陶瓷工艺学.doc

0绪论1. 按陶瓷概念和用途来分：普通陶瓷和特种陶瓷。普通陶瓷即为陶瓷概念中的传统陶瓷，这一类陶瓷根据使用领域的不同又可以我分为日用陶瓷，建筑卫生陶瓷，化工陶瓷，化学瓷，电瓷及其他工业用陶瓷。普通陶瓷以外的广义概念中所涉及的陶瓷材料和制品即为特种陶瓷。特种陶瓷跟又可分为结构材料用陶瓷和功能陶瓷2. 按坯体的物理性能分类：根据陶瓷坯体的结构不同和所标志的坯体致密度的不同，把所有陶瓷制品分为两大类：陶器和瓷器.3. 陶瓷在现代化建设中的作用：首先。陶瓷是人民日常生活中所不可缺少的日用品，几千年来一直是人类所用以生活的主要餐具.茶具和容器。另外，陶瓷又是制造美术陈设器皿的最耐久最富于装饰性的材料。陶瓷又是一个原料来源丰富，传统技艺悠久，具有坚硬.耐用及一系列优良性能的材料。另外农业的灌溉和农产品的加工也需要大量的陶瓷管道和设备用具。总之，陶瓷工业的产品已遍及到民用和工业用的各个方面，是现代化建设中不可忽视的一个产业。第一章1.陶瓷材料制品由多相的无机非金属材料所构成，所用原料大部分是天然的矿物原料或岩石原料，其中多为硅酸盐矿物，这些原料种类繁多，资源蕴藏丰富，且分布极广。2.原料的分类：一 根据原料的工艺特性分为：可塑性原料。非可塑原料（也称瘠性原料），熔剂性原料。二 根据原料的用途来分为:瓷坯原料,瓷釉原料, 色彩及彩料原料。三 根据原料的矿物组成可以分为：粘土类原料，矿质原料，长石质原料，钙质原料，镁质原料.四 根据原料获得方式不同分为: 矿物原料和化工原料。 除了上述的陶瓷坯体中所需要的三大原料外，陶瓷釉料还常常需要用各种特殊的熔剂原料，包括采用各种化工原料。陶瓷工业中所需要的辅助材料主要是石膏和耐火材料，以及各种外加剂如助磨剂，助滤剂，解凝剂，增塑剂和增强剂等粘土类原料3.粘土类原料是日用陶瓷的主要原料之一，细瓷配料中粘土类原料的用量常常达到了40%60%，陶器和炻器中用量还可增多。4.粘土的分类: (1)按成因分类：原生粘土，次生粘土， （2）按可塑性分：高可塑性和低可塑性粘土 （3）按耐火度分：耐火粘土，难熔粘土，易熔粘土， （4）按矿物类型分：高岭石类（Al2O3.2SIO2.2H2O）蒙脱石类（理论化学式AL2O3.4SIO2.nH2O）, 伊利石类5.粘土的组成 矿物组成：在粘土形成的过程中，常由于岩石分化未完全，或由于其他因素而混入了一些非粘土矿物和有机物质这些物质我们统称为杂志矿物. 、 杂志矿物的类别和对粘土性质的影响：石英和母岩残渣 对粘土的可塑性和干燥后的强度产生不良影响故工厂中采用淘洗法碳酸盐及硫酸盐类 碳酸盐类如果以很微细的颗粒分布在粘土中，其影响不大如果以较粗的颗粒存在，则往往在烧后会吸收空气中的水分而局部爆裂。含有较细的碳酸盐的粘土可在高温下分解出氧化钙和氧化镁起熔剂的作用降低烧成温度，如果粘土中含有可溶性的硫酸盐能使制品表明形成一层白霜。这是由于坯体在干燥时可溶性盐随水的蒸发而在表面析出所致，较多的硫酸盐因其在氧化气氛中的分解温度较高容易引起坯泡。石膏细块还会和粘土熔化形成绿色的玻璃质熔洞铁和钛的化合物 粘土中贴的化合物都能是坯体呈色，同时降低粘土的耐火度，也会严重影响制品的介电性能和化学稳定性有机杂质 这些都能使粘土呈暗色甚至黑色，但他们在煅烧的时候能被烧掉因此只要不含有别的着色物质，黑色粘土仍可以烧出白质陶瓷，有的有机物质有着显著的胶体性质可以增加粘土的可塑性和泥浆的流动性但有机物质过多时也有造成瓷器表明起泡与针孔的可能，需在烧成中加强氧化来解决这个矛盾。 化学组成 由于粘土中的主要粘土矿物都是含水的铝硅酸盐，因此主要化学成分为二氧化硅和氧化铝水。此外随着地质生成条件的不同，还会含有少量的碱金属氧化物 碱土金属氧化物以及氧化铁和氧化钛等。