工業(yè)純高溫煅燒α－氧化鋁，其它輔料均為工業(yè)級(jí)。
本實(shí)驗(yàn)采用鋁質(zhì)煤矸石取代氧化鋁的量作為 變量，分別為0.3ｗｔ％、50ｗｔ％和100ｗｔ％來(lái)研究氧化鋁陶瓷的各種性能。
將原料按照配方配成混合料，裝入罐磨機(jī)，依 照料∶球∶水的比例＝１∶２∶０．５，球磨２４ｈ，獲 得料漿，過(guò)１２０目篩，在溫度為９０℃的烘箱烘干 后，手工造粒，粒徑大約在２５０～５９０μｍ。再將粉 料放入ＹＳ雙向液壓機(jī)干壓成形，在常壓空氣氣 氛下分別在１３７０℃，１４００℃和１４９０℃燒結(jié)。
通過(guò)阿基米德法測(cè)樣品的密度。磨耗的測(cè) 定：樣品稱(chēng)重后，將球和水按照１∶１裝入球磨罐 中，球磨時(shí)間為２４ｈ，然后將樣品取出再稱(chēng)重。按 照下列公式計(jì)算磨耗。
η＝１０００×（Ｗ０－Ｗ１）／Ｗ０ｇ／ｋｇ·ｈ （１）
（１）式中Ｗ０ 是樣品磨前的質(zhì)量（ｇ），Ｗ１ 是樣 品磨后的質(zhì)量（ｇ）。
樣品的硬度采用硬度測(cè)試儀測(cè)定。斷裂韌性 主要是通過(guò)壓痕法測(cè)定。金剛石壓頭產(chǎn)生的正方 形壓痕會(huì)在四個(gè)角的位置誘發(fā)裂紋延伸，通過(guò)測(cè) 量該裂紋延伸的長(zhǎng)度，代入下式中即可計(jì)算得到 斷裂韌性值：
ＫＩＣ＝０．２０３Ｈｖａ１２（ｃａ）－３２ （２）
（２）式中，ＫＩＣ 為斷裂韌性值（ＭＰａ·ｍ１／２），Ｈｖ 為維氏硬度值（ＭＰａ），ａ為壓痕對(duì)角線的半長(zhǎng) （ｍｍ），ｃ為充分伸展的裂紋長(zhǎng)度，即對(duì)角線裂紋 的半長(zhǎng)，并取四個(gè)角裂紋的平均值。計(jì)算６個(gè)壓 痕點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果并取平均值做為試樣的斷裂韌性 值。
煤矸石取代量為０時(shí)，９２氧化鋁陶瓷 密度為３．６ｃｍ３／ｇ，瓷燒結(jié)溫度約１４９０℃。當(dāng)煤 矸石取代氧化鋁含量為３０ｗｔ％，燒結(jié)溫度降到 １４００℃，密度為３．４ｃｍ３／ｇ。隨著取代量增加，密 度逐漸降低。煤矸石取代氧化鋁，雖然降低了燒 成溫度，但是降低了氧化鋁的含量，勢(shì)必影響產(chǎn)品 的密度。綜上可知，取代量為３０ｗｔ％時(shí)，燒結(jié)溫 度為１４００℃，密度為３．４ｃｍ３／ｇ，產(chǎn)品致密度達(dá)到 較佳。
煤矸石取代量為３０ｗｔ％， 燒結(jié)溫度為１４００℃時(shí)，產(chǎn)品的斷裂韌性可達(dá)３． ６２ＭＰａ·ｍ１／２，而９２氧化鋁陶瓷燒結(jié)溫度為 １４９０℃，其斷裂韌性為３．７４ＭＰａ·ｍ１／２。取代量 為３０ｗｔ％，燒結(jié)溫度１４００℃時(shí)的產(chǎn)品的斷裂韌 性優(yōu)于取代量為５０ｗｔ％，１００ｗｔ％的原因是取代 量為３０ｗｔ．％的產(chǎn)品的氧化鋁含量較高，高達(dá) ８３．８４％。詳見(jiàn)取代量為３０ｗｔ％，燒成溫度為１４００ ℃時(shí)產(chǎn)品化學(xué)成分全分析表。其它取代量的 氧化鋁含量為７９．３９％和６４．５５％。適量的添加劑如 ＭｇＯ等，能夠降低燒成溫度的同時(shí)，還能阻止氧化 鋁晶粒的長(zhǎng)大。晶粒細(xì)小，晶界增多，能夠吸收裂紋 的斷裂能，提高斷裂韌性。
