综合实验指导书

陶瓷工艺学综合实验指导书20陶瓷制品的试制实验一、课程性质、目的和任务综合实验是根据选题的需要，将各个孤立的实验，通过课程内容的需求，有机贯穿起来，成为一体。它也可以称为是设计性实验或研究性实验。即由教师制定一种无机非金属材料（可以是现有材料，也可是拟研制的新材料）或学生自选的一种感兴趣的材料为研究对象。让学生自己设计材料的成分与性质，制定制备工艺制度，自己动手制备材料，确定要测试的性能和性能测试方法。一般来讲，如果所选材料是一种现有材料，则属于设计性实验；如果所选材料为拟研制的新材料（或现有材料的原料、性能、工艺等方面的改进），则属于研究性实验。综合实验课是一项实践性极强的实验教学活动，研究设计性的综合实验给学生较大的自由度，学生可以充分发挥自己的聪明才智和创新能力，自己设计新的实验。通过陶瓷综合实验使学生掌握从原料的选择、配方的确定与计算、坯釉料制备、成型、干燥、烧成等一系列陶瓷工艺过程，同时还要掌握陶瓷产品的性能测试和产品的评价。通过本实验课的学习，使学生更好的理解《陶瓷工艺学》课程理论，掌握进行陶瓷工艺和性能科学研究的基本原理和方法，培养了学生的创新意识、创新能力，为学生进行毕业论文学习乃至毕业后尽快适应实际工作打下良好的基础。综合实验不仅打破了目前实验项目简单罗列，条块分割、孤立进行的状况，有利于调动和发挥学生积极性和个性的培养，理论联系实际，培养学生的能力，同时也建立了一种新型的实验教学形式和方法。通过综合性实验使学生受到科学家和工程师的基本训练，加深对专业理论知识的理解、掌握和记忆，重点是培养和提高学生自觉学习，独立思考，综合运用知识、独立分析解决问题的能力和创新能力，以及动手能力。开展综合性实验工作一定要有充分的准备和合理的组织安排。学生要严格按照指导老师和实验要求进行实验。指导老师要做好选题、指导、检查、考核工作。实验目的可以归纳为：1．了解陶瓷各种工艺实验在生产中的作用与实际意义。

2．掌握陶瓷主要工艺实验的原理、方法与一定的操作技能。

3．通过陶瓷工艺综合实验了解陶瓷产品的设计程序与工艺过程。

4．培养学生综合设计实验的能力，提高分析问题、解决问题和动手能力。二、陶瓷工艺综合实验的课题选择综合性实验课题的内容以材料的制备（研制）（如日用陶瓷的制备、建筑陶瓷的制备）为主。实验课以加深学生对专业知识的理解和掌握。培养学生动手能力为主要原则来确定。在此原则上，考虑课题的灵活性，使课题多样化。它可以是教师命题，教学方面有关理论探讨的课题，也可以是教师的科研课题，生产中待解决的实际课题，也可以是学生创造性自选的感兴趣的课题。※选题参考范围1.釉面砖的制备工艺及性能检测2.玻化砖的制备工艺及性能检测3.炻瓷的制备工艺及性能检测4.瓷器的制备工艺及性能检测※实验室可提供的原材料高岭土、粘土、石灰石、页岩、长石、石灰、滑石、煤矸石、硅灰石、瓷土、石英砂、配制好的熔块及各种氧化物原料等等。※综合实验可供实验设备及仪器电子天平，快速研磨机，真空练泥机，数显可塑性测定仪，ZTY智能型透光度测定仪，WSD-=3\*ROMANIII型全自动白度仪，恩格拉(恩氏)粘度计，秒表，量杯，球磨机，加热装置，GM滚轮磨机，烘箱，6400振动筛，天平，10T油压制样机，烘箱、高温炉，游标卡尺，陶瓷光泽度测定仪，陶瓷拉坯成型机，材料高温物性测定仪，激光粒度分析仪，吸水率测定仪等三、实验内容及要求1．