无机非金属材料学：第八章 配料计算及坯料制备

第八章配料计算及坯料制备陶瓷的组成设计及配料计算陶瓷的组成与结构陶瓷的相组成：结晶物质、玻璃态物质、气孔陶瓷烧结体的显微组织结构2.陶瓷性能由陶瓷的化学组成及加工工艺决定。§8.1配料方案的确定

8.1.1确定配方的重要性8.1.2坯料组成坯料组成的表示方法实际配料比表示矿物组成表示化学组成表示坯式表示矿物组成表示化学组成表示坯式表示坯料的类型2.传统陶瓷的坯料组成

瓷器炻器精陶3.特种陶瓷的坯料组成1）主料2）辅料3）改性料§8.2坯料配方计算8.2.1坯料配方的确定8.2.2坯式及坯料配方的计算一、坯式的计算1.已知坯料化学组成计算坯式例1.已知坯料化学全分析如下（%）质量，试计算其坯式⑴若坯料中的化学组分含有灼减，首先应将其换算成不含灼减的化学组成⑵用各氧化物的摩尔质量去除该氧化物的质量百分数，得各氧化物的摩尔数⑶以中性氧化物R2O3的摩尔数为基准，令其和为1，计算各氧化物的相对摩尔数，作为相应氧化物的系数⑷按照规定顺序排列出坯式SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2O灼减合计63.3724.870.811.150.322.051.895.54100.00解：⑴先将该瓷坯的化学组成换算为不含灼减的化学组成SiO2：63.37/(100-5.54)=67.09；Al2O3：24.87/(100-5.54)=26.33依此类推得：Fe2O3：0.8575；CaO：1.217；MgO：0.3388K2O：2.17；Na2O：2.001⑵计算各氧化物的摩尔数（百分比/分子量）

SiO2：

67.09/60.06=1.116；Al2O3：26.33/101.94=0.2583依此类推得：Fe2O3：0.0054；CaO：0.0217；MgO：0.0084K2O：0.0230；Na2O：0.0323⑶以中性氧化物摩尔数总和为基准，令其为1，计算相对摩尔数中性氧化物Al2O3+Fe2O3摩尔总和为:0.2583+0.0054=0.2637

以此数0.2637除各氧化物的摩尔数可得：SiO2：

1.116/

0.2637

=4.232；Al2O3：0.2583/

0.2637

=0.9795依此类推得：Fe2O3：0.0205；CaO：0.0823；MgO：0.0319K2O：0.0872；Na2O：0.1224

⑷按碱性、中性、酸性氧化物的顺序排列出坯式

0.0872K2O0.1224Na2O0.9795Al2O30.0823CaO0.0205Fe2O3

0.0319MgO·4.232SiO2·2.已知坯式，求化学组成⑴将坯式中各氧化物的摩尔数，乘以相应氧化物的摩尔质量，得出各氧化物质量克数⑵由坯式中个氧化物质量总和为基准，求出各氧化物的不含灼减的化学组成⑶若已知灼减，则可再化为包含灼减的化学组成3.由实际配料比计算实验式例某厂的坯料配方如下：

石英13%；长石22%；宽城土65%；滑石1%各种原料的化学组分如下表所示：求该坯料的实验式⑴将各种原料的化学组成换算成不含灼减的化学组成⑵将各种原料的配料量，乘以各氧化物的百分数，即可得到各种氧化物的分质量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2O灼减合计长石石英宽城土滑石65.6298.5458.4360.4419.420.7230.001.190.710.270.310.140.200.370.473.10----0.250.4229.028.97----0.48----4.87----0.12----0.41----9.645.32100.18100.1599.9899.21⑶将各种原料中共同氧化物的质量加在一起，得到坯料中各氧化物的总质量⑷下同一，1解法二、由实验式计算配方例：某瓷坯的实验式要求如下，某地所产原料的种类及化学组成见下表，试计算其配方

0.173K2O0.035CaO0.005MgO·4.506SiO2·0.992Al2O30.008Fe2O3

类别SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2O

灼减∑钾长石高岭土石英64.0047.00100.0019.0039.00－0.190.47－0.300.78－0.500.13－16.00－－－12.60－99.9999.98100.001.首先将瓷坯的实验式换算为不含灼减的各氧化物化学组成2.分析瓷坯中某种氧化物应由哪种原料提供，再根据这种氧化物在该种原料中的含量，计算其用量3.当某种氧化物由两种或两种以上配料引入时，可根据需要的配合比例，逐项从坯料成分中扣除，其对应的含量最终剩余量中若某氧化物仍较大时可选用纯原料补足，若无剩余或剩余量甚微则计算结束。

类别SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2O

灼减∑

瓷坯69.0425.800.300.500.204.16－100.00钾长石高岭土石英64.0047.00100.0019.0039.00－0.190.47－0.300.78－0.500.13－16.00－－－12.60－99.9999.98100.00