在上述九个项目中化合水一般不作直接测定而已灼烧减量或者灼烧矢量的形式来测定。灼烧减量一项除了包括化合水之外还包括碳酸盐的分解和有机物的挥发等所引起的质量减轻。当粘土比较纯净，杂质含量少时灼烧减量可以近似的作为化合水的量粘土化学分析的作用 1化学组成可以作为鉴定粘土的矿物组成的参考2.可以估计粘土的耐火度3.可以推断粘土煅烧后的呈色4.可以估计粘土的成型性能5.可以推断粘土在烧结过程中产生膨胀或气泡的可能性6.根据化学分析的数据可以粗略地计算该粘土矿物组成的示性分析 颗粒的组成 颗粒组成是指粘土中含有不同大小颗粒的质量分数。粘土中的粘土矿物的颗粒是很细的，其直径一般在12um以下，而不同的粘土矿物其颗粒大小也不同，蒙脱石和伊利石的颗粒要比高岭石小，粘土中的非粘土矿物的颗粒一般较粗，可在12um之上。由于细颗粒的比表面积大其表面能也大，因此当粘土中的细颗粒愈多时，则其可塑性愈强，干燥收缩大，干后强度愈高，并且在烧成时也易于烧结，烧后的气孔率亦小，有利于成品的力学强度，白度和半透明的提高 此外粘土的颗粒形状和结晶程度也会影响其工艺性质，片状结构比杆状结构的颗粒堆积致密，塑性大强度高结晶程度差的颗粒可塑性也大 测定粘土原料颗粒大小的方法：显微镜.电子显微镜.水簸法.混浊法.吸附法等 最简单的和最普通的方法是筛分析(0.06MM以上)与沉降法粘土的工艺性质:1. 可塑性 粘土与矢量的水混练以后形成泥团,这种泥团在一定的外力的作用下产生形变但不开裂,当外力去掉以后,仍能保持其形状不变,粘土的这种性质称为可塑性. 粘土的可塑性的大小只要决定于固相和液相的性质和数量.固相的性质主要是指固体物料类型.颗粒形状.颗粒大小及粒度分布.颗粒的离子交换能力等.液相性质主要是指液相对固相的侵润能力和液相的黏度.一般说来固体分散相的颗粒愈小,分散度愈高,比表面积愈大,可塑性就愈好.尤其是粘土中是否有胶体物质存在,对其可塑性的影响尤其大,所以粘土中其水铝英石含量高,可塑性亦好,另外固体分散相的颗粒形状也对可塑性有影响.测定粘土可塑性的方法: 目前我国常用的方法有可塑性指数法和可塑性指标法两种.可塑性指数是指粘土的液限含水率与塑限含水率之差.可塑性指数表示粘土能形成可塑性泥团的水分变化范围.指数大则成型水分范围大,成型时不易受周围环境及模具的影响.强塑性粘土指数15或者指标3.6 中塑性粘土指数715或指标2.53.6; 弱塑性粘土指数17或指标2.5 非塑性粘土指数1 提高坯料可塑性的措施; 将粘土原矿进行淘洗除去所夹杂的非可塑性物料，或进行长期风化。 将湿润了的粘土或坯料长期陈腐 将泥料进行真空处理并多次练泥 掺用少量的强可塑性粘土 必要时加入适当的胶体物质 降低坯料可塑性的措施： 加入非可塑性原料 将部分粘土预先煅烧2. 结合性 粘土的结合性是指粘土能粘结一定细度的瘠性物料，形成可塑泥团并有一定干燥强度的性能。粘土的这一性质能保证坯体有一定的干燥强度是坯体干燥修理上釉等能够进行的基础也是配料调节泥料性质的重要因素。粘土的结合性主要表现为其能粘结其他瘠性物料的结合力的大小。粘土的结合力与可塑性是两个概念，是两个不完全相同的工艺性质。3. 离子交换性 4. 触变性 粘土泥浆或可塑泥团受到振动或者搅拌时，粘度会降低而流动性增加，静置后逐渐恢复原状。此外泥料放置一段时间后在维持原有水分的情况下也会出现变稠和固化现象，这种性质统称为触变性。 泥料的触变性在测定时以厚化度来表示5. 干燥收缩和烧成收缩 粘土泥料干燥时，因包围在粘土颗粒间的水分蒸发，颗粒相互靠拢引起体积收缩，称为干燥收缩。粘土泥料在煅烧时由于一系列的物理化学变化因而粘土再度收缩，陈伟烧成收缩。这两种收缩构成粘土原料的总收缩 干=（L0-L干）/L干*100%6. 