卫生陶瓷坯料配方设计.doc

.卫生陶瓷坯料配方设计、试样制备及其性能测试1.实验目的通过陶瓷工艺设计性综合实验，达到：（1）深刻常用陶瓷原料在陶瓷坯料中的作用；（2）掌握坯料配方设计和实验研究方法；（3）掌握实验技能，提高动手能力；（4）提高分析问题和解决问题的能力；（5）为毕业论文实验、进一步深造或从事专业技术工作奠定良好的基础。2.实验安排 2.1查资料，进行坯体配方设计和计算，完成实验方案设计报告。 2.2实验过程（实验流程如图2-1） 2.2.1原料处理（粉碎机或研钵） （颗粒小于1mm或全部通过20目筛） 2.2.2配料、球磨、烘干、造粒 配料量 300g 2.2.3成型按模具尺寸、每个7g原料成型试样33个以上，测试烧结温度范围用20个，按烧成温度烧成10个。20目配料400g+0.5%减水剂球磨过筛80目烘干研磨过筛喷雾造粒陈腐过筛40目压制成型烧成温度测定试样烧成性能测试料:球:水=1:2:0.6图2-1 实验流程 2.3完成实验总结报告(2周)3.设计内容 3.1前言 3.1.1课题背景 纵观我国陶瓷发展史，自改革以来，卫生陶瓷工业快速发展起来，多年位居世界第一，成为世界卫生陶瓷生产大国。 目前，中国的卫生陶瓷生产可谓诸侯林立，企业大部分集中在河南，河北和广东地区，这三个地区年产量均超过1000万件，合计产量占全国总产量的70.3%，其价格相差也十分悬殊，一套坐便器从几十元到两三千不等，从产量上来说河南是最大的，而从产品的档次和出口来讲，则是广东独占鳌头。 在国内生产陶瓷飞速发展的同时，欧盟卫生陶瓷行业也出现新的变化与发展，中国大量出口卫生陶瓷的同时也大量进口外国高档卫生陶瓷产品，国外著名的卫生陶瓷品牌纷纷在中国建厂，抢占中国高档卫生陶瓷市场。而如今，广大人民的辛福生活已离不开卫生陶瓷带来的无线便捷，生活的一部分不仅仅是柴米油盐，而更多的是居室安逸程度。行内人士都知道,陶瓷坯釉料配方是陶瓷生产企业生产和技术管理中非常重要的部分，所以卫生陶瓷广泛的应用注定了坯釉料必定是众多厂家研发的主要项目。 3.1.2目的和意义本人在这里仅就其坯料为研究对象，通过查阅文献选择一种卫生陶瓷坯料配方，来完成实验，致力总结出较合适的坯料配方。 3.2配方设计和计算过程 3.2.1配方设计（1）查阅文献得到一种卫生陶瓷的坯料化学成分（表3-1）表3-1 某卫生陶瓷的坯料化学成分（质量%）2SiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaOMgOK2ONa2O合计70.0923.480.760.510.471.052.800.6499.80 （2）实验原料的化学组成（表3-2）表3-2 实验原料的化学组成（质量%）原料SiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaOMgOK2ONa2O烧失量石英98.50.70.10.1-0.3-0.3长石64.318.90.1-0.60.213.72.10.5生砂石44.239.50.20.10.2-15.8碱矸37.539.30.61.41.41.80.22.115.7滑石粉62.00.40.1-1.530.5-5.5洪江土49.534.40.4-0.30.11.20.413.3苏州土46.4339.870.50-0.320.10-12.30 3.2.2计算过程（1）将原料化学组成中带有“烧失量”者换算成为不含烧失量的各氧化物的质量分数。上述原料经换算后的原料化学成分的质量分数如表3-3（K2O、Na2O以合量计）表3-3 换算后原料化学组成wt% 单位： %原料SiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaOMgOK2O+Na2O总计石英98.80.700.100.10-0.30-100.00长石64.6219.00.10-0.600.2015.88100.40生砂石52.4946.910.240.120.24-100.00碱矸44.4846.620.711.661.662.142.7299.99滑石粉65.610.420.11-1.5932.28-100.01洪江土57.0939.680.46-0.350.121.8599.55苏州土52.9445.460.57-0.360.11-99.44（2） 列表用化学组成满足法进行配料计算，其配料中软质粘土（采用苏州土）用量规定不超过15%，兹定为14%。