日用长石质瓷坯料配方设计.doc

陕西科技大学实验设计报告日用长石质瓷坯料配方设计、试样制备及其性能测试1. 前言实验目的及意义：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. 文献综述陶瓷行业在我国是一个古老的行业大约已有8000多年的历史 在唐宋时期，陶瓷制造已相当发达，并形成一定的生产规模。宋代钧、汝、官、哥、定五大名窑产品闻名于世，陶瓷器作为商品开始批量输出海外 明清两代，是我国瓷业发展的历史鼎盛时期。以江西景德镇瓷器为代表，其精美多样的产品、精湛的技艺，在全世界享有极高的声誉。建国以前，我国陶瓷行业受到了严重的摧残，一蹶不振；而此间西方制瓷业却得到了很大的发展，我国的瓷国地位受到了严重的挑战。建国以来，我国的陶瓷行业得到了迅速的发展，陶瓷企业遍布全国，形成河北唐山、邯郸，山东淄博，江苏宜兴，江西景德镇，湖南醴陵，福建德化，广东佛山、湛江、汕头，辽宁海城等重点陶瓷产区；建立了陶瓷研究所、设计院、大专院校与陶瓷装备制造、装饰材料制造等专业工厂，一个完整的工业体系业已建立；产品品种也由日用陶瓷、陈设艺术陶瓷扩展到建筑卫生陶瓷、工业陶瓷及高技术陶瓷等领域。近年来，我国传统的日用陶瓷行业引进了国外先进的制瓷技术和装备，使许多产区、企业的生产进一步现代化，产品质量不断提高，产品出口创汇增加，我国日用陶瓷工业和世界先进水平的差距在逐步缩小。目前国际陶瓷业正在逐步重组，生产格局在调整变化之中。一些发达国家，如德国、美国、日本，凭借技术、资金优势转向重点发展高技术陶瓷；而日用陶瓷的生产由于原料、人工费用增加、附加值相对较低等原因，正逐步转移到发展中国家，这就为我国陶瓷产品抢占国际市场提供了难得的机遇。目前我国日用陶瓷出口数量占世界第一位但平均售价偏低的局面仍无明显改观，其主要原因是产品档次低，花色品种不适应国际市场需求 因此，从原料、燃料、辅助材料、技术装备、生产管理等诸多环节人手，提高出1：3产品的质量是我国陶瓷行业发展的关键，必须走。以质取胜”之路。长石质瓷是目前国内外陶瓷工业所普遍采用的一种瓷质。它是以长石作助熔剂的“长石石英高岭土”三组分系统瓷，由粘土、石英、长石以 211左右的比例配合，经制泥、成型、干燥、 上釉、烧制(12001400)等工序制成。这种瓷利用长石在较低温度下熔融并形成高粘度玻璃的特性。瓷胎是由玻璃相（50%60%）、莫来石晶相（10%20%）、残余石英晶相（8%12%）、半安定方石英晶相（6%10%）及微量气孔相（0.5%）构成。原料来源丰富、价格低廉,能制成大型制品，又具有相当好的电绝缘性能、力学性能、热性能、化学稳定性和耐气候性等特点。3. 实验过程总体安排 首先查阅资料选择一种长石质瓷坯的化学组成，估计其烧成温度和抗弯强度，再根据已有的原料计算出配料量，然后根据配方，制备试样若干，通过对不同温度下烧制的试样的吸水率和线收缩率测定，绘制温度收缩率，温度吸水率曲线，确定烧成温度，最后测量在此温度下烧成试样的抗弯强度，另补充电解质稀释泥浆实验。4. 实验配方设计计算（近似计算）4.1瓷坯及原料化学组成“灼减量”换算成不含灼减量的质量分数（表1表2）瓷坯为日用长石质瓷坯料通过查阅文献得到一种长石质瓷的配方如下表一所示表一某瓷器的配方 wt% 石英长石大同砂石衡阳土碱干烧成温度2820252071280通过换算得到这种原料不含酌减的各化学组成组成如下表二所示 表二 不含酌减量的各原料的化学组成 wt% 化学组成项目SiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaOMgOK2O + Na2O石英98.880.850.450.28 长石67.4718.0 0.4911.44 2.68大同砂石56.2742.740.150.230.340.27衡阳土71.2326.310.22微量0.680.330.36 0.64碱干50.7546.770.730.350.550.57 0.26通过各种原料中每种氧化物的质量，然后将各原料的同种氧化加和结果如下 组成SiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaOMgOK2O + Na2O质量（g）59.0223.060.260.080.340.233.08从而得到这种长石质瓷的化学组成如下所示组成SiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaOMgOK2O + Na2O质量百分数68.5726.790.300.090.390.273.58因此可以用所给的以下原料进行配料量的计算实验室原料使用石英、长石、生砂石、滑石粉、洪江土、苏州土表3 瓷坯及原料化学组成（含灼减）wt% 单位: % 化学组成项目SiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaOMgOK2O + Na2O灼减量日用长石质瓷瓷坯68.5726.790.300.090.390.272.78 