烧结温度与烧结范围 重点（粘土加热时的收缩与气孔率曲线分析）7. 耐火度 粘土的耐火度主要取决于其化学组成。氧化铝含量高其耐火度就高，碱类氧化物能降低粘土的耐火度。通常可根据粘土原料中的氧化铝和氧化硅的比值来判断耐火度 比值愈大耐火度愈高，烧结范围也愈宽粘土的加热变化粘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1. 高岭石类粘土脱水后生成偏高岭石 反应式如下：AL2O32SiO22H2O=Al2O32SiO2+2H2O 2. 偏高岭石在925度时开始转化 2Al2O32SiO2=2Al2O33SiO2（al-si尖晶石）+SiO23. 继续加热转化为热力学稳定的莫来生而分离出方石英3（2Al2O33SiO2）=2（3Al2O3 2SiO2）莫来石+5 SiO2（方石英）4. 各种粘土矿物在高温下都能生成莫来石晶体5. 伴随着加热中粘土物质所发生的化学变化，相应地发生了物理性质的变化，其变化为：气孔率从900摄氏度开始陆续下降，指1200度以后下降速度最为剧烈失去部分质量现象主要发生在脱水阶段，脱水阶段后仍有残留结构水排除而失去微笑质量相对密度在900度以前稍有降低，而在90010000C的温度范围内相对密度大大增加，收缩异常显著。收缩的开始温度则由于粘土的不同其开始温度也不同，可在5001000度以前收缩较缓慢，至9001000度以上时收缩急剧增加，到达粘土的烧结温度时收缩才终止温度超出烧结温度范围时，将重新出现气孔增加，坯体膨胀现象，乃至整个坯体烧熔，对于一些杂志较多的易熔粘土等，其发生的物理变化相似但反应温度会有所不同。粘土在陶瓷生产中作用：1粘土的可塑性是陶瓷坯体赖以成型的基础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题，粘土中的氧化铝含量和杂志含量是决定陶瓷坯体的烧结程度，烧结温度和软化温度的主要因素5.粘土是形成陶瓷主体结构和瓷器中莫来石晶体的主要来源。石英类原料一石英的种类和性质 石英的种类：自然界中的二氧化硅结晶矿物可以统称为石英。石英类原料和材料有下列几种：脉石英 砂岩 石英岩 石英砂 燧石 硅藻土 二 石英原料的性质：石英的莫氏硬度为7 具有强耐酸侵蚀力的酸性氧化物，除氢氟酸外一般酸类对它都不产生作用。石英的晶型转化：图略 横向之间转换温度高 纵向之间转换温度低 危害性：横向转换小 纵向大石英在陶瓷生产中的作用：1在烧成前是瘠性原料，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。2.在烧成时，石英的加热膨胀可部分的抵消坯体收缩的影响，当玻璃质大量出现，在高温下石英能部分熔解于液相中，增加熔体的黏度，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。3.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的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度和白度得到改善。4.在釉料中二氧化硅是生成玻璃质的主要部分，增加釉料中石英含量能提高釉的熔融温度与黏度，并减少釉的热膨胀系数，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.长石类原料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，用量较大，是陶瓷三大原料之一长石主要有四种基本类型：钠长石 Na2O Al2O36SiO2 钾长石 K2OAl2O36SiO2 钙长石 CaO Al2O32SiO2 钡长石 BaoAl2O32SiO其中前三者居多，后一种较少。