主要实验内容：确定陶瓷的性能要求，查找资料、设计配方、原材料的准备、粉料的制备、制备合格的坯体、制品的烧结、陶瓷性能检测并写出实验报告。具体安排如下：1）、坯、釉的配方的确定；2）、粉料的制备；3）、分别用可塑成形、干压成形进行坯体的制备；4）、坯体的干燥、施釉和烧结；5）、制品的性能测试及结果分析。2．基本要求：1）应掌握的基本理论和实验技术知识本实验课要求学生应掌握陶瓷生产工艺、质量控制、陶瓷性能等专业知识。通过本实验课的学习，基本掌握：陶瓷原材料的选择，配方的设计，坯料制备方法，制品煅烧的原理和方法及不同配方、不同工艺对产品性能的影响。2）应培养的实验技能及要求培养学生独立进行陶瓷工艺科学研究的基本技能，掌握陶瓷科学研究的资料获取、实验组织、准确进行实验数据处理、能够对实验结果进行准确而系统的分析。3）本实验课教学的特点综合实验课是一项是独立开设的研究设计、综合型实验课程，以此加强对学生创新意识、创新能力的培养。研究设计性的综合实验给学生较大的自由度，学生可以充分发挥自己的聪明才智和创新能力，自己设计综合实验。学生需要首先掌握陶瓷的生产工艺、质量控制和性能，并掌握测试、检验原理和方法，在实验过程中，应尽可能让每个学生进行操作并相互协作，最后共同讨论实验结果及误差产生的可能，每人写出完整的实验报告并作出实验结果的综合评价。四、教学方法与手段本实验课宜采取课堂教学和实验课操作相结合的办法进行。实行开放实验室管理。开放实验室能科学合理地安排实验课，让学生在预约的前提下，自由进入实验室，保证研究设计型实验的顺利进行。五、考核方式本课程采用实验过程表现及合作情况与实验报告相结合进行成绩考核的方式。独立完成产品制备的全过程且生产出产品占50％，考勤占15％，能对自己的产品进行必要的测试及较全面系统地完成分析报告占35％。其成绩分为优、良、及格和不及格四个评定标准。六、陶瓷工艺综合实验的准备阶段1．查阅、翻译课题有关的中外文文献资料。2．在参考文献资料基础上结合所学的知识，写出开题报告。其内容包括课题的名称，课题的目的和意义。所制备材料的特点、课题的国内外的研究现状、实验内容、实验方案、工作计划和日程安排。3.坯料和釉料组成设计。4．坯料、釉料配方的计算。5．成型方式的选择6．烧成制度的确定七、陶瓷工艺综合实验的实验阶段制备工艺流程可以举例如下：一、原料1.实验中采用的各种原料的简介、工艺特性及作用；2.原料的化学分析原理和方法原料的化学分析项目主要由以下几项：1）灼见量的测定2）三氧化二铝的测定3）二氧化硅的测定4）三氧化二铁的测定5）二氧化钛的测定6）氧化钙和氧化镁的测定7）氧化钾和氧化钠的测定二、坯料表1常见陶瓷的化学组成及配方举例1.实验原理：陶瓷坯料（bodymaterial）一般是由几种不同的原料配只制而成的。性能不同的陶瓷产品，其所用原料的种类和配比不同，也即所谓坯料组成或配方不同。制定坯料配方，尚缺乏完善方法，主要原因是原料成分多变，工艺制度不稳定，影响因素太多，以致对预期效果的预测没有把握。根据理论计算或凭经验摸索，经过多次实验，在既定的各种条件下，均能找到成功的配方，条件变化后配方的性能也随之改变2.成分设计原则a．