山理工硅酸盐工艺学课件02陶瓷工艺学-3配料及计算

本章的内容：

1.掌握坯料组成的表示方法；

2.配料的依据；

3.掌握配料计算的基本思路。第三章配料及计算第一节坯料组成的表示方法一、原料重量百分比表示法（实际配料比表示法）二、矿物组成表示法三、化学组成表示法四、实验式表示法

一、配料比表示法

属最常见方法，直接列出每种原料的百分比。某刚玉瓷配方：工业氧化铝：95.0％苏州高岭土：2.0％海城滑石：3.0％优点：具体反映原料的名称和数量，便于直接进行生产和试验。缺点：各工厂所用及各地所产原料成分和性质不相同；或即使是同种原料，只要成分不同，配料比例也须作相应变更；无法进行相互比较和直接引用。二、矿物组成（示性组成）表示法

把天然原料中所含的同类矿物含量合并在一起用粘土、石英、长石三种矿物的重量百分比表示坯体的组成。依据：同类型的矿物在坏料中所起的主要作用基本上是相同的。优点：用此法进行配料计算时比较方便。缺点：矿物种类很多，性质有所差异。它们在坯料中的作用也有差别。因此用此方法只能粗略的反映一些情况。

三、化学组成表示法

方法：根据化学全分析的结果，用各种氧化物及灼烧减量的重量百分比反映坯和釉料的成分。例某日用瓷坯（%）：

SiO2Al2O3Fe2O3

CaO

MgOK2ONa2OIL66.8821.630.470.610.372.941.605.47

优点：利用这些数据可以初步判断坯、釉的一些基本性质；用原料的化学组成可以计算出符合既定组成的配方。缺点：原料和产品中这些氧化物不是单独和孤立存在的，它们之间的关系和反应情况比较复杂。因此此方法有局限性。

﹡四、实验式表示法按照碱性氧化物、中性氧化物和酸性氧化物的顺序列出它们的摩尔数来表示坯料或釉料的组成。坯式通常以中性氧化物R2O3为基准，令其摩尔数为1，釉式通常以碱性氧化物R2O和RO的摩尔数之和为基准，令其为1。

碱性氧化物(R2O、RO)主要有：K2O、Na2O、Li2O、CaO、MgO、BaO、ZnO、PbO、SrO等中性氧化物(R2O3)主要有：Al2O3、Fe2O3、B2O3等酸性氧化物(RO2)主要有:SiO2、TiO2、ZrO2、P2O5等

五、分子式表示法

电子工业用的陶瓷常用,如最简单锆－钛－铅固溶体的分子式：

Pb(ZrXTi1-x)O3

表示——PbTiO3中的Ti有x％被Zr取代

陶瓷中常掺和一些改性物质。它们的数量用重量百分数或分子百分数表示。如：Pb0.920Mg0.040Sr0.025Ba0.015·（Zr0.53Ti0.47）O3+0.5wt％CeO2+0.225wt%MnO2

表示——Pb（Zr0.53Ti0.47）O3中的Pb有4％分子被Mg取代，2.5％分子被Sr取代，1.5％被Ba取代；PbTiO3中的Ti有53％分子被Zr取代。CeO和MnO2为外加改性物质。各氧化物在瓷坯中的作用(1)Si02

一部分Si02与A1203在高温时生成莫来石晶体，莫来石晶体与残余石英一起形成瓷坯的骨架；一部分Si02则与碱性金属氧化物在高温下生成玻璃相，使制品具有半透明性。

Si02

是瓷的主要组成，含量很高，它直接影响陶瓷的强度和其他性能。但含量不能过高，如果超过75％，陶瓷制品烧后的热稳定性变环，易出现炸裂现象。(2)A1203

瓷中的A1203也是瓷坯的主要组成，主要由长石和高岭土引入。—部分存在于莫来石晶体中，另一部分溶解在熔体中以玻璃相的形式存在。A1203的含量增加,可以提高陶瓷制品的物理化学性能和机械强度，提高白度和烧成温度。但它的含量过高．则会导致制品不易烧熟；含量过低，则又易使制品趋于变形或软塌。(3)K20和Na20

K20和Na20主要由长石引入，它们是成瓷的主要成分，起助熔剂作用，存在于玻璃相中提高透明度。一般K20、Na20的含量在5％左右。若含量过高则会急剧地降低瓷的烧成温度与热稳定性。经研究发现，K20、Na20的作用有差异。在化学稳定性、弹性、热稳定性方面，K20的性能比较好，制品的烧成范围也比较宽，得到的瓷质音韵洪亮、铿锵有声，特别在南方瓷区，这一特性尤其明显。(4)碱土金属氧化物(CaO、MgO等)

