《陶瓷工艺》课件-第二篇 陶瓷制备工艺

1第二篇陶瓷制备工艺

——土与火的艺术2原料加工混料（造粒）成型干燥烧成配料（施釉）陶瓷生产的工艺过程3陶瓷原料在一定程度上决定了陶瓷的工艺选择范围，也决定了陶瓷的质量。陶瓷所用的原料主要来自天然硅酸盐矿物或岩石风化物。这些资源在地壳中分布广泛，取之不尽、用之不竭。第一章陶瓷原料4原料三类可塑性原料：粘土作用:赋坯体以塑性与注浆成形性能瘠性原料：石英作用:可降低坯料的粘性，防止高温变形，冷却后在坯体中起骨架作用。熔剂原料：长石作用:在高温下熔融后可溶解一部分石英及高岭土分解产物，熔融后的高粘度玻璃可以起到高温胶结作用。5粘土类石英类长石类新型原料（氧化物、碳化物、氮化物）传统原料61.粘土类原料

粘土（clay）是一种含水铝硅酸盐矿物，具有独特的可塑性和结合性，调水后能塑造成形，烧后变得致密坚硬，是最经典的陶瓷原料。颜色多样、其矿物粒径一般小于2µm.

7(1).风化残积型：指深成的岩浆岩（如花岗岩、伟晶岩、长英岩等）风化后生成高岭土及其他含水硅酸盐矿物、石英等，未完全风化的碎屑残留原地，而可溶性盐类则被溶解。多成为优质高岭土的主要矿床类型。一般称为一次粘土（残留粘土或原生粘土）。1.1.粘土的分类(按成因)8(2).沉积型粘土：

是指风化了的粘土矿物借自然动力（雨水或风力）的搬运作用搬离原母岩后，在低洼的地方沉积而成的矿床，称为二次粘土（也称沉积粘土或次生粘土），如南安康垅，清远源潭。9(3).热液蚀变型：高温岩浆冷凝结晶后，残余岩浆中含有大量的挥发分及水，温度进一步降低时，水分则以液态存在，但其中溶有大量其它化合物。

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主要化学成分为:SiO2、A12O3和结晶水（H2O）。风化残积型粘土矿床一般SiO2含量高，而A12O3含量低。

1.2.粘土的化学组成与结构111.3粘土的矿物类型粘土矿物主要为高岭石类（包括高岭石、多水高岭石等）、蒙脱石类（包括蒙脱石、叶蜡石等）和伊利石类（也称水云母）等等。高岭石叶腊石伊利石12a．高岭石类（Kaolinite）主要由高岭石组成的粘土称为高岭土。目前世界上有60多个国家和地区拥有高岭土资源，美国、英国、巴西、乌克兰、中国是世界最主要的高岭土生产国，其产量占世界总产量的78％。中国是高岭土资源十分丰富的国家,矿质优良、成因类型齐全,主要产地有江苏苏州、湖北均县、四川叙永县等地。高岭石族矿物包括高岭石、地开石、珍珠陶土和多水高岭石等。13高岭土陶瓷原料，是一种主要由高岭石组成的粘土。因首先发现于江西省景德镇东北的高岭村而得名。它的化学实验式为：Al2O3•2SiO2•2H2O，重量的百分比依次为：39.50%、46.54%、13.96%。纯净高岭土为致密或松疏的块状，外观呈白色、浅灰色。被其他杂质污染时，可呈黑褐、粉红、米黄色等，具有滑腻感，易用手捏成粉末，煅烧后颜色洁白，耐火度高，是一种优良的制瓷原料。14高岭土的加工大多采用湿法。矿石经破碎、洗矿、浆化、除砂、分级、精选、漂白、过滤，最后经喷雾干燥得产品。

15b．蒙脱石类(Montmorillonite)16c．伊利石类伊利石是白云母经强烈的化学风化作用而转变为蒙脱石或高岭石过程中的中间产物。包括水云母、绢云母、绿鳞石和海绿石等具有较大可塑性、助熔性、悬浮性、附着性。可作为高岭土、长石使用。171.4

粘土的工艺性质1).可塑性

可塑性是指粘土粉碎后用适量的水调和、混练后捏成泥团，在一定外力的作用下可以任意改变其形状而不发生开裂，除去外力后，仍能保持受力时的形状的性能。可塑性是塑性成形的基础。2).结合性是指粘土具有粘结非塑性材料的能力，即使成型后的砖坯能保持其形状，且具有一定的机械强度的性能。183）粘土的颗粒度