根据科研需要或用户的要求确定产品（充分考虑产品的物理化学性能和实用性能要求）；b．参考前人的经验和数据；c．了解各种原料对产品性质的影响；d．应满足生产工艺的要求；e．了解原料的品位、来源和到厂价格3..建议大家结合经验配方和目前我们实验室的原料配制出干压成型用坯料和塑性成型用坯料。4.说明每种坯料的特点和配方依据。三、球磨与筛分球磨与筛分是无机非金属材料制备过程中用于粉体处理的重要工艺。球磨用于粉碎颗粒、减少颗粒粒度，有时也可用于粉料的混合。筛分用于颗粒的分离和分级。本实验采用的是湿法球磨，仪器：滚轮磨。1.球磨的实验原理2.球磨的实验步骤注意：球－粉－液的比例；欲磨粉料的数量和球罐的容积。3.筛分的原理4.筛分的实验步骤5.思考题（1）为什么湿法球磨的效率高于干法球磨？（2）在对同量粉料球磨时，磨球尺寸大好还是小好，为什么？四、成形用粉料的颗粒分布的测定1.实验目的1、掌握粉料的制备方法；2、掌握粉料颗粒分成的表示方法和测定方法；3、掌握粉料颗粒度和颗粒分成对干压成形性能的影响。2.、实验原理陶瓷干压成形所用的粉料要有一定的粒度、颗粒分布范围的要求，粒度过小，则不易排气、压实，易出现分层现象；同时还要求颗粒分布范围要窄，否则也不易压实，同时还会影响产品的强度。粉料的颗粒分布的测定方法有很多，本实验选用筛析法，即：将一定量的陶瓷粉料用振动筛筛析，用各规格筛的筛余来表示其颗粒的分布。3.、实验设备GM滚轮磨机，烘箱，6400振动筛，天平等。4.、实验步骤（1）用滚轮磨机磨制陶瓷泥浆并干燥制作成粉料备用；(2）选取60目、80目、100目、140目、160目、200目的实验筛以孔径大小构成筛系；（3)准确称取200g陶瓷粉料，放入振动筛中，开启电源进行充分振动过筛(≥8min)；（4）分别用称量瓶小心收集各筛上料(包括筛底)并称量，记录其重量。5.、实验数据筛号60目80目100目140目160目200目筛底筛余6.、实验结果分析分析影响陶瓷粉料颗粒分布的因素及粉料的粒度和颗粒分布对干压成形产品的影响。五、陶瓷坯体的干压成形1.实验目的(1）掌握实验室干压成形方法；(2)掌握影响干压成形坯体质量的影响因素。2.实验原理陶瓷干压成形是用较大压力将含有一定水分的陶瓷粉料在模腔内压成具有一定大小、形状和强度的坯体的过程。干压成形是建筑陶瓷(地板砖、内墙砖和外墙砖)常用的成形方法，它具有过程简单、坯体收缩小、致密度大、产品尺寸精确、对原料可塑性要求不高等特点。3.实验设备GM滚轮磨机，10T油压制样机，烘箱等。4.实验过程(1)将配制好的陶瓷原料放入滚轮磨中磨制成泥浆(细度控制在100目筛筛余2%-5%)；(2)将泥浆干燥成粉料备用(水分含量在8%左右)；(3)将制备好的陶瓷粉料均匀地填满制样机的模腔，并按干压成形的基本要求压制成试饼，每组至少制作3块试饼并编号；(4)用游标卡尺准确量取各试饼的直径并做好记录。5.实验数据含水量：试饼号123试饼尺寸(mm)6.实验分析讨论分析影响陶瓷干压成形坯体性质的因素。六、粘土可塑性测定1.实验目的 1、掌握可塑性的定义和表示方法；2、掌握可塑性的测定方法；3、掌握塑性成型对可塑泥料的要求；4、掌握影响泥料可塑性的因素及调整可塑性的方法。2.原理：对于塑性成形而言，要求坯料有一定的可塑性，塑性太差难以成形。