陶瓷生产技术及设备

本课程讲授的主要内容：●《陶瓷工艺学》：第6、7、8、9、10、11章。●《耐火材料工艺学》：第5、6、7、8、10、11章的主要内容。●《陶瓷热工设备》：第1、2章的主要内容。第一章原料的处理绪言陶瓷制品的一般生产工艺过程：烧后处理模型制作工作模坯料制备成型釉浆制作釉浆性能检测干燥检验施釉烧成检验入库◆坯料制备流程：真空练泥硬质颗粒料粘土类原料风化、拣选除杂配料湿法球磨过筛、除铁压滤榨泥泥饼陈腐水、电解质过筛浆池陈腐浆池注浆成型坯料（泥浆）挤制泥段可塑成型坯料（泥团、泥段）喷雾干燥制粉粉料过筛料仓陈腐压制成型坯料（粉料）泥浆泵泥浆性能检测●1.1原料的精选一、精选方法原料精选主要是对原料进行分离、提纯，除去其中的各种杂质（尤其是铁质矿物），使之满足制品的质量性能要求。

◆精选方法分类

（一）物理方法：适用于除去与原料颗粒以分离状态存在的杂质。物理方法：分级法、磁选法、超声波法…化学方法：溶解法、升华法物理化学方法：浮选法、电解法1.分级法：包括淘洗法、水力旋流法、风选法、筛选法等，在在硅酸盐工业中被普遍采用。主要是利用矿物颗粒的尺寸大小或密度差别来进行分离的。（1）淘洗法1.1原料精选1.分级法

（一）物理方法（2）水力旋流法1.1原料精选1.分级法水力旋流器结构示意图进浆管溢流管排砂管短圆筒磁选法和超声波法都是用来分离原料中的含铁矿物的。1.1原料精选2.磁选法

磁选是利用矿物的磁性差别，根据被磁化物质在磁场中将受到磁力作用的原理，将铁及其氧化物从原料中分离出来。磁选法对除去粗颗粒的强磁性铁质矿物较为有效。矿物化学式相对磁性金属铁Fe100磁铁矿Fe3O440.2钛铁矿FeTiO324.7菱铁矿FeCO31.82赤铁矿Fe2O31.32金红石TiO20.37黄铁矿FeS20.23

（一）物理方法1.1原料精选

超声波法是将浆体物料置于超声波作用下，使得原料颗粒和水溶液都产生高频振动，互相碰撞与摩擦，进而导致原料颗粒表面的氧化铁和氢氧化铁避免剥离脱落。（二）化学方法3.超声波法

（一）物理方法——基于化学反应原理而进行的原料精选方法。其目的主要是除去原料中难以以颗粒形式分离的微细含铁杂质，如硫化铁、氢氧化铁等。（二）化学方法1.升华法

——系在高温下使原料中的铁质矿物与氯气反应，生成挥发性或可溶性的物质而除去。由于氯气的毒性，此法很少用。2.溶解法

——用酸或其他反应剂对原料进行处理，通过反应使原料中的铁质矿物变为可溶盐，然后再进行水洗除去之。例如，对细磨之后的氧化铝原料进行的酸洗。（三）物理化学方法1.电解法