工业上对长石的含铁量要求对比粘土的要求更为严格，氧化铁的含量应控制在0.5%以下为宜。长石的熔融特性：为了是坯料便越烧结而又防止变形，作为熔剂的长石，一般希望长石具有较低的熔化温度，较宽的烧熔范围，较高的烧熔液相黏度和良好的熔解其他物质的能力，因此，长石的熔融特性对于陶瓷生产来说具有很重要的意义 各种长石的熔融温度分别为：钾长石1150 钠长石1100 钙长石1550 钡长石1715.钾长石的熔融温度不是太高，且其熔融温度范围宽，这与钾长石的熔融反应有关，钾长石从1130开始软化熔融，在1220时开始分解 生成白瘤子石与二氧化硅的共熔体，称为玻璃台粘稠物，其反应如下：K2OAl2O36SiO2= K2OAl2O34SiO2+2SiO2 熔融物呈稍带透明的乳白色，体积膨胀7%8.65% 钾长石的这种熔融后形成粘度较大的熔体并且随着温度升高熔体的粘度逐渐降低的特性，在陶瓷生产中有利于烧成控制和防止变形。所以在陶瓷坯料中以选用正长石或微斜长石为宜。长石在陶瓷生产中的作用：主要表现为它的熔融和熔化其他物质的性质。长石在高温下熔融，形成粘稠的玻璃液体，是坯料中碱金属氧化物的主要来源，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。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。液相中的氧化铝和二氧化硅互相作用，促进莫来石晶体的形成和长大，赋予了坯体的力学强度和化学稳定性。长石熔体能填充与各结晶颗粒之间，有助于坯体致密和减少空隙，冷却后的长石熔体，构成了瓷的玻璃基质，增加了透明度，并有助于瓷坯的力学强度和电气性能的提高。在釉料中长石是主要熔剂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和变形等。其他矿物原料骨灰是脊椎动物骨骼经一定温度煅烧后的产物，其中绝大部分有机物被烧掉，而剩下无机盐类，其主要成分为羟基磷灰石，其结构式为Ca10(PO4)(OH)2锆英石一般作为普通陶瓷釉料中的乳浊剂被广泛使用，在建筑卫生瓷釉料中一般加入量为10%16%它在釉料中不仅起乳浊作用还可以提高釉的白度和耐磨性，并能增大抗釉面龟裂性和釉面硬度陶瓷原料总体要求;1.成分稳定且长期保持均匀2.有益组成成分可不限制3.成分中杂志含量不超限第二章坯料、长石质瓷的特点是烧成温度范围比较宽，以其组分比例及工艺因素的不同，变动范围很宽，可以配成11501450温度范围内烧成的各种瓷器。我国的长石质瓷的烧成温度一般为12501350之间男男女女男男女女，长石质瓷的瓷胎是有玻璃相，莫来石相，残余石英晶相及微量气孔构成。各种氧化物在瓷中的作用：二氧化硅是瓷的主要成分，含量很高，直接影响瓷的强度及其他性能瓷中的氧化铝主要是由长石和高岭土引入的，是成瓷的主要成分，氧化铝可以提高瓷的化学稳定性与热稳定性，提高瓷的物理化学性能和力学性能，提高白度。含量多会提高瓷的烧成温度，若过少，则瓷坯趋于易熔，容易变形。氧化钾和氧化钠主要由长石引入，他们也是成瓷的主要成分，起助熔剂作用，存在与玻璃相中提高其透明度。一般总量控制在5%以下否则会急剧的降低瓷的烧成温度和热稳定性碱土金属氧化物在少量情况下只与碱金属氧化物共同起着祝融作用，但引入了氧化钙和氧化镁等，可以相对的提高瓷的热稳定性和力学强度，提高白度和透明度，改进瓷的色调，削弱铁钛的不良着色影响着色氧化物 瓷组成中的贴钛氧化物含量较微但他们的有害影响却很大，可使瓷被着色成不好的色泽，影响其外观品质。 