陶瓷工艺学 3.1-3.2 釉的作用,特点,性质.ppt

第3章 釉料 3.1 釉的作用及特点 一、釉的作用 使坯体对液体和气体具有不透过性，提高了其 化学稳定性。 覆盖于坯体表面，给瓷器以美感。如将颜色釉 （大红釉、橄榄绿釉等）与艺术釉（铜红釉、 铁红釉、闪光釉等）施于坯体表面，则增加了 瓷器的艺术价值与欣赏价值。 防止沾污坯体。平整光滑的釉面，即使有沾污 也容易洗涤干净。 使产品具有特定的物理和化学性能。如抗菌性 能、生物活性等。 改善陶瓷制品的性能。釉与坯体高温下反应， 冷却后成为一个整体，正确选择釉料配方，可 以使釉面产生均匀的压应力，从而改善陶瓷制 品的机械性能、热性能、电性能等。 二、釉的特点 1、具有与玻璃相似的物理化学性质 n各向同性（折射率、弹性系数、硬度等在不同方向上具 有同样数值）； n由固态到液态或相反的变化是一个渐变的过程，无固定 的熔点； n具有光泽； n硬度大； n能抵抗酸和碱的侵蚀（氢氟酸和热碱除外）； n质地致密，对液体和气体均呈不渗透性质。 2、具有和玻璃不同的特点 釉不是单纯的硅酸盐，经常还含有硼酸盐、磷酸 盐等。 大多数釉中含有较多的Al2O3，而玻璃中Al2O3的 含量相对较少。 从釉层的显微结构上看，其结构中除了玻璃相外 ，还有少量的晶相和气泡。 釉的熔融温度范围比玻璃要宽一些。 一、釉层的物理、化学性质 1、釉的化学性质 2、釉的熔融特性 3、机械强度和硬度 4、化学稳定性 5、膨胀系数和弹性模量 6、光学性质 二、坯釉适应性 3.2 釉层的性质 一、釉的性质 1、釉的化学性质 釉的化学性质直接影响坯与釉之间的反应及釉面形成状态。 釉的化学组成应与坯体的化学组成既要接近，但又要保持适 当的差别。这样，釉与坯体在高温下相互作用，使釉中的组 分，特别是碱性氧化物和坯体充分反应而渗入坯体；同时也 促进坯体中的成分进入釉层，形成晶体。 釉在坯体表面熔融过程中，会发生一系列物理和化学变化。 其中包括： 釉本身的物化反应，如制釉原料脱水、分解、氧化、熔融 等。 釉与坯接触处的物化反应。釉料中某些组分渗入坯体 ，坯体中成分与釉料反应，形成坯釉中间层。一般坯釉 中间层从坯体中引入SiO2、Al2O3等成分，而从釉内引 入RO和R2O等成分。坯釉中间层的化学组成和性质介 于坯釉之间，并逐渐由坯过渡到釉，无明显界限。 为了获得良好的坯釉中间层，在坯体酸性较高的情况下 ，即SiO2 / RO的摩尔比高，则应该采用中等酸性的釉 料；如果坯体的酸性弱，则釉应该是接近中性或弱碱性 。否则由于两者之间化学性质相差过大，由于作用强烈 ，会使釉被坯体吸收，出现“干釉”现象。 2、釉的熔融特性 (1)熔融温度范围 概念：釉的熔融温度范围指始熔融到完全熔融之间的 温度范围。始熔融温度指釉的软化变形点，称为熔融 温度的下限；釉的完全熔融温度，称为熔融温度上限( 流动温度)。釉的烧成温度在熔融温度范围内选取，一 般选釉充分熔化并在坯上铺展成为平整光滑的釉面时 的温度。 影响釉熔融温度范围的因素 主要与釉的化学组成、细度、混合均匀程度、烧成温度 、烧成时间等有关。 组成对釉熔融温度范围的影响主要取决于釉式中的 SiO2、Al2O3和碱组分的含量和配比以及碱组分的种类。 其中以熔剂的种类和配比影响最大。熔剂按习惯分为软熔 剂和硬熔剂。软熔剂包括Li2O、Na2O、K2O、PbO；硬熔 剂包括CaO、MgO、ZnO。