——是基于电化学原理除去铁质矿物的一种方法。在电解过程中，原料中的铁质矿物首先被溶解，然后铁离子向阴极板运动并还原，进而被除去。（三）物理化化学方法2.浮选法——是基于各种矿矿物对水的润润湿性不同，，从悬浮液中中将憎水颗粒粒（如铁质矿矿物）粘附在在气泡上，进进而浮游分离离被除去的方方法。此法适适用于精选含含有铁、钛矿矿物和有机物物的黏土原料料。浮选法中一般般须使用适当当的浮选剂以以提高浮选效效果。常用的的浮选剂有：：石油碘酸、、铵盐（NH4NO3）、Na2CO3、磺酸盐等。。二、粘土原料料的风化及精精选（一）粘土的的风化处理粘土风化处理理的作用1）可促使母岩残渣进一步粘土化，改善原料的可塑性、结合性；2）可洗去部分可溶性高价态盐类，有利于改善泥浆性能；3）有利于粘土的粉碎和拣选。二、粘土原料料的风化及精精选（二）粘土的的精选高岭土精选工艺流程矿山露天开采球磨筛选机水力旋流器压滤榨泥机滚筒压挤机带式干燥器挤出泥条高岭土成品库袋装输送陶瓷厂分级池沉淀池粉碎机筛分三、硬质料的的洗选1.1原料精选——主要作用是除除去粘附于其其上的粘土、、有机物等杂杂质。方法主要有：1.人工高压水冲冲洗2.滚筒式洗石机机水洗1.2原料的预烧一、预烧的作作用1)稳定有利的晶晶型。以保证证制品的性能能，避免较大大的体积效应应而带来的害处（制品开开裂）。例如如ZrO2、TiO2、Al2O3等原料。●对于同质多晶晶体原料，显显然各种晶型型体的性能各各不相同；但但是，无论哪哪种原料，稳稳定的高温型型晶体的性能能最优良。1.2原料的预烧一、预烧的作作用◆对于ZrO2：四方相转变为为单斜相非常常迅速，引引起很大的体体积变化，易易使制品开裂裂。通过预烧，并并在氧化锆中中加入某些氧氧化物(如CaO、MgO、Y2O3等)能形成稳定立立方固溶体，，不再发生相相变，这种氧氧化锆称为完全稳定氧化化锆(FSZ)，其力学性能能低，抗热冲冲击性差.若减少加入的的氧化物数量量，使部分氧氧化锆以四方方相的形式存存在，而大部部分氧化锆以以等轴相存在在，即只使一一部分氧化锆锆完全稳定，，所以称其为为部分稳定氧化化锆(PSZ)。●由于四方相向向单斜相的转转变可通过应应力诱发产生生，故当受到到外力作用时时，这种相变变将吸收能量量而使裂纹尖尖端的应力场场松弛，增加加裂纹扩展阻阻力，从而可可大幅度提高高陶瓷材料的的韧性。因此此PSZ比FSZ更有利于保证证氧化锆制品品的力学性能能。单斜型四方型等轴型＞1000℃≥2300℃△V=7~9%5.686.106.091.2原料的预烧一、预烧的作作用◆1、稳定有利的的晶型。对于TiO2：◆对于Al2O3：氧化铝陶瓷瓷的生产，其其最初原料都都是工业氧化化铝（γ-Al2O3）,使用前必须经经过预烧，使使之转变为α-Al2O3。板钛矿锐钛矿金红石~650℃~915℃4.24~4.273.84~3.903.90~4.00d=氧化钛原料是是否预烧，要要根据其用途途和用量而定定。生产含钛钛电容器陶瓷瓷时，希望其其中的TiO2都以金红石相相存在，故原原料须预烧。。γ-Al2O3α-Al2O3＞950℃△V=－14.3%1.2原料的预烧一、预烧的作作用2)改变原料的物物性或某种特特殊结构。如如石英硬度大大，不易粉碎；滑石具有有片状结构，，易造成颗粒粒定向排列；；生ZnO量多时易造成缩釉；；调节坯料的的可塑性，将将部分强塑性性粘土预烧。。3)可消除部分杂杂质，提高原原料纯度。