—般情况下在瓷中的碱土金属氧化物含量较少，而且不是特别引入的。然而它们与碱金属氧化物共同起着助熔作用。引入一定量的CaO、MgO可以相应地提高瓷的热稳定性和机械强度，提高白度和透光度．改进瓷的色调，减弱铁、钛的不良影响。(5)着色氧化物(Fe2O3、TiO2)

它们的含量在瓷中一般比较少，但它们对产品呈色的有害影响却特别大，可使瓷染上色调不好的色泽，影响其外观质量。值得注意的是一般要求白瓷坯料组成中的Fe2O3含量在1％以下，否则会使制品呈黄褐色或暗灰色(依烧成气氛而异)，还可能出现黑点或熔洞。而TiO2的含量控制在0.2％以下，否则将使制品发黄或阴暗。特别是当TiO2

与Fe2O3同时存在时，将会严重影响制品的透明度。第二节确定配方的依据1.根据产品的用途，理化性能要求，选择原料的配比。2.掌握所要用原料的化学成分和性能。3.配料应适应制造工艺，且能大规模的生产。4.应就地取材，矿源丰富，品位稳定，运输方便，成本低廉。第三节坯料配方的计算一、基础计算

1.已知坯料化学组成，计算坯式

2.已知坯式，求化学组成（质量%）

3.示性矿物组成的计算二、配方计算

1.根据矿物组成计算配方

2.由化学组成计算配方

3.由实验式计算配方（一）、坯式的计算1.已知坯料化学组成，计算坯式例1已知坯料的化学全分析如下表(%质量),试计算其坯式。解：2.已知原料的配料量，计算坯式作业1.已知某厂坯料配方为：石英13%，长石22%，宽城土65%，滑石1%，各种原料的化学全分析如下表，试计算该坯料的化学组成（或实验式）。

例2.求下列坯式的化学组成。0.0875K2O0.1224Na2O0.9795Al2O3

0.0823CaO0.0205Fe2O34.230SiO2

0.0317MgO解：2.已知坯式，求化学组成（质量%）计算步骤：（二）、示性矿物组成的计算1.用电子显微镜、X射线衍射仪等仪器分析方法得到可靠的结果；2.根据化学组成也可粗略的计算出材料的主要矿物组成。例4：某粘土的化学全分析如下表（%质量）SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2O灼减64.7825.610.190.22微量0.320.238.65试计算其矿物组成。①将原料中各种氧化物百分数以其分子量除之，得出各氧化物分子数。

②化学组成中的K2O、Na2O、CaO各自与相当量的Al2O3

、SiO2相结合，作为钾长石、钠长石和钙长石。由总的Al2O3

、SiO2量减去长石中的Al2O3

和SiO2量。若Na2O含量比K2O少得多，则可以把二者的含量计算为钾长石。

③剩下的Al2O3量作为高岭土成分，减去高岭土带进的SiO2量，剩下的SiO2量即是石英量。比较剩余的Al2O3和SiO2量，若Al2O3较多，则过多的Al2O3可当作水铝石Al2O3·H2O计算。④若判断确有CO32-存在，则MgO可当作菱镁矿，CaO可计算为CaCO3，若不存在CO32-，则MgO可计算为（3MgO·4SiO2·H2O)或蛇纹石（3MgO·4SiO2·2H2O)形式计算。

⑤Fe2O3可看作赤铁矿（Fe2O3）存在，若组成中的烧失（假定为水）减去高岭土及滑石等矿物中的结晶水后还有一定量，则可把Fe2O3计算为褐铁矿（Fe2O3·3H2O)。⑥TiO2一般可由FeO与TiO2(FeO·TiO2)构成钛铁矿，故可自Fe2O3中取出FeO以计算钛铁矿的含量。所余TiO2可视为金红石。