计算过程见表3-4。表3-4 配料量计算过程项目化学组成SiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaOMgOK2O+Na2O某卫生陶瓷70.0923.480.760.510.471.053.44苏州土 14%7.416.360.08-0.050.02-余量62.6817.120.680.510.421.033.44滑石粉1001.03/32.28=3.19%2.090.01微量-0.051.03-余量60.5917.110.680.510.3703.44长石1003.44/15.88=21.66%14.004.120.02-0.130.043.44余量46.5912.990.660.510.24-0.040生砂石10012.99/46.91=22.11%14.5312.990.060.030.07-余量32.0600.600.480.17-0.040石英10032.06/98.80=24.29%32.060.230.030.03-0.10-余量0-0.230.570.450.17-0.140（3） 将计算所得到的配料质量分数，按原料组成中本来含有烧失量者换算成为含烧失量在内的原料配料质量分数，全部按百分比折算一次即得到配料量如表3-5所示，然后计算制备300g坯料所用的原料质量。表3-5 换算前后配料质量分数计算值换算值配料质量分数苏州土14%15.96%14.98%滑石粉3.19%3.38%3.17%长石21.66%21.77%20.43%生砂石27.69%32.89%30.87%石英32.45%32.55%30.55%106.55%100.00%制备300g坯料所用的原料质量：石英：30030.55%=91.65g长石：30020.43%=61.29g滑石粉：3003.17%=9.51g苏州土：30014.98%=44.94g生砂石：30030.87%=92.61g 3.3最终设计的配方如表3-6所示表3-6 最终设计配方项目 原料石英长石滑石粉苏州土生砂石坯料质量分数30.55%20.43%3.17%14.98%30.87%原料质量91.6561.299.5144.9492.61 3.4性能测试 3.4.1泥浆流变性的测定泥浆的流动性与相对粘度成反比,流动度(V)与相对粘度()的关系式为V=1/。流动性好的泥浆,才能保证坯体的质量,防止坯体变形。当泥浆粘度过大时,流动性差,吃浆速度较快,坯体溏软,容易出现泥浆缕,严重时导致坯体坍塌,泥浆流入模型内会造成坯体薄厚不均和浆面不平整,并在排浆时不能流净,燥时易产生坯裂等缺陷,给生产尤其是成形造成很大的困难；反之粘度过小,流动性太好,泥浆中的粗颗粒会产生沉淀,使坯体组织不均匀,干燥收缩不均,易开裂,另外吃浆速度减慢,半成品脱模晚,坯体板硬,加工性差,加工时很容易出现开裂现象。1卫生瓷泥浆的相对粘度一般在430540(用恩氏粘度计测定流出200ml泥浆所需时间)。（1）相对粘度的测定 配制电解质标准溶液：配制百分浓度为5%或10%的Na2CO3、NaSiO3两种电解质的标准溶液。电解质应在使用时配制，尤其是水玻璃极易吸收空气中CO2而降低稀释效果。Na2CO3也应保存于干燥的地方，以免在空气中变成NaHCO3而成凝聚剂。 粘土试样须经细磨、风干过100目筛。泥浆需水量的测定：称取200克干粘土，用滴定管加入蒸馏水，充分搅拌至泥浆开始呈微流动为止（不同粘土的加水量波动于3070%），记录加水量。