為了進(jìn)一步研究產(chǎn)品的性能，對(duì)不同煤矸石 取代量的樣品進(jìn)行了洛氏硬度測(cè)試，對(duì)每種含量 的產(chǎn)品做３個(gè)，取平均值，列入表中，從表中可以看到，９２氧化鋁在燒結(jié)溫度為１４９０℃，硬度 較高，高達(dá)８６。其次是取代量為３０ｗｔ％時(shí)，燒結(jié) 溫度１４００℃時(shí)的產(chǎn)品的硬度高，達(dá)８２。取代量 為５０ｗｔ％和１００ｗｔ％，依次減少。同樣，氧化鋁 含量高是其高硬度的主要因素。降低燒成溫度的 同時(shí)，也要保證產(chǎn)品的硬度。硬度的大小在一定 程度上決定產(chǎn)品的耐磨性。從硬度指標(biāo)上將 ３０％的煤矸石取代量為佳。
觀察燒結(jié) 溫度為１４９０℃時(shí)，取代量為３０ｗｔ％，５０ｗｔ％和 １００ｗｔ％的樣品外觀形貌?？梢钥闯觯巳龢悠?， 都存在過(guò)燒現(xiàn)象，都有點(diǎn)變形。隨著取代量的增 加，白度降低并且逐漸出現(xiàn)斑點(diǎn)，較后呈現(xiàn)出較大 面積著色區(qū)域。其原因可能是由于煤矸石的添加 量變大，著色劑Ｆｅ２Ｏ３ 和ＴｉＯ２ 的含量也相應(yīng)增加 所致。觀察燒成溫度１４００℃，取代量 為３０ｗｔ％，５０ｗｔ％和１００ｗｔ％的樣品外觀形 貌。 可以看出，取代量 為３０ｗｔ％的樣品燒結(jié)較好，無(wú)斑 點(diǎn)，外型美觀。圖Ｅ存在少量斑點(diǎn)。取代量 為１００ｗｔ％的樣品外觀形 貌發(fā)生炸 裂現(xiàn)象?？赡苁怯捎谘趸韬肯鄬?duì)較高或成形 時(shí)存在微裂紋所致。觀察燒成溫度 １３７０℃，取代量３０ｗｔ％，５０ｗｔ％和１００ｗｔ％的 樣品外觀形貌?？梢园l(fā)現(xiàn)，取代量３０ｗｔ％的樣品，燒結(jié)較差，斷面較粗糙。 其余兩個(gè)樣品，燒結(jié)性能變好，外觀也變 好。可見(jiàn)煤矸石的含量增加，能夠降低燒成溫度。
分別觀察燒結(jié)溫度為１４９０℃時(shí)，取 代量為３０ｗｔ％，５０ｗｔ％和１００ｗｔ％的樣品、燒成溫度１４００ ℃，取代量為３０ｗｔ％，５０ ｗｔ％和１００ｗｔ％的樣品及燒成溫度 １３７０℃，取代量３０ｗｔ％，５０ｗｔ％和１００ｗｔ％的樣 品?？梢园l(fā)現(xiàn)，燒成溫度１４００ ℃、取代量為３０ｗｔ％的樣品的磨耗０．２４７ｇ／ｋｇ·ｈ，其耐磨性能較 好，這是由于此樣品的密度 相對(duì)較大，晶粒細(xì)小，氣孔率低，耐磨性好。
通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得到下列結(jié)論：
1、隨著煤矸石取代量增加，產(chǎn)品著色程度增 大，甚至發(fā)生炸裂現(xiàn)象。
2、煤矸石取代量為３０ｗｔ％，燒結(jié)溫度為１４００ ℃時(shí)，燒結(jié)完好，樣品外形美觀，無(wú)斑點(diǎn)。其密度為 ３．４ｃｍ３／ｇ，洛氏硬度為８２，斷裂韌性可達(dá)３．６２ ＭＰａ·ｍ１／２，磨耗為０．２４７ｇ／ｋｇ·ｈ，耐磨性能較佳。