陶瓷工艺学参考资料.doc

传统陶瓷：以粘土为主要原料与其它天然矿物原料经过适当的配比、粉碎、成型并在高温焙烧的情况下经过一系列的物理化学反应后，形成的坚硬物质，如我们常见的日用陶瓷制品、建筑陶瓷和电瓷等。广义陶瓷：是用陶瓷生产方法制造的无机非金属固体材料和制品的通称.陶瓷分类：按概念和用途分为普通陶瓷和特种陶瓷，普通陶瓷又可分为日用陶瓷、建筑卫生陶瓷、化工陶瓷、化学瓷及其其他工业用陶瓷。按坯体的物理性能分为陶器和瓷器。陶器：吸水性一般大于3%，不透光，胎体未玻化或玻化程度差，结构不致密，断面粗糙，敲击声浑浊。瓷器：吸水性一般不大于3%，透光，胎体玻化程度高，结构致密、细腻，断面呈石状或贝壳状，敲击声清脆。炻器：吸水率不大于3%，透光性差，通常胎体较厚，呈色，断面呈石状。原料的分类1、按原料的工艺性分为：可塑性原料、非可塑性原料（瘠性原料）和熔剂原料。2、按原料用途分为：瓷坯原料、瓷釉原料、色料及彩料原料。3、按原料的矿物组成分为：黏土质原料、硅质原料、长石质原料、钙质原料和镁质原料。4、按原料获得方式分为：矿物原料和化工原料。黏土的成因：是由富含长石等硅酸盐矿物的岩石，如长石、伟晶花岗岩、斑岩。片麻岩等，经过漫长的地质年代的风化作用或热液浊变作用而形成的。黏土的分类：1、按成因：原生黏土、次生粘土。2、按可塑性：高可塑性黏土、低可塑性粘土 3、按耐火度：耐火黏土、难熔黏土、易熔黏土。黏土主要矿物质类型：高岭石类、蒙脱石类、伊利石类。黏土的工艺性质：1、可塑性是指粘土粉碎后用适量的水调和、混练后捏成泥团，在一定外力的作用下可以任意改变其形状而不发生开裂，除去外力后，仍能保持受力时的形状的性能。2、结合性是指粘土能结合非塑性原料形成良好的可塑泥团、有一定干燥强度的能力。 3、离子交换性 粘土颗粒带有电荷，其来源是其表面层的断键和晶格内部被取代的离子，因此必须吸附其它异号离子来补偿其电价，粘土的这种性质称为离子交换性。4、触变性 粘土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时，粘度会降低而流动性增加，静置后又能逐渐恢复原状。反之，相同的泥料放置一段时间后，在维持原有水分的情况下会增加粘度，出现变稠和固化现象。上述情况可以重复无数次。粘土的上述性质统称为触变性，也称为稠化性。5、收缩 粘土泥料干燥时，因包围在粘土颗粒间的水分蒸发、颗粒相互靠拢而引起的体积收缩，称为干燥收缩。粘土泥料煅烧时，由于发生一系列的物理化学变化(如脱水作用、分解作用、莫来石的生成、易熔杂质的熔化，以及熔化物充满质点间空隙等等)，因而使粘土再度产生的收缩，称为烧成收缩。这两种收缩构成粘土泥料的总收缩。6、烧结温度与烧结范围：随着温度的升高，黏土密度达到最大状态时，称为完全烧结，而此时的温度成为烧结温度。通常把烧结温度到软化温度之间，黏土试样处于相对稳定阶段的温度范围称为烧结范围。烧结性能通指粘土在烧结过程中所表现出的各种物理化学变化及性能。8、耐火度是耐火材料的重要技术指标之一，它表征材料无荷重时抵抗高温作用而不熔化的性能。黏土的加热变化：黏土是陶瓷的主要原料，陶瓷在烧成过程中所发生的一系列物理和化学变化，是在黏土加热变化的基础上进行的，因此黏土的加热变化是陶瓷制品烧成的基本理论基础。黏土在加热过程中的变化包括两个阶段：脱水阶段与脱水后产物的继续转化阶段。