0.80石英98.500.700.100.10 0.30 0.30长石70.1013.600.700.6010.90 3.200.70生砂石46.7037.500.200.400.100.100.10 14.60滑石粉62.000.400.101.5030.50 5.50洪江土49.5034.400.400.300.101.20 0.4013.30苏州土46.4339.870.500.320.10 12.30 表4 换算后瓷坯及原料化学组成（无灼减）wt% 单位： % 化学组成项目SiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaOMgOK2O+Na2O总计日用长石质瓷瓷坯68.5726.340.300.090.390.273.5899.99石英98.800.700.100.10 0.30 100.00长石70.5913.700.700.6014.2099.79生砂石54.6943.910.230.470.120.120.1299.66滑石粉65.610.420.111.5932.28100.01洪江土57.0939.680.460.350.12 1.8599.55苏州土52.9445.460.570.360.1199.444.2列表计算配料质量分数（表5）（注意：为保证成形性能可塑性要求，苏州土使用量不超过15%，洪江土使用量不超过20%，瓷坯MgO质量分数超过0.50%时，需加入滑石粉满足。）拟定苏州土引入量14.00%，洪江土引入量18.00%表5 配料量计算过程化学组成项目SiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaOMgOK2O+Na2O日用长石质瓷瓷坯68.5726.340.300.090.390.273.58苏州土14.00%7.416.360.08-0.050.02-余量61.1619.980.220.090.340.253.58洪江土18.00%10.287.140.08-0.060.020.33余量50.8812.840.140.090.280.233.25滑石粉1000.23/32.28=0.71%0.440.003微量-0.010.23-余量50.4412.840.140.090.2703.25长石1003.25/14.20=22.82%16.113.130.16-0.14-3.25余量34.339.710.080.090.13-0生砂石1009.71/43.91=22.11%10.339.710.080.020.02-余量24.00000.070.11-石英10024.00/98.8=24.29%24.000.170.020.02-0.06 余量0-0.02-0.020.11-4.3将算得的配料质量分数换算回含灼减量的配料质量分数，并按百分比折算一次即得配方原料 计算值/% 换算值/% 配料百分比/%苏州土 14.00 15.96 14.42洪江土 18.00 20.76 18.75滑石粉 0.710 0.75 0.68长石 22.82 22.98 20.76生砂石 22.11 25.89 23.38 石英 24.29 24.36 22.00合计 110.70 100.00即最终设计的配方为 苏州土14.42%、洪江土18.75 %、滑石粉0.68%、长石20.76%、生砂石23.38%、石英22.00%5. 材料技术指标该长石质瓷烧成温度控制在12501280，抗弯强度应在5070MPa。6.实验工艺流程、设备及工艺参数6.1实验工艺流程及工艺参数料：球：水=1:2:0.6=120目配料球磨过筛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300g 0.5%减水剂34个以上24个 10个6.2实验设备电子天平，双头快速球磨机，电热恒温干燥箱，成型压机，高温箱式电阻炉，抗弯强度测试测定仪。7. 检测项目7.1吸水率、烧成线收缩率测定吸水率计算公式 W=（G1-G0）/G0100% 式（1）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，克烧成线收缩率计算公式Y=（L0-L）/L0100% 式（2） 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，温度吸水率曲线确定烧成温度。 温度7.2抗弯强度测定（三点弯曲法）Rf=3PL/2bh2 式（3）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。8. 电解质稀释泥浆实验（1）稀释剂：碳酸钠、硅酸钠溶液（2）定量泥浆，加入等体积不同浓度稀释剂，（3）恩氏粘度计测试相对粘度；（4）确定最佳稀释范围。9. 参考文献1李家驹，缪松兰，马铁成，林绍贤，朱振峰.陶瓷工艺学.北京.中国轻工业出版社 2010.82裴秀娟，石振江，金宝元.日用陶瓷工厂技术员手册.北京.化学工业出版社2007.73徐刚.