一般粘土的颗粒在1纳米～5微米之间，大部分在2微米以下，重量20%的粘土颗粒直径在1微米以下。4）粘土的吸附性

粘土颗粒能从周围介质中吸附气态物质、液态物质、有机物质等各种色素的能力称为粘土的吸附性。粘土的吸附性与它的矿物组成和分散性有关，蒙脱石粘土的吸附性最强。195）干燥收缩和烧成收缩

塑性泥料干燥后，因水份蒸发，空隙减少，颗粒之间的距离缩短而产生的体积收缩称为干燥收缩。烧成以后，由于粘土中产生液相填充在空隙中，以及某些结晶物质生成，又使体积进一步收缩，称为烧成收缩。206).触变性（稠化性）

粘土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时，粘度会降低而流动性增加，静置后又能逐渐恢复原状。反之，相同的泥料放置一段时间后，在维持原有水分的情况下会增加粘度，出现变稠和固化现象。上述情况可以重复无数次。粘土的上述性质统称为触变性，也称为稠化性。211.5粘土在陶瓷生产中的作用1.)粘土的可塑性是陶瓷坯泥赖以成型的基础。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。这可在坯料中结合其他瘠性料并具有一定的干燥强度有利于坯体的成型加工。4.)粘土是形成陶器主体结构和瓷器中莫来石晶体的主要来源。莫来石为非定组成的计量型化合物,在Al2O3-SiO2系中,Al2O3/SiO2摩尔比介于2:1和1:1之间的连续型固溶体

222石英类原料(Quartz)

二氧化硅（SiO2）在地壳中的丰度约为60％。石英占瓷坯体配方中20～30％。含二氧化硅的矿物种类很多部分以硅酸盐化合物的状态存在，构成各种矿物、岩石。另一部分则以独立状态存在，成为单独的矿物实体，其中结晶态二氧化硅统称为石英。23

由于经历的地质作用及成矿条件不同，石英呈现多种状态，并有不同的纯度。

a.水晶(巴西是个水晶王国80%、江苏连云港东海)

b.脉石英

c.砂岩（硅质）

d.石英岩

e.石英砂

f.燧石、硅藻土2.1石英矿石的种类24莫氏硬度:滑石2.石膏3.方解石4.萤石5.磷灰石6.正长石7.石英

8.黄玉9.刚玉10.金刚石密度：2.649g/cm3；熔点：1750℃

化学性能稳定:不受强酸的腐蚀，在一般情况下不溶解于水，不产生潮解，但石英晶体在氢氟酸和水玻璃中能够溶解。微溶于KOH溶液。252.3石英在陶瓷生产中的作用1.)石英是瘠性原料，可对泥料的可塑性起调节作用。2.)提供了生坯中水分快速排出的通道，可缩短干燥时间，减少干燥收缩。3）在烧成过程中石英的加热膨胀，可部分补偿坯体收缩；4）高温时部分石英溶于液相，从而增加熔体粘度，增进抗变形能力；5）未熔化的石英则与莫来石构成架，防止弯曲、变形等，使瓷器具有机械强度，增加瓷器透光度和白度。262.4陶瓷工业对石英类原料的质量要求在陶瓷工业石英类原料一般要求二氧化硅含量大于97％，氧化铁和二氧化钛小于0.5％，杂质成分愈少愈好。不论块状、砂状或粉状矿石，经1350℃煅烧后要求色洁白或无色。273长石类原料（feldspar）

长石是一种瘠性原料;长石是陶瓷生产中的主要熔剂性原料，一般用作坯料、釉料、色料熔剂等的基本成分，用量较大，是日用陶瓷的三大原料之一。长石掺入量视矿石化学成分及配方而异，一般胎料加入20～30％，釉料中加入35～50％。

283.1长石的种类和性质

钠长石(Ab)

钾长石(Or)

钙长石(An)

钡长石(Cn)

辽宁海城，湖南平江，山西祁县，包头长石等293.2长石在陶瓷生产中的作用

1.烧成前，它在坯体中起降低可塑性，减少坯体收缩，缩短干燥时间;2.在烧成中，它起熔剂作用，形成粘度较大的玻璃物质，降低制品的烧成温度，可以起到高温热塑作用与高温胶结作用，防止高温变形;