粘土在陶瓷生产中的作用：1、粘土的可塑性是陶瓷坯泥赖以成型的基础。2、粘土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性。3、粘土一般呈细分散颗粒，同时具有结合性。4、粘土是陶瓷坯体烧结时的主体。5、粘土是形成陶器主体结构和瓷器中莫来石晶体的主要来源。石英的种类：在陶瓷工业中，常用的石英类原料和材料有下列几种：脉石英、砂岩、石英岩、石英砂、隧石和硅藻土。石英的性质：石英的外观视其种类不同而异，有的呈乳白色，有的呈灰白半透明状态，表面具有玻璃光泽或脂肪光泽，莫氏硬度值为7，相对密度因晶型而异，波动于2.222.65g/cm3之间。石英的主要化学成分为SiO2，常含有少量杂质成分，如Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、TiO2等。石英在陶瓷生产中的作用 ： 石英是作为非可塑性原料加入到陶瓷坯料中的，它是陶瓷坯体中主要组分之一，它在陶瓷生产中的作用不仅在坯体成形时，而且在烧成时都有重要的影响。其作用概括如下：在烧成前是非可塑性原料，可对泥料的可塑性起调节作用，能降低坯体的干燥收缩，缩短干燥时间并防止坯体变形。在烧成时，石英的加热膨胀可部分地抵消坯体收缩的影响，在高温下石英能部分熔解于液相中，增加熔体的强度，而未熔解的石英颗粒，则构成坯体的骨架，可防止坯体发生软化变形等缺陷。在瓷器中，石英对坯体的力学强度有着很大的影响，合理的石英颗粒能大大提高瓷器坯体的强度，否则效果相反。同时，石英也能使瓷坯的透光度和白度得到改善。在釉料中，二氧化硅是生成玻璃质的主要组分，增加釉料中石英含量能提高釉的熔融温度与黏度，并减少釉的线胀系数。同时它是赋予釉以高的力学强度、硬度、耐磨性和耐化学侵蚀性的主要因素。长石是陶瓷原料中最常用的熔剂性原料，在陶瓷生产中用作坯料、釉料、色料、熔剂等的基本组分，其用量较大，是陶瓷三大原料之一。长石的种类和一般性质：长石是地壳上分布广泛的造岩矿物。 钠长石 NaAlSi3O8或Na2OAl2O36SiO2 钾长石 KAlSi3O8或K2OAl2O36SiO2 钙长石CaAl2Si2O8或Ca OAl2O32SiO2 钡长石 BaAl2Si2O8或Ba OAl2O32SiO2钾长石和钠长石的区别：1、钾长石有白色和红色两种，钠长石颜色多白色，少量呈灰色、青色2、钾长石破碎后块状明显，钠长石易碎钾长石: 成分 SiO2.Al2O3.CaO.Na2O. Fe2O3.K2O.MgO 含量(%) 56.2023.20 0.05 5.1 0.09 12.75 0.62 钾长石(KAlSi3O8)属单斜晶系,比重2.562.59g/cm3.它具有熔点低(115020),熔融间隔时间长.熔融粘度高等特点钠长石:成分 SiO2.Al2O3.CaO.Na2O Fe2O3.K2O.MgO. 含量(%) 64.80 18.990.80 11.40 0.09 0.62 0.60. 钠长石(NaAlSi3O8)属三斜晶系,比重2.62.65g/cm3,呈灰白色带黄.钠长石是良好的陶瓷助熔剂原料(起助熔的作用),它具有节约燃料消耗,提高坯体机械强度,降低吸水率等优点,长石在陶瓷生产中的作用：1、长石在高温下熔融，形成粘稠的玻璃熔体，是坯料中碱金属氧化物（K2O，Na2O）的主要来源，能降低陶瓷坯体组分的熔化温度，有利于成瓷和降低烧成温度。