太高则产品收缩大，产品易变形、开裂。而坯料的塑性来源于所用的粘土，粘土的塑性可用可塑性指数或可塑性指标来表示。可塑性指数是指在工作水分下，粘土受外力作用最初出现裂纹时应力与应变的乘积；可塑性指标是指粘土成形时所加的应力与其变形数值的乘积。本实验采用的测定可塑性指标的方法，用可塑度表示。其定义式为：其中：P为可塑度；A为常数1.8等于压缩50%和10%时的面积比；F10为压缩10%所受的压力；F50为压缩50%时所受的力。3.实验设备真空练泥机，数显可塑性测定仪4.实验步骤：1.在粘土中加入水，使其含水量在20%–22%之间。并制样。2.接通可塑性仪电源，电源指示灯亮，同时对数显式压力表供电，并对数显式压力表清零。3.按下降按钮使下压板处于最低位置，且定位手柄处于0档。4.将试样放在玻璃板上，将玻璃板和试样一起置于压板上。5.按上升加荷按钮，上升指示灯亮，当试样上升到一定位置时，电机将自动停转，上升指示灯灭。此时我们只需将定位手柄转至10%档位置，试样将继续上升，当试样被压缩10%时，电机自动停转，显示仪上将显示此时的压力值，记下该值。6.将定位手柄置于50%档位，试样继续受压，当压缩至50%时，电机自动停转。记下此时压力值。7.按下停止按钮后再按下下降钮卸载，直到下降指示灯灭为止。最后将定位手柄置于0档位。五、计算和结果分析：利用公式计算该粘土的可塑度值，分析该粘土的成形性能。七、可塑性成型1.实验目的1、掌握塑性成型的基本方法；2、掌握影响塑性成型坯体性能的影响因素。2.实验原理塑性成型指的是具有一定含水量（通常在20%左右，具体值因配料的不同而不同）的塑性泥料在外力作用下使其成为具有一定形状、尺寸和强度的坯体的成型法。塑性成型是传统陶瓷产品生产中常用的成型方法之一，常用的塑性成型方法有：滚压成型法、旋坯成型法、拉坯成型法、盘条法、泥雕法等。本实验中，同学可根据自己的兴趣在拉坯成型法、盘条法、泥雕法中任选其一。3.实验设备真空练泥机、陶瓷拉坯成型机等。4.实验步骤1、配制塑性泥料，球磨时要求细度要小（200目筛余小于2%），同时要干燥到适宜的含水；2、充分练制泥料使其内部的气体充分排出（可用真空练泥或手工揉练）；3、使用自选的成型方法进行成型。5.实验分析1、成型过程中遇到问题的记录与分析；2、影响塑性成型坯体质量的因素分析。八、干燥与修坯将试样放入100～105℃的烘箱中烘8～10小时（也可自然干燥2～3天）后，取出，放入干燥器。试样冷却后，量取干燥后的尺寸并记录，计算干燥收缩率。九．釉料配方实验釉料的烧成温度和工艺性能取决于釉料的性能和釉料所用原料的化学成分，是釉料配方的依据。根据本实验的情况可以配制生料釉和熔块釉。可以用长石、石灰石、高岭土、石灰配制石灰釉。十．釉浆的制备和施釉将配好的釉原料按照一定的球料比放入罐中，球磨，将泥浆过筛，陈腐24h,备用。施釉前进行表面清洁处理，除去灰尘，然后抹水，用刷釉法施釉，底部不能施釉，以防烧成时粘底。十一．烧成将制好的半成品放入干燥箱中烘干。将干燥好的样品放入高温炉中，按照拟定的烧成制度进行烧结，烧成后等温度下降至室温再将样品取出。十二．样品性能的测定1）.试样干燥强度的测定2).试样干燥线收缩3)试样烧结强度测定4）试样烧成收缩率的测定5）试样气孔率的测定6）试样吸水率的测定7）体积密度测定8