二、预烧温度度原料种类预烧温度（℃）备注粘土700~900石英900~1000预烧后急冷滑石1350~1450氧化锌~1250工业氧化铝1300~1600常添加0.3~3%的H3BO3等稳定剂氧化钛1250~1300温度不能太高，且须保证氧化气氛氧化锆~1500须加入适当稳定剂1.陶瓷和耐耐火材料原料料预烧的目的的有哪些？普普通陶瓷生产产过程中哪些些原料在何情情况下需要预预烧；2.试试写出陶瓷塑塑性坯料制备备的工艺流程程。第二章坯釉釉料制备一、塑性坯料料制备流程2.1坯料制备工艺艺流程流程1:利用瓷石粉和和高岭土不子子直接配料加加工●高岭土不子的的制备流程：：●塑性坯料制备备流程的两种种情况：情况A——硬质原料单独独干法细碎，，细度达到325目以上；再与与高岭土配料料化浆。一、塑性坯料料制备流程流程1:利用瓷瓷石粉粉和高高岭土土不子子直接接配料料加工工情况B———硬质原原料和和高岭岭土先先称量量配料料，再再一起起干法法细碎碎，然然后化化浆。。●流程1的特点点：1）不用用球磨磨，减减少设设备，，节约约电耗耗，节节省投投资费费用。。2）原料料生产产专业业化，，有利利于提提高和和保证证原料料质量量，对对瓷厂厂稳定定产品品质量量有利利。3）雷蒙蒙粉中中含铁铁量较较高，，生产产上要要加强强除铁铁。一、塑塑性坯坯料制制备流流程●流程1的特点点：4）雷蒙蒙粉颗颗粒级级配不不合理理，泥泥料可可塑性性不好好。5）由于于硬质质原料料和软软质原原料密密度、、硬度度相差差较大大，混混合雷雷蒙细细碎时时，易易使同同一批批混合合雷蒙蒙粉中中前后后组成成相差差大。。6）雷蒙蒙机粉粉碎时时粉尘尘大，，除尘尘要求求高。。流程2:硬质料料单独独干法法中碎碎，软软、硬硬质料料一起起湿法法细碎碎●流程2的特点点：1）坯料料混合合的均均匀性性好，，颗粒粒级配配比较较合理理，细细颗粒粒较多多，可可塑性性相对对提高高。2）各种种原料料均能能较好好地被被细碎碎，细细碎工工艺的的适应应性强强。3）球磨磨效率率较低低，不不便于于连续续化生生产，，电耗耗大，，投资资费用用较高高。4）中碎碎采用用干法法轮碾碾或雷雷蒙机机粉碎碎，粉粉尘大大，除除尘设设备投投入大大。流程2:硬质料料分别别单独独干法法中碎碎，软软、硬硬质料料一起湿湿法细细碎粉料一、塑塑性坯坯料制制备流流程流程3:硬质料料分别别单独独粗碎碎，软软、硬质料料一起湿法中中细碎碎石英长石硬质粘土软质粘土煅烧洗选洗选拣选拣选粗碎粗碎粗碎称量湿法轮碾过筛除铁浆池搅拌浆泵输送球磨机过筛除铁浆池搅拌喷雾干燥制粉粉料过筛浆粉混合制泥压滤榨泥泥料粗练泥料陈腐精练塑性泥料特点：：干法配配料准准确，，中碎碎无粉粉尘产产生。。但软硬质质料同同时入入磨细细碎会会在一一定程程度上上影响响球磨磨效率率。一、塑塑性坯坯料制制备流流程流程4:硬质料料干法法中碎碎、湿湿法细细碎，，粘土土化浆浆后配配入特点：：硬质料料加少少量粘粘土湿湿法细细碎效效率较较高，，但容容积法法配浆浆准确确性较较差，，要求求浆池池、浆浆泵数数量多多。石英长石硬质粘土软质粘土煅烧洗选洗选拣选拣选粗碎粗碎粗碎称量湿法球磨过筛除铁浆池搅拌压滤榨泥泥料粗练泥料陈腐精练塑性泥料中碎中碎中碎少量黏土浸散化浆（强力搅拌）过筛浆池搅拌容积法配料搅拌均匀过筛除铁浆池搅拌流程5:硬质料料分别别单独独雷蒙蒙细碎碎、称称量、、干混混均匀匀，软软质粘土土化浆浆混入入。