将各试样的镜下
鉴定结果及其结构特征分述如下 。 2 . 1 试样的镜下鉴定
1) C M - F01 。此光片在镜下观察到基本由 3 种颗
粒和基质组成 。第一种颗粒在低倍镜下显示为黑不 透明或棕黑半透明颗粒 ，片中多为棱角状 ，如图 1 中 所示 ，我们将其定为 A 型颗粒 。在高倍镜下可见到呈 网络交织结构的纤维莫来石和晶间玻璃相 ，反光镜下 显示出颗粒内部高反射率的针状莫来石晶体形成的网 络及圆形封闭型微孔 。第二种颗粒在单偏光和正交偏
图 2 C M - F03 样中 B 型颗粒 (正交加云母板 100 ×
) 3) C M - F04 。在此片中可见到 A 型颗粒 (见图 3) ,李俊虎
但 A 型颗粒的颗粒度和量都比 C M - F03 有所增加 。 基质的量有所减少 ，基质中除堇青石外可见莫来石网
络体不均匀分布 。
图 3 C M - F04 样中 A 型颗粒 (单偏光 200 ×
) 图 1 C M - F01 样形貌结构 (单偏光 40 ×) 光镜下也显示为棱角状并可见到呈网络交织结构的针
状 、柱状莫来石和晶间玻璃相及少量刚玉 ，这种颗粒定 为 B 型颗粒 。第三种颗粒在单偏光和正交偏光的低 倍镜下显示为柱状 、短柱状形态 ，核心是红柱石 ，因其 光性方位一致 ，推断为单晶 ，所观察到此种颗粒几乎全 都有一层反应边 ，在高倍镜下此反应边中可见一定取 向的纤维状莫来石和晶间玻璃相 ，我们将此颗粒定为
C 型颗粒 。在此试样中除颗粒外的部分呈现为均一型
结构 ，在高倍镜下可辨认为堇青石细小晶体的集合体 , 当中也有玻璃相及少量其他微小粒子 ，我们把此种集 定为基质 (m ) 。
图 4 C M - H08 样中 C 型颗粒 (单偏光 200 ×
)
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4) C M - H08 。在此片中可见到 A 型颗粒 ,B 型颗
粒 ,C 型颗粒 (见图 4) ，在基质中以堇青石为主 ，高倍镜
下也可看到呈包体状的微细刚玉粒子 。
5) C M - Y 11 。在此片中可见到 A 型颗粒 ,B 型颗
粒 (见图 5) ，可较清楚地看到颗粒中呈交叉状排列的 莫来石针状晶体 ,C 型颗粒 ( 见图 6) ，其在试样中的量 比前几种有所增加 ，粒度增大 。在此片中可见到石英
粒子不均匀的分布 ，但就基质总量看比前几张照片有 所减少 。
6) C M - X13 。在此片中可见到 A 型颗粒 ，但量已 较少 ;B 型颗粒 (见图 8) ，颗粒度上限明显增加 ，其内部
除针状莫来石外 , 也可看到一些短柱状莫来石晶粒 。 此片中可见到刚玉颗粒 ，此颗粒比 C M - Y 11 样中粒度 有所增加 ，呈分散状态分布在堇青石为主的基质中 。
图 5 C M - Y 11 样中 B 型颗粒 (正交加石膏试板 200 ×) 图 8 C M - X 13 样中 B 型颗粒 (正交加石膏试板 40 ×
) 2 . 2 试样的显微结构特征
2 . 2 . 1 试样中的颗粒单元与基质单元 通过对各试样
的镜下鉴定 ，可以归纳出在 C M 窑 具材料体系中其颗粒及基质单元有 :
1) A 型颗粒 。在镜下是棱角状或似圆形状 ，在高
倍镜下可见颗粒中的纤维状莫来石和玻璃相 。
2) B 型颗粒 。在镜下为带有锐角的似矩形状或棱
角状 ，在高倍镜下可见到颗粒中明显呈交叉状 、针状莫 来石晶体和少量玻璃相和刚玉微细晶粒 ，这是典型的
合成莫来石的显微结构特征 。
3) C 型颗粒 。在镜下为柱状 、短柱状形态 ，颗粒中 心是红柱石 ，周围是莫来石化的反应边 ，是典型的红柱 石热变中的显微结构形貌 。
4) D 型颗粒 。在镜下完全呈现为石英晶粒的显微 结构特征 。
5) 基质单元 ( m ) 。在镜下观察除去颗粒单元外 ,
剩余的为均一结构形状存在的基质 ，基质单元中以绒 团状堇青石微细的他形晶粒为主 ，在不同试样 、不同视 域中可见到纤维状莫来石雏晶富集区 、刚玉微细粒 、石 英微粒 、玻璃相 、还有气相 。 2 . 2 . 2 各单元的定量分析结果
利用帄行线截距法在镜下及照片对试样中各单元 颗粒尺寸及体积分数的分析结果如表 3 、表 4 所示 。
图 6 C M - Y 11 样中 C 型颗粒 (正交加石膏试板 200 ×
) 图 7 C M - Y 11 样中 D 型颗粒 (正交加云母试板 200 ×)
颗粒 ，我们将其定义为 D 型颗粒 ( 见图 7) 。此片中 ，基 质中玻璃相量增加 ，堇青石和莫来石雏晶及微细刚玉