3.增加陶瓷胎体的致密度和半透明度，提高光泽与透明度，改善瓷的外观质量与使用效能。30传统原料:粘土类、石英类、长石类新型原料（化工原料）：（氧化物、碳化物、氮化物）31（1）选料：挑选弃除劣质材料及夹层杂质。（2）洗涤：水洗杂土。（软质粘土除外）（3）粉碎：破碎机、轮碾机将矿石加工成粗颗粒。（软质粘土可免）第二章原料的处理32（4）过筛：筛出超大颗料，继续粉碎。（5）除铁：用干式磁选机吸除铁杂或来自原矿及粉碎过程中机器磨耗而混入的铁屑（6）原料预烧33坯釉原料进厂后，经过精选、淘洗，根据生产配方称量配料，入球磨细碎，达到所需细度后，除铁、过筛，然后根据成型方法的不同，机制成型用泥浆压滤脱水，真空练泥，备用；对于化浆工艺，把泥浆先压滤脱水，后通过加入解凝剂化浆，除铁、过筛后备用；对注浆成型用泥浆，进行真空处理后，成为成品浆，备用。

34一.

原料的精选原料精选:原料进行分离、提纯，除去原料中的各种杂质（尤其是含铁的杂质）化学组成、矿物组成、颗粒组成上更符合制品的质量要求。高岭土选矿主要包括除砂、除铁、除硫等项目。石英、长石、云母、铁、钛矿物等均属有害杂质。原料精选的方法：物理法；化学法；物理化学法351.物理方法适用于除去与原料颗粒以分离状态存在的杂质目的：除去粗粒杂质；控制原料的颗粒组成。（1）分级法水簸(淘洗)、水力旋流、风选、筛选等原理：利用矿物颗粒直径或密度差别来进行湿法：效果好，精度高，但需要脱水干法：噪音和粉尘大，但处理能力大36水簸(淘洗)根据颗粒沉降速度的差异分离2.淘练泥土（陶冶图）1、手工淘洗（小规模）2、淘泥系统（大规模）搅拌机—除砂沟—沉淀池水力旋流器37磁选法用来分离原料中的含铁矿物。（2）磁选法利用矿物的磁性差别矿物化学式相对磁性铁磁铁矿钛铁矿菱铁矿赤铁矿金红石黄铁矿FeFe3O4FTiO3FeCO3Fe2O3TiO2FeS210040.1824.701.821.320.370.23以铁为标准各种矿物的相对磁性382.化学法目的：除去原料中难以以颗粒形式分离的微细含铁杂质，如FeS,Fe(OH)3高温下:2Fe2O3+6Cl2=4FeCl3

+3O2

（1）升华法39用酸或其它反应剂使Fe变为可溶盐，水洗除去。（2）溶解法酸处理（盐酸、硫酸）溶解粘土中的碳酸铁、铁缘泥石等；溶解长石、石英中的氧化铁等加热处理可提高溶出速度403.水的处理对坯料、制品性能的影响（1）水中的离子Ca2+、Mg2+(10-15ppm)、SO42-(10ppm)等易引起泥浆絮凝。将硬水转化为软水的方法：加入添加剂：磷酸钠、焦磷酸钠等，生成不溶性物质（2）pH值pH值影响坯料的可塑性。一般pH=6.0~8.5。思考题:SO42-

如何除去？41二.

原料粉碎与筛分粉碎是指粉碎就是固体物料在外力的作用下，由大变小的过程。

粉碎的作用:是使各种原料混合均匀，增加坯体组织致密性，有利于成形和烧成，提高原料的利用率及利于除铁。按物料粗细又可分为粗碎、细碎；按粉碎机械它可分为破碎和粉磨。粉磨又可分为：粗磨与细磨、精磨。（一）粉碎421.粉碎的意义（1）原料颗粒小，坯料的可塑性增加,有利于成型操作。（2）

便于各种成分不同的原料混合均匀,增加组织的致密性。（3）促使坯料在烧成过程中的反应加速。原料越细，表面能越高，化学反应活性越大。（4）

使得原料中的杂质易于除去。43《陶冶图编次》中“采石制泥”文中说用水碓处理原料的方法，适应于细、粗各类器皿的原料产地，生动地显示出在山区开采、碓碎和运送的情况。“进坑石泥，制之精巧”（《陶经》），石指瓷石，石泥既“碓舂之，澄细，淘净如砖式，制如白不(dun)”（《陶冶图说》）。如今景德镇还保留着古老的瓷石加工集群——三宝蓬瓷石加工作坊。44452.粉碎方法粉碎原料时，应根据其硬度和粒度确定破碎阶段、设备。（1）