BaO属于硬熔剂，而在制造熔 块时，其助熔作用与PbO相似，因此又属于软熔剂。 v助熔剂在瓷釉中的作用能力有如下关系： 1molCaO相当于1/6mol K2O 1molCaO相当于1/2mol ZnO 1molCaO相当于1/6mol Na2O 1molCaO相当于1mol BaO vAl2O3的含量增加，釉的熔融温度和粘度增加。 vSiO2也是釉中重要的组分，含量也最多，其主要 作用是调节釉的熔融温度和粘度。SiO2的含量愈 多，釉的烧成温度愈高。 n釉料的颗粒细，混合得均匀，其熔融温度和始熔 融温度都相应越低。 n烧成时如温度不足或时间不足，则釉层熔融不良 ，光泽差，坯釉中间层形成不良；相反温度超过釉 的成熟温度范围，会使坯料过多地熔入釉料，而使 釉的膨胀系数小于坯，能使釉层产生剥釉现象，严 重时使釉沸腾，造成釉泡、流釉或某些组分的挥发 等缺陷。 釉的熔融温度的获得： 实验方法。把磨细的釉料制成3mm高的小圆 柱体，用高温显微镜观察，当其受热至棱角变圆 时的温度为始熔温度；当软化至与底盘面形成半 球时的温度为熔融温度；其高度降至1/2半球高度 时的温度称为流动点，亦称为釉的成熟温度（烧 成温度）。 酸度系数法。采用酸度系数法只是用来间接比较瓷釉的烧 成温度的高低。酸度系数愈大，则烧成温度愈高。酸度系数 是指组分中的酸性氧化物与碱性氧化物的摩尔比，一般以 C.A表示。 2n(R2O) n(R2O) . = 2n(RO)+ 2n(R2O)+ 6n(R2O3) n(RO)+ n(R2O)+ 3n(R2O3) 表3-2（P154）为计算酸度系数时，各氧化物的分类情况。 釉熔融温度计算。首先计算釉的熔融温度系 数K，根据计算所得K，再由表3-5查出釉的相 应熔融温度t。参见P155。 (2)釉熔体的高温粘度、表面张力、润湿性 釉熔体能否在坯体表面平滑的铺展，与其粘度、表面 张力和润湿性有关。 粘度。在成熟温度下，釉的粘度过小，流动性大 ，则容易造成流釉、堆釉及干釉等缺陷；釉的粘度过 大，流动性差，则容易引起橘釉、针眼、釉面不平滑 、光泽不好等缺陷。流动性适当的釉，不仅能填补坯 体表面的一些凹坑，而且还有利于釉与坯之间的相互 结合，生成中间层。 影响釉粘度的最重要因素：釉的组成和烧成温度。 c）三价及高价氧化物，如Al2O3、SiO2、TiO2等都会提高釉的 粘度。而B2O3对釉粘度的影响比较特殊，常出现“硼反常”现象 ，当加入量较小（一般Na2OK2O 表面张力。釉的表面张力对釉的外观质量影响很大 。表面张力过大，阻碍气体排除和熔体均化，在高温 时对坯的润湿性不利，容易造成“缩釉”(滚釉)缺陷；表 面张力过小，则容易造成“流釉”（当釉的粘度也很小 时，情况更严重），并使釉面小气泡破裂时所形成的 针孔难以弥合。 u釉表面张力大小的影响因素：化学组成、烧成温度和烧 成气氛。 u在化学组成中，碱金属氧化物对降低表面张力作用较强 。碱金属离子的半径愈大，其降低效应愈显著。按表面 张力由大到小的顺序为：Li+Na+K+。 u硅酸盐熔体表面张力随温度的提高而降低。熔体的表面 张力在高温时没有多大变化，但在低温时则显著增大。 u窑内气氛对釉熔体的表面张力也有影响。在还原气氛下 的表面张力约比在氧化气氛下增大20%。 润湿性。釉熔体对坯体的润湿性可以用釉熔体与坯体 的接触角来表示。其测定方法可将干釉制成直径10mm 、高10mm的圆柱形试样，置于坯体上，烧后测定其接 触边角，以此来判别它的润湿性。 