石英长石硬质粘土软质粘土煅烧洗选洗选拣选拣选粗碎/干燥粗碎粗碎称量干混均匀加泥浆湿混（双轴搅拌机）真空练泥（粗练）浆池搅拌化浆过筛除铁浆池搅拌容积计量塑性泥料雷蒙细碎雷蒙细碎雷蒙细碎干粉除铁干粉除铁干粉除铁泥料陈腐真空练泥（精练）一、塑塑性坯坯料制制备流流程2.1坯料制制备工工艺流流程●流程5的特点点：粉料干干混再再加泥泥浆湿湿混工工艺可可以省省去效效率较较低的的球磨磨工序序和劳劳动强强度高高的压压滤工工序，，但坯坯料的的均匀匀性和和可塑塑性均均较差差，而而且雷雷蒙过过程中中会带带进0.1～0.3%的铁，，且干干法除除铁效效率很很低，，故这这种坯坯料制制备工工艺采采用很很少。。流程6：细颗颗粒硬硬质原原料袋袋装进进厂，，软、、硬质质料分分别称称量配配料，，一起起湿法法球磨磨细碎碎。●流程6的特点点：工序简简单，，投资资较少少；避避免了了干法法中细细碎带带来的的粉尘尘大，，除尘尘除尘尘困难难，以以及干干粉干干混、、再加加泥浆浆湿混混工艺艺所带带来的的坯料料均匀匀性和和可塑塑性均均较差差的缺缺点，，是当当前比比较流流行的的趋势势。一、塑塑性坯坯料制制备流流程●流程6：细颗颗粒硬硬质原原料袋袋装进进厂，，软、、硬质质料分分别称称量配配料，，一起起湿法法球磨磨细碎碎。硬质原料软质粘土拣选称量过筛除铁浆池搅拌球磨机压滤榨泥泥料粗练泥饼陈腐精练塑性泥料泥料二次陈腐注：教材中中所列列的日日本和和英国国塑性性坯料料制备备流程程，实实际上上分别别与上上述流流程2及流程程4相同。。二、注注浆坯坯料制制备流流程●注浆坯坯料的的制备备工艺艺流程程与塑塑性坯坯料的的一些些流程程相同同，只只是无无需压压滤榨榨泥。。例如如：石英长石硬质粘土软质粘土煅烧洗选洗选拣选拣选粗碎粗碎粗碎称量湿法轮碾过筛除铁浆池搅拌浆泵输送球磨机过筛除铁浆池搅拌/陈腐硬质粒状料软质粘土拣选称量过筛除铁浆池搅拌球磨机浆池搅拌/陈腐三、压压制坯坯料制制备流流程●流程1：湿法法细碎碎、压压滤榨榨泥、、泥饼饼烘干干并粉粉碎硬质粒状料软质粘土拣选称量配料石英长石硬质粘土软质粘土煅烧洗选洗选拣选拣选粗碎粗碎粗碎称量湿法轮碾过筛除铁浆池搅拌浆泵输送球磨机过筛除铁浆池搅拌压滤榨泥泥饼烘干打粉机粉碎粉料过筛入仓陈腐三、压压制坯坯料制制备流流程●流程2：湿法法细碎碎、泥泥浆喷喷雾干干燥制制粉硬质粒状料软质粘土拣选称量配料石英长石硬质粘土软质粘土煅烧洗选洗选拣选拣选粗碎粗碎粗碎称量湿法轮碾过筛除铁浆池搅拌浆泵输送球磨机过筛除铁浆池搅拌喷雾干燥粉料过筛粉料入仓陈腐三、压压制坯坯料制制备流流程●流程3：干法法细碎碎、加加水润润湿造造粒硬质原料软硬质粘土洗选拣选粗碎/干燥粗碎配料称量干混均匀加水润湿造粒（双轴搅拌机）雷蒙细碎雷蒙细碎干粉除铁干粉除铁料仓料仓（双轴搅拌机）粉料过筛粉料入仓陈腐一、釉釉料制制备的的质量量要求求及控控制（（釉浆浆的工工艺性性能要要求））2.2釉料制制备工工艺流流程釉浆的的工艺艺性能能对保保证施施釉质质量及及烧后后的釉釉面质质量至至关重重要。。它主要包包括釉釉浆的的细度度、比比重、、流动动性与与稳定定性。。1.釉料的的细度度釉浆的的加工工细度度影响响着其其稳定定性、、触变变性、、施釉釉后与与坯体体的附着力力、烧烧成温温度，，以及及烧后后的釉釉面质质量等等。太太细的的釉浆浆稠度度大，，触变性性大，，施釉釉时易易形成成釉层层过厚厚，施施釉后后收缩缩大、、易开开裂，，因此此釉料的的加工工细度度必须须适当当。一一般陶陶瓷透透明釉釉的细细度控控制为为万孔孔筛余余＜0.2%；乳浊浊釉细细度控控制为为＜0.1%.2.釉料的的比重重（相相对密密度、、含水水率））釉浆的的比重重直接接影响响着施施釉时时间的的控制制，即即影响响一定定施釉釉时间间内形成的的釉层层厚度度。