类别SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2O

灼减∑

瓷坯69.0425.800.300.500.204.16－100.00钾长石余量高岭土余量

石英余量2616.644.940.050.080.134.1652.4020.860.250.420.07053.4925.1420.860.250.420.0727.26000027.2627.260三、由示性矿物组成计算配方将化学组成中的CaO、MgO、Na2O、K2O、Fe2O3、TiO2均作为熔剂部分，即作为长石来计算（R2O·Al2O3·6SiO2）例：原料的化学成分如下表，

类别SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2O

灼减高岭土苏州土长石石英48.3049.0964.9396.9039.0736.7418.040.110.150.400.120.120.050.110.383.020.020.200.21－0.180.5214.45－0.030.111.54－12.0912.810.33－试用以上四种原料计算出坯料中含粘土矿物63.08%、长石矿物28.62%、石英矿物8.30%的配料量，已知坯料中粘土矿物一半由高岭土供给，另一半由苏州土供给1.将各种原料的化学组分换算成示性矿物组分，先将其简化如高岭土原料简化为SiO248.30；Al2O339.07；K2O0.43SiO2Al2O3K2O高岭土48.3039.070.43粘土(Al2O3

·2SiO2·2H2O)长石(K2O·Al2O3

·6SiO2)石英(SiO2)经计算可得原料的矿物组成粘土矿物长石矿物石英矿物高岭土96.78%1.96%1.26%苏州土89.72%7.66%2.62%长石—100%—石英—4.4%95.6%2.由于坯料中粘土矿物一半由高岭土供给高岭土用量（0.5×63.08）×100/96.78=32.59%粘土用量（0.5×63.08）×100/89.72=35.15%由32.59%高岭土引入的长石矿物：32.59×0.0196=0.64

石英矿物：32.59×0.0126=0.41由35.15%苏州土引入的长石矿物：35.15×0.0766=2.69

石英矿物：35.15×0.0262=0.92高岭土和苏州土共引入的石英矿物：0.41+0.92=1.33坯中需石英矿物8.30，故石英用量为：（8.30-1.33）×100/95.60=7.29%由7.29%石英引入的长石矿物：7.29×0.044=0.32由高岭土、苏州土和石英共同引入的长石：0.64+2.69+0.32=3.65故长石用量为：28.62%-3.65%=24.97%四、用三元系统法计算配方三元系统法是先把坯料和所用原料中氧化物换算为RO2-Al2O3-SiO2三元系统，然后用代数法或图解法计算，换算方法是：1.把化学组成中主要形成熔剂的氧化物CaO、MgO、Na2O分别乘以1.68、2.35、1.5转换成相当K2O的含量。2.把Fe2O3乘以0.9转化为相当

Al2O3的含量。例：用A、B、C三种原料配成瓷器坯料，现已将其化学组成转化为三元系统所要求的形式，如下表示，试用代数法求三种原料的配比。解：设坯料100Kg时用原料A为x，原料B为y，原料C为z，则可列出方程组类别单位R2OAl2O3SiO2坯料%4.526.269.3原料A原料B原料C%%%2.442.5913.0216.8041.3522.5180.7656.0664.47

0.0244x+0.0259y+0.1302z=4.50.1680x+0.4135y+0.2251z=26.20.8076x+0.5606y+0.6447z=69.3解方程组得：x=47.14kg；y=33.75kg；z=18.92kg例：试用图解法计算上例配方。

AD.CB解：作R2O－Al2O3－SiO2三元系统图，将坯料、原料A、原料B、原料C分别用D、A、B、C在图上标出;

联接AD，并延长到BC交于点R。如左图所示：测量各线段的长度：AD=8.8mm；DR=9.8mm；AR=20.6mm；

CR=11.2mm；RB=5.0mm；CB=16.2mm；根据杠杆定理算出三种原料的配比：

A%=(DR/AR)×100%=(9.8/20.6)×100%=45.57%含有原料B和C的R=AD/AR；而B=(CR/CB)·R；C=(RB/CB)·R故B%=(AD/AR)(CR/CB)×100%=36.20%C%=(AD/AR)(RB/CB)×100%=16.17%R习题1原料的矿物组成如表所示，今欲配成下式的坯料，试计算其配料比例。0.144K2O0.032Na2O0.025CaO0.020MgO1.0Al2O34.92SiO2原料粘土矿物长石矿物石英矿物粘土长石石英72.052.83-8.3694.30-19.592.8799.40原料的矿物组成（质量分数）/%2已知瓷坯及其所选原料的化学组成如表所示，试计算其配方。类别SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2O灼减合计瓷坯69.0425.800.300.500.204.15-100.00钾长石高岭土石英64.0047.00100.0019.0039.00-0.190.47-0.300.78-0.500.13-16.00---12.60-99.9999.98100.