2、熔融后的长石熔体能熔解部分高岭土分解产物和石英颗粒3、长石熔体能填充于各结晶颗粒之间，有助于坯体致密和减少空隙。4、在釉料中长石是主要熔剂。5、长石作为瘠性原料，在生坯中还可以缩短坯体干燥时间、减少坯体的干燥收缩利变形等。1. 长石质瓷：是以长石作助熔剂的“长石-石英-高龄土”三组分系统瓷。是瓷器的典型代表。长石瓷的特点:瓷质洁白、半透明、断面致密、吸水率低、强度高、坚硬、透光度及热稳定好，化学稳定性好；烧成范围宽（12501350）。2. 绢云母瓷;是以绢云母作助熔剂的“绢云母-石英-高龄土”三组分系统瓷，。是传统瓷代表。组成:在原料配方中采用瓷石、高龄土，其中瓷石中的主要矿物类型为绢云母和石英，在烧成时，绢云母类矿物起到了高温助熔的作用。绢云母瓷特点:1.瓷质洁白、半透明、断面致密、吸水率低，透光度及热稳定好；烧成范围宽（12501350）、2.采用还原焰烧成，瓷胎呈“白中泛青”色调，适合于制造餐具、茶具及各类工艺美术品。3.配方应满足生产工艺的要求：具体来说，坯料应能适应成型、干燥与烧成的要求。坯料要求组成和性能稳定、要求成型性能、干燥性能（干坯强度、干燥收缩）和烧成性能（烧结温度、烧结温度范围等）要好。4. 坯料组成的表示方法：实验式表示法：陶瓷坯料一般为混合物，可以用化学实验式来表示，即以各种氧化物的摩尔数的比例来表示。这种表示方法叫化学实验式表示方法，简称实验式。从性质上可分为三类：碱性、中性或两性、酸性。化学组成表示法：以坯料中各氧化物的质量分数来表示配方组成的方法。示性矿物组成表示法：坯料配方组成以纯理论的黏土、石英、长石等矿物来表示的方法。配料量表示法：在陶瓷配方中，用原料的质量分数（或质量）来表示配方组成的方法。5. 可塑泥团的成型性能：首要性能是具有良好的可加工性，包括易于成型成各种形状而不致开裂，可以钻孔和切割，还要求干燥后有较高的生坯强度。6. 釉是覆盖在陶瓷制品表面的无色或有色的玻璃质薄层。是用矿物原料（长石、石英、滑石、高岭土等）和化工原料按一定比例配合（部分原料可先制成熔块）经过研磨制成釉浆，施于坯体表面，经一定温度煅烧而成。能增加制品的机械强度、热稳定性和电介强度，还有美化器物、便于拭洗、不被尘土腥秽侵蚀等特点。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。防止沾污坯体。使产品具有特定的物理和化学性能。改善陶瓷制品的性能。釉的特点：1、具有与玻璃相似的物理化学性质各向同性（折射率、弹性系数、硬度等在不同方向上具有同样数值）；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；具有光泽；硬度大；能抵抗酸和碱的侵蚀（氢氟酸和热碱除外）；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。釉的性质：一、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。二、釉的熔融特性：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，釉与坯接触处的物化反应。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。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。