浅析大理石粉体低温烧结人造石的强韧化
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摘 要：废弃大理石是大理石开采、运用中重要的废弃材料，以大理石废弃材料粉体作为人造石的原料，采取低温烧结备制的方式，将莫来石纤维与片状氧化铝运用到人造石的增强、增韧中去，分析不同添加量对于人造石强韧度的影响。本文从大理石粉体低温烧结与人造石的强韧化的可行性出发，结合笔者实际情况，分析了大理石粉体低温烧结与人造石强韧性的关系，明确了复合型材料对于低温烧结中人造石强韧度的影响。
关键词：大理石粉体;低温烧结;人造石;强韧化
1 前言
大理石在日常开采、切割与制作等过程中所产生的废弃材料占据大理石资源使用量的70%左右[1]。将废弃的大理石采取填埋的方式将将直接造成环境污染，重视废弃资源循环利用，强化大理石资源的持续使用是生态发展中的重要课题。大理石可以有效地替代天然的骨料，进一步增强混凝的而功能。大理石属于一种天然的矿物添加剂，在废物利用中部分转化成水泥。同时利用废弃的大理石作为重金属吸附剂，其主要目的在于改变土壤中的存在形态，降低重金属含量，促进土壤的改良与修复。另外，大理石的废弃物还可以充分运用到再生二氧化碳、碳酸钙原料和陶瓷添加剂等方面也存在相应的价值。因此，重视大理石废弃料等多元化材料的运用，将大理石废弃料运用到人造石中去，是实现废物利用的有效途径。
2 大理石粉体低温烧结与人造石的强韧化
陶瓷材料中经常使用无机材料进行填充补充其强韧性，从而有效地改善陶瓷制作中的脆性，增强陶瓷材料的可靠性[2]。例如：将氧化铝陶瓷低温烧结中加入少量的氧化铝，能够直接促晶粒生长实现抑制陶瓷裂纹的目的，增强陶瓷的抗弯强度等。另外，将莫来石纤维作为增强的材料，将其加入到氧化铝陶瓷基础材料中去，能够直接消耗掉烧结中大量的能量，增强陶瓷的弯曲强度和断裂强韧度。将纤维与片状无机填充复合使用的情形，能够直接增强人造材料的复合韧性，制造出高韧性的人造材料。
采取大理石粉体表面性质改变与低温烧结，符合人造石的基本规律，采取无机填料进一步补强与增强韧性，可以进一步提高人造石的强韧性。将莫来石纤维与片状氧化铝作为人造石强化材料引入，可以有效实现低温烧结中强韧性把握，实现废物再利用的而根本目的。
3 大理石粉体低温烧结与人造石强韧性的关系
3.1 大理石粉体特征
将废旧的大理石粉体颗粒碎成1μm～6μm，平均粒徑12.3μm，颗粒之间出现了轻微的团聚现象并且各颗粒的棱角可以看出大理石在切割的进程中发生了脆性断裂。其中可以看出大理石粉体来源多样化，是多种大理石废弃边角料的集合体。因此，在低温烧结人造石过程中，不管大理石晶体的来源，必须重点强调晶体颗粒的大小，这将影响在低温烧结中晶体合成的密度，进而影响强韧度的提升。
3.2 片状氧化铝对人造石的增强增韧
片状氧化铝主要是在人造石低温烧结中增强强韧度的重要方式与手段，在人造石提及密度添加量相对较低并且不明显的时候（0.5%以下），当过量的加入了过氧化铝的时候，将直接影响最终人造石的强韧度。颗粒相对较大的片状过氧化铝在低温环境下将产生横向的裂纹，形成与之相匹配的“孔洞”，从而降低人造石的抗弯强度。但是将片状氧化铝控制在一定范畴中，将可以有效利用其在低温烧结环境中生成的氧化铝颗粒对大理石的间隙环境进行相应的填充，直接提升人造石的精密度，强化力学性能。因为片状氧化铝在自身的几何形态上存在各种差异，从而使人造石在低温烧结进程中不仅能够通过细小的颗粒进行有效的填充，还能增强大颗粒的桥梁联合作用，增强大理石各颗粒之间的相互作用力，阻断裂纹，增强人造材料的韧度。
3.3 莫来石纤维对人造石的增强增韧
和没有加入相应纤维的人造石相比，加入少量的纤维（1%左右）的人造石最终的密度有所增加[3]。但是随着加入的纤维量的持续增加，其体积的密度开始持续下降。当加入莫来石纤维达到8%的时候，人造石的体积密度相对于没加入纤维的时候开始出现下降趋势。也就是所人造石的抗弯强度随着莫来石纤维的添加量呈现先增加后减小的工作模式与格局。在莫来石纤维量在3%的时候，抗弯强度达到最大（49.6MPa）。此种现象主要基于混合粉体球磨改的进程中，纤维被研磨粉碎，能够进一步在低温烧结中与相应的强化材料进一步接触，促进表层化学键结合，增强人造大理石的抗弯强度。
3.4 人造石的复合增强增韧
人造石的增韧复合补强，建议通过人造石本身所具备的弥漫颗粒、大小晶体等系列非连续性增强的材料，有效实现晶体之间的衔接，进一步增强人造石的强韧性。莫来石纤维与片状氧化铝等材料对于人造石都能够起到良好的增强增韧效果，片状氧化材料能够改变晶体的结构，进一步细化晶体颗粒，增强人造石的抗弯强度，纤维材料能够直接提升人造石的断裂韧度。添加单一强化材料的时候，细微的颗粒都将填充空隙，增强人造石的密集程度，强化了与大理石原有颗粒的结合，直接抑制了裂纹的扩展，增加了造石的强韧度。但是，在单一的强化材料在使用进程的渗透值有限，难以形成均衡的增强网络，强化的颗粒在晶界上集聚上升，导致界面的结合力变弱，人造石的力学性能大大降低。
4 结语
在添加莫来石纤维与片状氧化铝材料中都可以改变人造石的性能，但是对于单一的强化材料来讲，莫来石纤维有利于偏转人造石裂纹，造石的增韧性限制。同时，单一的强化材料针对人造石的力学性能都存在相应的阈值，通过相应的材料实现人造石的强韧化。基于人造石的特性，复合的模式能够改变裂纹偏转和裂纹桥联，增强机制包括降低缺陷尺寸、增强界面结合力以及基体致密化。在0.5%的片状氧化铝与3%的莫来石纤维参与到低温烧结中时，人造石的力学性能是最佳的，在人造石低温烧结中的运用意义相对突出，对于人造石的强韧度增加有一定的意义。所以，在今后的人造石中必须充分注重纤维与片状氧化物的融合使用。
参考文献：
[1] 黄停停，刁振明.人造石废料在烧结砖配方体系中的应用[J].砖瓦，2018（2）：72～73.
[2] 付朝云，余丽娜，白建伟，等.烧结矿低温还原粉化指标的优化研究[J].河南冶金，2015（4）：8～10.
[3] 李映德，邹传明，卢金山.大理石粉体低温烧结人造石的强韧化研究[J].硅酸盐通报，2018（12）：221～222.
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