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表 3 颗粒单元结构及定量分析结果
续表 4
尺度大小 (μm ) 尺度
(μm ) 体积分数
V v
颗粒
类型 体积分数
(V v )
样品编号
组成分布
样品编号 分布状态
广州市中小客车总量调控管理试行办法
最大 最小 帄均
bg h堇青石呈斑状均匀分布
刚玉集团不均匀分布
气相孔洞状无规律分布 20～100
2～3 0. 8～10 A
均匀 个别 较均匀 500
100～300 0. 253
320 0. 007 C M - Y 11
0. 561
C M - F01
B 0. 297 堇青石呈斑状粒状分布 莫来石网络体分散分布 刚玉集团不均匀分布 气相孔洞状无规律分布
20～200 0. 8～15 2～3 0. 8～10
C 400 35
50～200 0. 037 A 均匀 较均匀 500 100～300 0. 240 100～250 0. 033 C M - X13
0. 625
C M - F03
0. 273
B 400 A 均匀 个别 600 150～350 0. 450 2 . 2 . 3 试样的显微结构特征
通过观察分析 ，可以把试样的显微结构特征确定 为 :C M 系列窑具材料的显微结构属多相非均一结构 , 主要由各种类型颗粒组成的颗粒结构单元和以堇青石 为主与少量玻璃相及杂质组成的基质结构单元 。在颗 粒结构单元中颗粒又可以是单一晶相或非单一晶相并 将其分为单一型 (如 D 型) 和复合型 ，而基质结构单元 由于其显微结构特征可近似看作是单相均一类型 。
C M - F04
0. 455 B 400 400
0. 005
A
均匀 个别 均匀 500 50 100～300 0. 250
C M - H08
B 350 350
0. 007 0. 302
C 600
150～400 0. 045 A B
C
均匀
较均匀 较均匀 1 100
1 200
1 000
300
320 200
450～600 0. 250 360～560 0. 107 240～450 0. 082 C M - Y 11
0. 447 3 结论
D
个别 350 350 0 . 008
A
个别 均匀
400 100 100～400 0. 022 1 200 100 250～600 0. 353 C M - X13
0. 375
1) 堇青石 —莫来石窑具材料中除堇青石及莫来石
矿物相外还存在刚玉 、红柱石 、石英等矿相 ，只是生产
厂家不同 ，使用工况不同而存在量的差异 。
2) 在堇青石 —莫来石窑具材料中 ，通过镜下鉴定 ,
其存在有 4 种颗粒结构单元 (A 、B 、C 、D 型颗粒) 及基 质 (m ) 单元 。
3) 通过对堇青石 —莫来石窑具材料的镜下鉴定 ,
其显微结构特征呈现为多相非均一结构 ，而其中的基 质单元可近似看作为单相均一结构 。
4) 通过对堇青石 —莫来石窑具材料的镜下鉴定 ,
将对其显微结构分析及探讨与生产工艺的相关性研究 打下基础 。
B
表 4 基质单元及定量分析结果
尺度
(μm ) 体积分数
(V v )
样品编号
组成分布
堇青石呈均匀粒状分布
莫来石网络体分散分布
刚玉集团不均匀分布 气
相无规律裂隙状分布 20～30 0. 8～15 2～3
宽 1～65
C M - F01
0. 703
堇青石呈均匀粒状分布
电石生产工艺
莫来石网络体分散分布 刚玉
集团不均匀分布 气相无规律裂隙 ，孔洞状分布 20～30 0. 8～15
2～3
粗铅宽 1～50
C M - F03 0. 727
参考文献
堇青石呈均匀粒状分布
莫来石网络体分散分布 气相无规律裂隙状分布 20～30
0. 8～15
宽 1～80
C M - F04
0. 545
1 中科院贵阳地球化学研究所 . 矿物 X 射线粉晶手册 . 北 京 ：科学出版社 ,1978
堇青石呈均匀粒状分布
莫来石网络体分散分布
刚玉集团不均匀分布 气相无规律孔洞状分布
20～30 0. 8～15 2～3 0. 8～40
2 3 王德滋 . 光性矿物学 . 上海 ：上海人民出版社 ,1977
武汉工业大学. 物相分析 . 武汉 ：武汉工业大学出版社 , C M - H08
0. 698
1994
4 杨兴华 . 耐 火 材 料 岩 相 分 析. 北 京 : 冶 金 工 业 出 版 社 , 1980