三、机械强度和硬度四、化学稳定性五、膨胀系数和弹性模量：釉中的膨胀系数大小主要决定于釉结构中离子之间的键力。键力愈大，热膨胀系数愈小；键力愈小，热膨胀系数愈大。釉的膨胀系数与温度也有一定关系，在不同温度范围内，测得的膨胀系数值是不相同的。六、光学性质：1、光泽度光泽度就是镜面反射方向光线的强度占全部反射光线强度的比例系数。2、白度：对于日用瓷、卫生瓷和釉面砖，白度是评价其外观性能的重要指标。对于高级日用细瓷，白度要求达到70%以上，而一般细瓷则要求达到65%以上。影响白度的因素主要有以下几方面： 第一，坯釉的化学组成。第二，烧成气氛的影响。釉的种类：按坯体类分：瓷器釉、炻器釉、陶器釉 按烧成温度分：低温釉，中温釉，高温釉7. 热膨胀系数对坯釉适应性的影响：釉坯，出现釉层断裂的网状裂纹。 釉坯，引起釉层脱落。 釉=坯，不出现裂纹。8. 中间层对坯釉适应性的影响：中间层对坯釉结合性的具体影响：降低了釉的热膨胀系数，消除釉裂。若中间层生成了对坯体性质相近的晶体，则有利于坯釉结合，反之，则不利于坯釉结合。釉溶解了部分坯体表面，并渗入坯体，坯釉接触面积增大，有利于釉的黏附，增加了坯釉适应性。9. 釉层厚度对坯釉适应性的影响：一般说来，薄的釉层对坯釉适应有利，原因如下：薄釉层在煅烧时组分的改变比厚釉层相对变动大，釉的热膨胀系数变化得也多，使坯、釉的热膨胀系数想接近、同时中间层相对厚度增加，故有利于提高釉的压应力，使坯釉结合良好。釉层厚度越小，釉内压应力越大，而坯体中张应力越小，这样有利于坯釉结合。第二章1. 什么叫长石质釉，有什么特征？ 溶剂成分主要是长石，主要用于硬质瓷和卫生瓷器RO长石釉中KO2+NaO2 0.6mol,SiO2含量高。主要原料：长石、石英、石灰石、粘土，1250以上。特点：硬度较大，光泽强，略呈乳白色，熔融范围宽，较适合釉上彩饰，与含 SiO2较高的坯体结合良好.2. 什么叫石灰釉，有什么特征？ 主要溶剂CaO（大于0.5mol），主要用于各种瓷器，陶器。 特点：适应性强，透光性好，硬度较高，还原焰烧成，白里泛青，利于釉下彩 饰，不足点：熔融范围窄，白度差，气氛不当易产生气泡等缺陷，近来已被滑 石釉、长石釉所取代。3. 生料釉，熔块釉的区别？ 生料釉：全部原料都不经过预选熔制，直接加水调制而成浆。 熔块釉：釉料制浆前，先将部分原料熔制成玻璃状物质并用水淬成小块，再与其余原料混合球磨成泥浆。第六章 坯、釉料制备一 坯料的质量要求：（1）配方准确 为了保证产品的性能，坯料的组成需满足配方的要求。这需要从两个方面来控制：准确称料（应除去原料中水分，按绝干料计）；加工过程中避免杂质混入。（2）组分均匀 坯料中的各种组分，包括主要原料、水分、添加剂等都应均匀分布，否则会使坯体或制品出现缺陷，降低产品性能。（3）细度合理 各组成的颗粒应达到一定细度，并具有合理的粒度分布，以保证产品的性能和后续工序的进行。（4）气孔少 各种坯料中或多或少都含有一定的空气。这些空气的存在对产品质量要求和成型都有不利的影响，应尽量减少其含量。二 釉料制备：（1）生料釉料制备 由于陶瓷生料釉组成内不使用熔块，所以他们仅限于最高烧成温度大于1150时使用。生料釉不会有任何形式的玻璃相，在烧成时必须经过足够的时间将气体排出，釉熔融后获得光滑而无气泡的釉面，因此，生料釉烧成时间要比熔块釉长。