⑦制造精陶瓷产品所用的粘土类原料中所含Fe2O3、TiO2

、CaO

、MgO等很少，可以不考虑它们所造成的矿物数量。⑧云母与钾长石，高岭土同时存在时，不能以此法计算。为实用计，可将云母中的K2O计算为钾长石，Al2O3计算为高岭土，多余的SiO2以石英计。SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2O灼减氧化物含量（%）64.7825.610.190.22微量0.320.238.65氧化物摩尔质量60.110216056.194.26218氧化物摩尔数1.0770.2510.0010.004—0.0030.0040.48解：（1）求各氧化物的摩尔数（2）计算其矿物组成0.00100.54700.001摩尔赤铁矿0.547摩尔石英剩余0.480—0.0010.24000.480.5470.24摩尔数高岭石剩余—0.480.0040—0.0010.0040.2400.0081.0270.004摩尔钙长石剩余—0.480.0040—0.004—0.0010.0040.2440.0241.0350.004摩尔钠长石剩余0.48灼减0.004Na2O0.003K2O0.004CaO0.001Fe2O30.251Al2O31.077—0.48—0.0040.0030—0.004—0.0010.0030.2480.0181.059SiO20.003摩尔钾长石剩余

氧化物摩尔数矿物摩尔数（3）各矿物的质量及质量百分比钾长石钠长石钙长石高岭石赤铁矿石英分子数0.0030.0040.0040.2400.0010.547分子量556.8524.6278.3258.116060.1矿物质量1.672.101.1161.920.1632.87矿物质量百分数(%)1.672.111.1262.000.1632.94（4）各种长石和铁矿物均作为熔剂，一并列为长石矿物。故得到粘土的矿物组成如下：

粘土质矿物62%

长石质矿物1.67%+2.11%+1.12%+0.16%=5.06%

石英质矿物32.94%１、根据矿物组成计算配方

已知坯料矿物组成和原料（矿物组成或化学组成），计算各种原料的配料量。例5：欲配成含粘土矿物55%，长石25%，石英20%的坯料，已知原料的示性分析如下表：原料类别粘土矿物长石石英粘土A88.55.06.5粘土B68.612.419.0长石—92.57.5石英——100解：根据所给粘土的组成，结合其工艺性能如可塑性、收缩率、烧后颜色等要求(可通过工艺试验得出),确定原料粘土A取40%。

设配坯料100g，其中粘土矿物55g，长石25g，石英20g。

确定40%粘土A，则粘土A带入的粘土矿物为40×88.5%=35.4g，长石为40×5.0%=2.0g，石英为40×6.5=2.6g。

粘土B的配入量:(55-35.4)÷68.6%=28.6g，随B粘土带入的粘土矿物为28.6×68.6%=19.6g，长石为28.6×12.4=3.6g，石英为28.6÷19.0=5.4g。

长石的配入量：（25-2-3.6)÷92.5=21g，随长石原料带入的长石矿物为21×92.5=19.4g，石英21×7.5%=1.6g

石英的配入量为：20-2.6-5.4-1.6=10.4g4种原料的配方为：粘土A40%粘土B28.6%

长石21%石英10.4%

﹡

２、由实验式计算配方已知坯料和原料的实验式，计算坯料的配方。例6.已知某坯式，假设用理论组成的原料：钾长石、钠长石、钙长石、滑石、石英配料，试计算配方。

0.2167K2O0.1519Na2O0.9904Al2O3

0.0887CaO0.0096Fe2O30.0738MgO

解：5.3880SiO21.8341引入石英1.83411.06620.5331引入高岭石0.533100剩余2.90030.53310000剩余0.09840.0738引入滑石0.02460.91140.15190.1519引入钠长石0.15191.30020.21670.2167引入钾长石0.21675.38800.00960.99040.07380.08870.15190.2167nSiO2Fe2O3Al2O3MgOCaONa2OK2O坯料化学组成0.17740.08870.0887引入钙长石0.0887已知所用原料的实验室如下:钾长石:K2O·1.04Al2O3·6.21SiO2；钠长石:Na2O·1.12Al2O3·6.39SiO2；钙长石:CaO·1.05Al2O3·1.89SiO2；高岭土:Al2O3·2.12SiO2·1.88H2O；滑石:3MgO·4.12SiO2·2.18H2O;石英:SiO2，瓷坯的实验式如下：0.088K2O0.078Na2O0.987Al2O34.523SiO20.053CaO0.013Fe2O30.007TiO20.055MgO试进行配料计算。（用理论组成的钾长石、钠长石、石灰石、高岭土、滑石、石英进行配料计算）作业.﹡３、由化学组成计算配方

根据原料性质和成型等工艺要求，参照生产经验先确定一二种原料（粘土）的用量，再按满足坯料化学组成的要求逐个计算其它原料的用量。

(1)要明确各种氧化物主要由哪种原料提供。

(2)计算顺序：由繁到简。即先计算预先确定的原料或成分复杂的原料，再计算成分简单的原料，单一成分原料先算或后算均可。例7：某厂瓷坯料及原料的化学组成如下,试计算此瓷坯的配料量。