我国瓷器的示性狂组组成范围一般为长石20%30%石英25%35%粘土物质40%50%,烧成温度在12501350 磷酸盐质瓷是以磷酸钙作熔剂的“磷酸盐-高岭土-石英-长石”系统瓷 其中磷酸盐可有骨磷或者骨灰引入，习惯上通称为骨灰瓷。一般分为两次烧成，第一次为素烧，温度为850900，第二次为釉烧，温度为12001280.精陶器一般都采用两次烧成，第一次素烧温度我在12001300 第二次釉烧温度在10501150坯料组成的表示方法：实验式表达法（各组氧化物的摩尔比来表示）示性矿物组成表示法（以纯理论的坯料矿物来表示）化学组成表示法（用坯料氧化物的质量分数来表示配方组成）配料量表示法（原料质量分数来表示配方组成）第三章 釉料釉的作用：1、不透过性 2、美感 3、防污 4、特定的物理和化学性能 5、改善陶瓷制品的性能釉的特点和性质：釉的熔融温度可以通过试验方法获得，也可以通过酸度系数、熔融温度系数大致的推测。釉层内的气泡1、 由于釉本身反映产生的气泡A、 胚体中存在很多气泡，分为开口气孔和闭口气孔。B、 胚釉中含有碳酸根离子、硫酸根离子、硝酸根离子、四氧化三铅等，在高温下分解而排出气体，有些矿物在高温下排出结晶水也会产生气泡。C、 熔块中融入的水分在高温下溢出，也会产生气泡。D、 氧化铁分解产生氧化亚铁和氧气，产生气泡。2、 由于碳素形成气泡：一方面烧成气氛中的一氧化碳容易被方石英吸收，而且一氧化碳在高温下裂解产生碳和二氧化碳，二氧化碳在釉层中形成气泡。另一方面，裂解的碳沉积在釉质表面，在高温下氧化形成二氧化碳而产生气泡。3、 工艺因素形成的气泡A、 胚体中气体在高温下通过釉面而产生气泡。B、 施釉时将一部分气体封闭在釉层中，也会产生气泡，或者在釉层中加入一些添加剂而引入气泡。C、 窑炉中的燃烧产物会夹带进入釉层中形成气泡。D、 快速烧成时胚釉中气体来不及排出，而被封闭在其中而形成气泡。气泡带来的影响1、 使外观品质下降。2、 釉面耐磨程度下降。3、 耐酸碱腐蚀能力也下降。4、 力学强度也有所下降。胚釉的适应性：熔融性能良好的釉熔体，冷却后与胚体紧密结合成完美的整体，釉面不致龟裂和剥脱的特性。产生釉层不适当应力的原因：胚釉之间的膨胀系数差、胚釉中间层、釉的弹性、抗张强度及釉层厚度等膨胀系数对胚釉适应性的影响情况1、 釉的膨胀系数大于胚的膨胀系数2、 釉的膨胀系数小于胚的膨胀系数3、 釉的膨胀系数与胚的膨胀系数相等或非常接近第四章 显微结构与性质显微结构：在不同类型显微镜下观察到的材料的组织结构。石英、长石、滑石、工业氧化锌、粘土的预烧石英：它们都是质地坚硬的块状物料，硬度7，粉碎困难，效率低而且容易磨损设备零件。将石英在粉碎前先煅烧到900-1000度，以强化晶型转变，然后在空气或冷水中急冷，加剧产生内应力，促使碎裂。石英煅烧还可以使着色氧化物呈色加深，并使夹杂物暴露出来，便于肉眼鉴别进行拣选。长石：长石是陶瓷胚体和釉料常用的原料，胚体用长石无需预烧，釉料用长石在特定条件下才需要预烧。配釉中通常为钾长石，预烧是为了最大限度防止气泡对釉面造成不良影响。另一方面，还可以避免长石中的氧化钾氧化钠在球磨和搅拌过程中被水溶液浸出，减少由于碱性成分分布不均带来的烧成缺陷。预烧要视长石品质、釉性能要求而定。滑石：预烧滑石的温度与原料的产状有关。片状结构要较高的温度，细片结构有一定杂质，温度要求低。滑石预烧常在倒烟窑中进行，也有在隧道窑中带烧。工业氧化锌：氧化锌一般用在陶瓷釉中，用量较多时会造成釉缩缺陷，故而须要预烧。氧化锌的预烧一般为1250度左右。可以把粉状氧化锌装在匣钵中，在倒烟窑或隧道窑中煅烧。然后磨细待用。粘土：在于减少收缩提高纯度。配料中用量较大或烧失量较大的粘土常常要预烧一部分，以减少胚