在烧成温度低于1150时，则宜采用熔块釉料。（2）熔块釉料制备 配釉原料中，有的是有毒的，如氧化铅以铅丹引入，铅丹有毒。还有的原料易溶于水影响釉浆成分均匀。熔质熔块须遵守一定的原则，若配合不当，不是熔块的熔融温度太高，就是制成的熔块中仍然有某些组成溶解于水，或者黏度太大，成分不易均匀。（3）特种釉料制备 除了上述的生料釉、熔块釉之外，还有颜色秞和结晶釉等，统称之为特种釉料。乳浊釉和无光釉则纳入熔块釉，他们的釉料制备工艺基本上是相同的，而颜色秞和结晶釉的釉料制备则有特殊之处，另划归一类。第七章 成型与模具一 成型方法分类 目前以根据坯料含水量（或含调和剂量）进行分类最为常见，其主要分类为：（1）注浆成型法，坯料含水量（或含调和剂量）38。（2）可塑成型法，坯料含水量(或含调和剂量) 26。（3）压制成型法，坯料含水量(或含调和剂量) 3。二 成型方法的选择 在选择成型方法时，最基本的依据是：产品的器形、产量和质量要求、坯料的性能以及经济效益。通常具体要考虑以下几方面：（1）产品的形状、大小和薄厚等。（2）坯料的工艺性能。（3）产品的质量和质量要求。（4）成型设备易操作，操作强度小，操作条件好，并便于与前后工序联动性或自动化。（5）技术指标高，经济效益好。三 可塑成型 （1）滚压成型 是在旋压成型基础上发展起来的一种比较新的可塑成型法。由于滚压对日用陶瓷成型具有好多优点，所以很快地获得发展。国内从1965年开始试用滚压成型，到了1970年已普遍推广应用。（2）旋压成型 是陶瓷的常用成型方法之一。它主要利用作旋转运动的石膏模与只能上下运动的样板刀来成型。（3）挤压成型 是采用真空练泥机、螺旋或活塞式挤压机，将可塑料团挤压向前，经过机嘴定型，达到制品所要求的形状。（4）车坯成型 适用于外形复杂的圆柱状产品，如圆柱形的套管、棒形支柱和棒形悬式绝缘子的成型。四 注浆成型 （1）注浆过程 一般认为注浆过程基本上可分为三个阶段。 从泥浆注入石膏模吸入开始到形成薄泥层为第一阶段。 形成薄泥层后，泥层逐厚，直到形成注件为第二阶段。 从雏坯形成后到脱模为收缩脱模阶段（也称坯体巩固阶段）。（2）注浆成型的特点 注浆成型适用于各种陶瓷产品，凡是形状复杂、不规则的、壁薄的、体积较大且尺寸要求不严的器物都可用注浆法成型。一般日用陶瓷中的花瓶、汤碗、椭圆形盘、茶壶、杯把、壶嘴等使用都可用注浆法成型。 注浆成型后的坯体结构较一致，但其含水量大而且不均匀。（3）注浆成型对泥浆的要求 1.流动性好。2.稳定性要好。3.具有适应的触变性。4.含水量要少。5.过滤性要好。6.形成的坯体要有足够的强度。7.注浆成型后坯体容易脱模。8.泥浆中不含气泡。（4）基本注浆方法 1.单面注浆。2.多面注浆。（5）强化注浆方法 1.压力注浆。2.真空注浆。3.离心注浆。4.成组注浆。5.热浆注浆。（6）其他注浆成型方法 1.热压铸成型。2.电泳注浆。五 石膏与石膏模 石膏是一种结晶矿物，其化学式为CaSO4 . 2H2O。在广义上，石膏是指各种晶型的硫酸钙统称，或者说，石膏是硫酸钙及其各种水化物的统称。 石膏模是陶瓷生产中广泛采用的多孔模具。（1）半水石膏的性质 制模用的石膏粉是半水石膏。它是将二水石膏加热脱水制得的。（2）浇注石膏模 1.选用母模（老模、模种） 母模是浇注石膏模的模型。2.浇注模型 （3）影响石膏模质量的因素 1.半水石膏的质量 一，纯度和细度。二，晶型。2.