l 从图3-1（P160）可以看出熔融釉与坯体接触边角 90o时，熔体不能将坯体润湿；坯 v如图3-15（P206）所示，当釉坯时，在坯釉冷却 过程中，釉层的收缩大于坯体的收缩，坯体受到釉层 的压缩应力；而釉却受到拉伸应力(张应力)，当张应力 超过了釉层的抗张强度时，就出现导致釉层断裂的网 状裂纹（一般称为发裂、龟裂）。膨胀系数相差愈大 ，龟裂程度就愈大。 2、釉坯 v如图3-16（P207）所示，当釉坯时，在冷却过 程中，釉的收缩小于坯体收缩，则釉受到坯体的 压缩作用，在釉层中产生可能引起釉层剥落的压 应力，这样处于压应力的釉可以抵消一部分由于 热应力或机械应力而加于制品上的张应力，从而 可提高制品的机械强度和热稳定性。 v一般釉的耐压强度较抗张强度大得多，要在相当 大的压应力下才出现剥脱现象。 3、坯釉的膨胀系数相等或非常接近（ 釉=坯） v当釉=坯时，在冷却过程中，釉中既不会出现张应力也不 会出现压应力，釉层和坯体结合完美，但这只是最理想的 状态，坯和釉的膨胀系数不可能完全一致。 v因此，在实际配制釉的时候，应配制出釉的膨胀系数略小 于坯的膨胀系数的釉料，使釉中产生不大的压应力，可以 在提高釉的热稳性及力学强度的情况下而不出现裂纹。 n提高烧成温度，延长保温时间，使釉中组分Na2O、B2O3、PbO 挥发，坯料中Al2O3通过中间层向釉中迁移，从而降低釉的膨胀 系数，使釉层造成压应力，提高了坯釉结合强度。 n也可通过快速冷却方法在釉的表面形成压应力以避免产生发裂 。 （二）中间层对坯釉适应性的影响 在釉烧时，釉中一些组分迁移到坯体的表层， 而坯体中有些组分也会扩散到釉中，在釉中熔 解，通过这种相互的扩散、熔解和渗透，使坯 釉接合部位的化学组成及物理性质均介于坯与 釉之间，结果形成了中间层。 n中间层的形成可促使坯釉间热应力均匀，发育 良好的中间层填满坯体表面缝隙，有助于釉牢 固附着在坯体上。 n中间层对提高坯釉结合性有利。当坯釉组成相 似、膨胀系数相差不大时，这时中间层的影响 就很小；而当坯釉膨胀系数相差较大时，中间 层就起着非常重要的作用。 影响中间层发育的主要因素 n坯釉组成对中间层发育的影响。若坯釉化学组成相 差愈大，则反应得愈激烈，中间层形成速度快，而且 厚、发育较好。 n烧成制度对中间层发育的影响。烧成温度愈高，烧 成时间愈长，则釉的熔解作用愈大，釉中组分的扩散 作用愈强，则坯釉反应愈充分，中间层发育良好，则 坯釉结合性变好。 n釉料的细度和厚度。釉料愈细则愈适于坯釉反应， 扩散作用加强，中间层发育良好。釉层薄，熔化后釉 组分变化大，中间层相对厚度增加，发育较好。 （三）釉的弹性、抗张强度对坯釉适应性的影响 n一般来说，具有较低弹性模量的釉，其弹性形变能力大 ，弹性好，抵抗坯釉应力或外界机械张力及热应力的能 力强，对坯釉适应有利。弹性好坏与釉的化学组成、釉 层厚度有关。 n釉的抗张强度也是影响釉面开裂和釉产品强度的重要因 素。釉的抗张强度大，也可抵消部分坯釉应力，对坯釉 结合也非常有益。 n实践证明，如果釉的弹性模量低，抗张强度高，即使坯 和釉的膨胀系数相差较大，釉层也不一定开裂。当釉的 抗张强度小而弹性模量又较高时，稍受应力就可能使釉 层开裂。 （四）釉层厚度对坯釉适应性的影响 v釉层的厚薄，在一定程度上，对坯釉适应性也有一定影响 。一般薄的釉层对坯釉