电解质用量初步试验：在上述泥浆中，以滴定管将配好的电解质标准溶液仔细滴入，不断搅拌和匀，记下泥浆明显稀释时电解质的加入量。取5只泥浆杯编好号，各称取试样300克（准确至0.1克），各加入所确定的加水量，调至呈微流动。在5只泥浆杯加入所确定的电解质加入量，其间隔为0.5ml1ml。5只泥浆杯中所加电解质质量不同但溶液体积相等，用电动搅拌机搅拌半小时。洗净并擦干粘度计，加入蒸馏水至两个尖形标志，调整仪器水平，将具有刻度线的100ml容量瓶口对准粘度计流出孔，拔起木棒，同时记录时间，测定流出100ml水的时间，然后用木棒塞住流出孔，做三个平行实验，取平均值，作为100ml水流出时间。将上述五只泥浆杯中的泥浆用上法各做三个平行实验，取平均值，求得相对粘度B（泥浆从流出孔流出，不要触及承受瓶的瓶径壁，应成一股泥浆流下）。（2） 结果计算：相对粘度计算公式 B=Cs/Ws 式（1）式中：Cs100ml泥浆流出时间，秒 Ws100ml水流出时间，秒 B相对粘度 以泥浆的相对粘度为纵坐标，以电解质的不同加入量为横坐标绘制曲线图（如图3-1）。图 3-1 相对粘度-电解质含量曲线图3.4.2泥浆吸浆速率的测定在泥浆中固体颗粒的比表面积、泥浆浓度、泥浆温度、泥浆与石膏模间的压力差一定的条件下，单位时间内单位模型面积上所沉积的坯体重量称为吸浆速度。工艺上吸浆速度以石膏坩锅法和石膏圆柱体法测定之，前者以石膏坩锅内壁单位面积上单位时间内沉积的干坯重量表示吸浆速度，后者以石膏圆柱体外表面单位面积上单位时间内聚积坯泥的重量表示吸浆速度。 （1）烧成过程的变化及烧成温度的确定 烧成过程的变化 物理变化：体积收缩至稳定，气孔率大变小至很小稳定，强度增大，密度增大。 化学变化：高岭土莫来石、无定形铝硅化合物、液相 长石 液相、析出二次莫来 石英 液相、石英 烧成温度的确定 烧成温度：达到性能要求所需的热处理温度。 瓷化温度：气孔率最小、密度最大时的温度（范围），此时强度最大。确定方法：测定不同温度小收缩率、气孔率（吸水率），作温度收缩率，温度吸水率图。（2）吸水率、烧成线收缩率测定 吸水率计算公式 W=（G1-G0）/G0100% 式（2） 式中： W试样的吸水率，% G0试样干重，克 G1试样吸水饱和后的重量，克将泥浆注入干燥的模型中，待吃浆完成后，取出试条，烘干后测量尺寸L0，单位mm。将干燥试条放在窑炉的窑车上烧成，冷却后取出试条，测量尺寸L，单位mm。3则烧成线收缩率计算公式 Y=（L0-L）/L0100% 5 式（3） 式中： Y试样的烧成线收缩率，% L0试样干燥后长度，mm L试样烧成后的长度，mm在2001300范围内选取时选取25个温度点，设计升温曲线，分别在这些温度点测试试样的吸水率和烧成线收缩率，并绘制温度收缩率，温度吸水率曲线（如图3-2）确定烧成温度。 图3-2 吸水率、收缩率曲线(3)吸浆速度测定（石膏坩埚法）：将泥浆注入已知重量的石膏坩埚内静止25分钟，然后将多余的泥浆倒出在木架上倒置30分钟。将坩埚连同附在内壁的坯体一同置于105110下干燥至恒重，冷却，称量。4则得吸浆速率计算公式 V=(G1-G0)/At 式（4）式中：V吸浆速度，g/cm2sec G0测试前石膏坩锅重，g G1测试后坩锅重干坯重，g A坩锅内表面积，cm2 t泥浆注入坩锅后静置时间，sec 3.4.3抗弯强度测定（三点弯曲法）图3-3 三点弯曲图 抗弯强度计算公式6 Rf=3PL/2bh2 式（5）式中：Rf抗弯强度，N/m2 P试样断裂时负荷，N L支撑刀口间距，m b试样断口处宽度，m h试样断口处厚度，m确定烧成温度后，在该温度烧制试样10个，分别用抗弯强度测试仪测定它们的抗弯强度，并取平均值。参 考 文 献1马铁成，缪松兰，林绍贤，朱振峰.陶瓷工艺学M.北京.中国轻工业出版社. 2011.12周子彦，周立虹.低质坯料稀土乳白釉卫生陶瓷的研制J.唐山德盛陶瓷有限公司，063020.陶瓷.2006.No.4.29-30.3王瑞生，于之东，黄转红.卫生陶瓷泥浆、釉浆及坯料性能测试方