石膏粉与水的比例 一，配制石膏浆的工艺条件真空处理石膏浆。提高搅拌速度。二，添加剂 缓凝剂促凝剂增强剂第八章-第十章：1.干燥的作用：坯体中所含有的大部分机械结合水（自由水）排出，同时赋予坯体一定的干燥强度，使坯体能够有一定的强度以适应运输、修坯、粘接及施釉等加工工序的要求，同时避免了在烧成时由于水分大量汽化而带来的能量损失和各种缺陷。2.坯体中所含水分的类型：化学结合水、大气吸附水和自由水3.影响干燥速度的因素：主要因素：坯体中水分的内扩散（组成坯体物料的性质、生坯温度、坯体表面与内部的湿度差）；坯体水分中外扩散。次要因素：干燥方式、坯体的厚度和形状、干燥器的结构及坯体在干燥器重的摆放方式和位置。 4.干燥介质参数的确定：干燥介质的温度、干燥介质的湿度、干燥介质的流速和流量。5.粘接：含义：用一定稠度的粘接泥浆将各自成型好的生坯部件粘接在一起。粘结方法：干法粘接和湿法粘接6.修坯：含义：对立体半成品进行打磨加工，使其成为能适应操作施釉和入窑烧成的精坯。修坯方法：干修和湿修7.釉浆施釉法：浸釉、浇釉(钟罩式和鸭嘴式)、荡釉、涂刷釉、喷釉、甩釉、其他施釉法（旋转圆盘施釉法、滚压法、溅射施釉法等）8.什么叫烧成制度：温度制度、气氛制度和压力制度。9.烧成制度与产品性能的关系：烧成制度对产品性能的影响；时间对产品性能的影响；升、降温速度对产品性能的影响；烧成气氛对产品性能的影响10.烧成制度示例和说明：温度制度包括烧成各阶段升温速度、降温速度、最高烧成温度及高火保温时间等。强还原阶段还原气氛浓度CO为3-611.窑的种类： 1、用于烧成陶瓷制品的窑炉按操作方法的不同可分为两大类：间歇式窑和连续式窑。 2、按火焰的进行方向分： 升焰式窑（纵焰式窑或直焰式窑）； 倒焰式窑（升降焰式窑）； 半倒焰式窑； 平焰式窑（横焰式窑）。 3、按使用的燃料种类分： 柴窑；煤窑；煤气窑（瓦斯窑）；重油窑；电气窑（电热窑或电气炉，电热炉）。 又由于陶瓷种类分为瓷器窑、陶器窑、缸器窑、瓦器窑等，还有由于窑炉形状分为圆包窑、龙窑、方窑（多是长方形），阶梯窑（登窑）等12.窑具：含义：陶瓷制品在窑炉内烧成时，或者为了隔离不净的烟气接触，或者为了制品的支撑、拖放及叠装，常用一些耐火材料制成不同形状的辅助材料应用于窑内，这些辅助耐火制品统称为“窑具”陶瓷装饰：是用工艺技术和装饰材料美化日用陶瓷制品的重要手段。陶瓷装饰的方法：雕塑、色胚与化妆土、色釉、釉上彩釉下彩等。什么是陶瓷原料：是指在陶瓷制品上使用的颜料通称，包括釉上、釉下以及使釉料和坯体着色的颜料。陶瓷颜料的原料组成：一般分为色基、载色母体与矿化剂。陶瓷颜料的分类：简单化合物型、固溶体单一氧化物型、尖晶石型、钙钛矿型、硅酸盐型。陶瓷颜料的制作过程：配料混合煅烧粉碎洗涤烘干粉碎过筛影响色剂成色的因素：着色离子的化合价与配位数、溶剂的组成、基础釉的组成、烧成制度。烧成工艺对颜料发色的影响主要有哪些？1. 烧成温度（许多着色氧化物的呈色明显受温度的影响。如氧化铁在氧化气氛下800C以内呈赤褐色或鲜红色，800C以上增加黑的色调，至1200C出现黑褐色。锰的氧化物低温时呈紫色，而且比较稳定，加热至1200C常退色。锑在1100C以下与铅共用时为黄色色剂，1100C以上则退色等。）2. 烧成气氛（如果气氛会改变着离子的价态、影响着着色离子在母体矿物中固溶的程度或着色化合物的稳定性，都有可能使色剂的呈色发生变化。）什