含含水率率太低低、相相对密密度太太大的的釉浆浆易形形成厚厚而不不均的釉层层，易易开裂裂和缩缩釉。。一、釉釉料制制备的的质量量要求求及控控制（（釉浆浆的工工艺性性能要要求））2.2釉料制制备工工艺流流程釉浆比比重的的控制制取决决于坯坯体的的种类类、厚厚薄与与干燥燥程度度，以以及施施釉方方法。。色釉的的相对对密度度一般般比透透明釉釉大些些；用用于素素坯施施釉的的釉浆浆比用用于生生坯施釉的的釉浆浆浓些些。另另外，，冬季季气温温低，，釉浆浆粘度度大，，其相相对密密度应应适当当降低；；反之之亦然然。釉釉浆比比重一一般波波动于于1.4~1.8。2.釉料的的比重重（相相对密密度、、含水水率））生坯浸浸釉时时1.4~1.45；素坯坯浸釉釉时1.5~1.7；喷釉釉一般般控制制为1.4~1.8；甩釉釉约在在1.6~1.75；淋（（浇））釉约约在1.45~1.6之间。。3.釉料的的流动动性与与稳定定性这是直直接影影响施施釉操操作和和釉面面质量量、釉釉层组组成均均匀性性的两两个性性能指指标。。调节手手段是是控制制釉料料加工工时的的加水水量、、球磨磨时间间，以以及选选用适适当的的、适量的的电解解质。。二、釉釉料制制备工工艺2.2釉料制制备工工艺流流程1.严格控控制和和保证证原料料的纯纯度。。如对对某些些原料料要进进行拣拣选、、洗选选、煅烧等等处理理，同同时储储存期期间要要避免免被污污染。。（一一））釉釉料料制制备备工工艺艺要要点点2.严格格保保证证配配料料的的准准确确性性，，尤尤其其是是色色剂剂、、乳乳浊浊剂剂等等敏敏感感性性强强的的原原料料的称称量量。。3.为提提高高球球磨磨效效率率，，生生料料釉釉球球磨磨时时应应先先将将瘠瘠性性硬硬质质料料磨磨至至一一定定细细度度后再再加加软软质质粘粘土土；；或或仅仅加加少少量量（（3~5%）粘粘土土助助磨磨，，磨磨至至一一定定细细度度后后再再加加其其余余粘粘土土入入磨磨。。4.熔制制熔熔块块时时，，为为保保证证熔熔块块质质量量应应注注意意以以下下问问题题：：（1）粉粉料料的的细细度度及及水水分分应应严严格格控控制制，，以以保保证证混混料料的的均均匀匀性性及及粉粉料料在高高温温下下短短时时间间内内反反应应完完全全。。一一般般地地，，天天然然原原料料过过40~60目筛筛。。（2）熔熔制制温温度度应应适适当当。。过过高高易易造造成成某某些些成成分分挥挥发发损损失失严严重重，，对对含含色剂剂的的熔熔块块还还会会影影响响其其呈呈色色。。一一般般控控制制为为1250~1350℃℃.二、、釉釉料料制制备备工工艺艺2.2釉料料制制备备工工艺艺流流程程（一一））釉釉料料制制备备工工艺艺要要点点（3）有有时时还还要要注注意意控控制制熔熔制制气气氛氛。。如如含含铅铅熔熔块块熔熔制制时时必必须须是是氧氧化化气氛氛，，否否则则会会生生成成金金属属铅铅。。熔块块应应为为透透明明的的玻玻璃璃体体，，如如有有结结瘤瘤则则说说明明其其熔熔制制不不好好。。5.保证证釉釉浆浆具具有有良良好好的的工工艺艺性性能能———适当当的的细细度度和和相相对对密密度度，，良良好好的的流动动性性与与稳稳定定性性。。（二二））釉釉料料制制备备工工艺艺流流程程1.生料料釉釉的的制制备备生料料釉釉的的制制备备工工艺艺过过程程与与注注浆浆坯坯料料的的制制备备过过程程基基本本相相同同。。一一般般如如下下：：二、、釉釉料料制制备备工工艺艺（二二））釉釉料料制制备备工工艺艺流流程程1.