化学成分原料名称SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2O灼减量坯料68.5121.202.750.824.351.680.18—膨润土72.3214.110.782.103.132.704.65粘土58.4828.400.800.330.510.3111.16镁质粘土66.912.840.83—22.361.206.35长石63.2621.190.580.130.1314.41—石英99.450.240.31————氧化铁——93.0————碳酸钙———56.00——44.00100×0.52／56=0.930.520氧化钙0.93余量100×1.98／93=2.11.9770氧化铁2.1余量100×10.72／99.45=10.78—0.520.0331.9770.0260.02410.8+0.08石英10.8余量100×18.14／28.40=63.90.20＋0.030.33＋0.010.210.520.512.0118.090.0537.2510.72粘土63.7余量100×1.54／14.41=10.71.370.170.010.320.010.730.062.522.0118.146.0147.97长石9.5余量100×4.22／22.36=18.90.211.543.890.33—0.740.142.580.4920.1511.6453.98镁质粘土17.4余量0.111.750.134.220.080.740.032.72

0.5620.642.8965.62膨润土4余量备注1.86K2ONa2O4.35MgO0.82CaO2.75Fe2O321.20Al2O368.51坯料SiO2

化学成分类别计算各原料的配料量

原料配料量ｇ原料质量百分比%

膨润土4.003.7

粘土63.758.8

镁质粘土17.416.06

长石9.58.77

石英10.89.88

氧化铁2.101.97

碳酸钙0.930.85

总计108.33100.00例8.

已知坯料和原料的化学组成（Wt%)见下表：名称SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OI.L长石③70.0816.070.060.280.1011.481.300.66石粉④67.1814.301.521.250.102.675.507.53瓷土④69.7818.540.480.890.433.891.654.32黑滑石②62.221.110.251.5127.81

7.15黑泥⑤67.8619.310.730.500.281.200.0110.13膨润土①64.515.722.413.020.721.562.129.95

坯料68.4215.970.690.9141.924.922.095.08备注：①预定5份膨润土。②用黑滑石满足MgO：

1.884÷27.81×100＝6.7

取6份黑滑石。表1－4坯体化学组成(Wt%)坯料Wt％SiO268.42Al2O315.97Fe2O30.69CaO0.914MgO1.92K2O4.92Na2O2.095份膨润土剩余3.22565.1950.78615.1840.12050.56950.1510.7630.0361.8840.0784.8420.1061.9846份黑滑石剩余3.73361.4620.066615.1170.0150.55450.09060.67241.66860.2154

4.842

1.984③用长石满足K2O：

4.842/11.48×100＝42由于石粉和瓷土含K2O也较多，二者之和是长石的一半还多，故取25份长石。④用瓷土和石粉共同满足K2O和Na2O，设引入瓷土x份，石粉y份

0.055y+0.0165x=1.6590.0267y+0.0389x=1.972

得：x=37；y=18.8

坯料Wt％SiO268.42Al2O315.97Fe2O30.69CaO0.914MgO1.92K2O4.92Na2O2.095份膨润土剩余3.22565.1950.78615.1840.12050.56950.1510.7630.0361.8840.0784.8420.1061.9846份黑滑石剩余3.73361.4620.066615.1170.0150.55450.09060.67241.66860.2154

4.842

1.98425份长石剩余17.5243.9424.017511.09950.0150.53950.070.60240.0250.19042.871.9720.3251.65920份石粉剩余13.43630.5062.868.23950.3040.23550.250.35240.020.17040.5341.4381.10.55934份瓷土剩余23.72526.78086.30361.93590.16320.07230.30260.04980.14620.02421.3230.115

0.561-0.002⑤最后用黑泥满足SiO2：

6.7808/67.86×100＝10故取10份黑泥。坯料Wt％SiO268.42Al2O315.97Fe2O30.69CaO0.914MgO1.92K2O4.92Na2O2.095份膨润土剩余3.22565.1950.78615.1840.12050.56950.1510.7630.0361.8840.0784.8420.1061.9846份黑滑石剩余3.73361.4620.066615.1170.0150.55450.09060.67241.66860.2154

4.842

1.98425份长石剩余17.5243.9424.017511.09950.0150.53950.070.60240.0250.19042.871.9720.3251.65920份石粉剩余13.43630.5062.868.23950.3040.23550.250.35240.020.17040.5341.4381.10.55934份瓷土剩余23.72526.78086.30361.93590.16320.07230.30260.04980.14620.02421.3230.115

0.561-0.00210份黑泥剩余6.786-0.00521