粗碎（2）

中碎（3）

细碎球磨机、振动磨、搅拌磨、雷蒙磨（环辊磨机）、气流磨（气流粉碎机）出料直径≤

40～50mm设备：颚式破碎机、锤式破碎机出料直径≤

3～5mm轮碾机出料直径≤

0.05mm463.原料细碎及超细粉碎（1）球磨粉碎当筒体旋转时带动研磨体旋转，靠离心力和摩擦力的作用，将磨球带到一定高度。当离心力小于其自身重量时，研磨体下落，冲击下部研磨体及筒壁，而介于其间的粉料便受到冲击和研磨。陶瓷工业生产中普遍采用的间歇式球磨机是一种内装一定研磨体的旋转筒体。目的：磨碎；混合。47湿法是在磨机中加入一定比例的研磨介质（一般是水，有时也加有机溶剂）。干法则不加研磨介质。球磨方式有湿法和干法两种。湿法球磨主要靠研磨作用进行粉碎，得到的颗粒较细，单位容积产量大，粉尘小，出料时可用管道输送。生产中用的较多。干法得到的颗粒较湿法粗。48（2）振动粉碎出料粒度≤

60μm（干磨最细粒度可达5μm，湿磨可达1μm，甚至可达0.1μm）。振动粉碎是一种超细粉碎方法。入料粒度≤

2mm49（3）搅拌磨（摩擦磨、砂磨）粉碎粉碎原理与球磨类似进料粒度≤

1mm出料粒度

0.1μm适于制备轧膜成型和流延成型用的浆料。50（二）

筛分1.定义将已经粉碎的物料，放在具有一定大小孔径的筛面上进行振动或摇动，使其分离为颗粒大小近似相等的若干部分。2.作用（1）使原料颗粒适合于下一制造工序的需要。（2）粉碎过程中及时筛去已符合粒度要求的颗粒，使粗粒得到充分粉碎，可提高设备的粉碎效率。（3）确定颗粒大小及其比例，并控制原料或坯料中粗颗粒的含量，因而可以提高成品的品质。513.筛分方法4.筛分设备（1）干筛（2）湿筛摇动筛：分离12mm以下的物料。与中碎设备构成闭路循环系统。回转筛振动筛52三.原料的预烧预烧的作用

1、改变物性。有利于粉碎处理，（石英、长石、伟晶花岗岩）硬度大。煅烧处理后，快速降温，引起体积变化，产生应力，便于粉碎。

2、

除去原料中的杂质，提高纯度。煅烧后有些杂质颜色变化，便于筛选。

3、稳定晶型，使用前预烧使其发生晶型转变，得到性能良好高温稳定型。53有的原料具有多种结晶形态；稳定的高温形态其性能最优良。工业氧化铝的主晶相是γ-Al2O3;性能良好高温稳定型的

α-Al2O3

1300-1600℃、.滑石有的具有特殊的片状结构；成型时泥料分层或颗粒定向排列；产品变形或开裂；1350-1450℃石英原料硬度大，不易粉碎；900℃，急冷散裂成小块；高的可塑性粘土，干燥收缩和烧成收缩较大，容易引起制品开裂。700-900℃54一坯料的种类坯料定义

将陶瓷原料经过配料和加工后，与水混合均匀得到的具有成型性能的多组分混合物。第三章

坯料的制备55国际上粘土质瓷器的分类：硬质瓷：软质瓷：（0.18~0.3）RO·1Al2O3·(3.5~4.8)SiO2（0.3~0.45）RO·1Al2O3·(4.8~6)SiO2高岭土、石英、长石。高岭土、石英、长石，以及钙、镁的碳酸盐、骨灰、滑石、熔块。562.坯料分类根据成型方法不同，可将陶瓷坯料分为三类：（1）注浆坯料含水量约28～35％（2）可塑坯料含水量约18～25％（3）压制坯料

a.半干压坯料含水量约8～15％

b.干压坯料含水量约3～7％57二.坯料的性能要求（一）基本要求1.配方准确2.组分均匀3.粒度及粒度分布合理4.空气含量少各种坯料均应满足以下基本要求：58（二）注浆坯料1.流动性好2.悬浮性好3.触变性适当4.滤水性适当5.泥浆含水量少59（三）可塑坯料1.具有良好的可塑性2.具有一定的形状稳定性3.含水量适当4.成型坯体的干燥强度和收缩率适当60（四）压制坯料1.流动性好2.堆积密度大3.水分均匀、含水量适当61三.搅拌（泥浆）1.作用（1）泥浆搅拌工序使储存的泥浆保持悬浮状态，防止分层。