生料料釉釉的的制制备备硬质原料软硬质粘土煅烧/洗选拣选干燥/破碎粗碎配料称量球磨机出磨、过筛除铁（细度、比重检验）轮碾中碎过筛除铁过筛除铁料仓料仓浆池搅拌、陈腐施釉线化工原料检验入库水、电解质试烧样片或颗颗粒粒料料袋袋装装进进厂厂或粉粉料料袋袋装装进进厂厂二、、釉釉料料制制备备工工艺艺（二二））釉釉料料制制备备工工艺艺流流程程2.熔块块釉釉的的制制备备●预制制熔熔块块的的作作用用：：（1）可可降降低低釉釉料料的的烧烧成成温温度度，，并并改改善善釉釉面面质质量量；；且且成成熟熟温温度度范范围围宽宽、、适适应应性性强强。。（2）将某些些水溶性性化合物物转变为为难溶或或不溶于于水的硅硅酸盐化化合物，，从而保证证施釉后后釉层和和坯体的的组成稳稳定。（3）降低或或消除某某些原料料的毒性性。（4）使某些些比重特特别大的的原料与与其他轻轻质原料料反应，，形成均均匀地整整体，以以免在加加工釉料料时后产产生沉降降分离，，影响组组成均匀匀性。（5）使某些些含大量量挥发性性气体的的原料（（如CaCO3）在制备备熔块过过程中预预先分解解，从而而避免釉釉料烧成成时因此此而产生生缺陷。。（6）对乳浊浊釉而言言，制成成熔块釉釉使用可可显著改改善釉的的乳浊效效果。二、釉料料制备工工艺（二）釉釉料制制备工艺艺流程2.熔块釉的的制备●熔块配制制原则：：配制熔块块时，为为使熔块块成分稳稳定、不不溶于水水、熔融融温度降降低和高高温粘度小，，必须合合理使用用原料，，即需要要遵循以以下原则则：（1）熔块中中的(R2O+RO)/(SiO2+R2O3)（摩尔数数之比，，下同））应在1:1~1:3之间，以以降低熔熔块的熔熔制温度度，减少少R2O、PbO、B2O3等成分的的挥发损损失。（2）引入R2O、B2O3的化工原原料均须须配入熔熔块。有有毒原料料均须配配入熔块块。（3）须使熔熔块中∑R2O＜∑RO；对于含含硼熔块块，应使使SiO2/B2O3＞2———以保证熔熔块不溶溶于水。。（4）熔块中中的Al2O3的摩尔数数应＜0.2，以免熔熔制温度度太高，，熔体粘粘度太大大，均化化质量不不好。（二）釉釉料制制备工艺艺流程2.熔块釉的的制备——先制熔块块、再制制釉料●熔块的制制备过程程：硬质原料煅烧/洗选粗碎配料称量熔融炉水淬（池窑、坩埚窑、回转炉）轮碾中碎过筛除铁料仓干燥备用化工原料检验入库或颗粒粒料袋装装进厂（二）釉釉料制制备工艺艺流程2.熔块釉的的制备——先制熔块块、再制制釉料●熔块釉料料的制备备过程：：熔块部分软硬质生料拣选破粉碎配料称量球磨机出磨、过筛除铁（细度、比重检验）过筛除铁料仓浆池搅拌、陈腐施釉线水、电解质试烧样片或粉粒料袋装进厂（二）釉釉料制制备工艺艺流程2.色釉的制制备——先制色剂剂、再制制釉料●色剂的制制备大多数色色剂可以以直接采采用过渡渡金属或或稀土金金属的氧氧化物，，如Cr2O3、CoO、CuO等，但为为了提高高呈色的的稳定性性，大多多还是先先预制成成色剂（或称色色基）再再用。制备色剂剂用的原原料一般般为高纯纯度的化化工原料料，有时时也用到到一些纯纯度高的的天然原原料。另另外，为为促进高高温反应应和色剂剂的呈色色，有时时还加入入适当的的矿化剂剂和调色色剂，如如R2O、PbO、B2O3等。原料处理配料混合均匀装钵、煅烧粉碎酸洗水洗过筛湿法细磨烘干色剂色剂制备备的一般般过程：：（二）釉釉料制制备工艺艺流程●色剂制备备工艺要要点1.严格控制制和保证证原料的的纯度。。原料加加工处理理时，切切忌使用用铁质器器