第三章、坯釉料配方及其计算.ppt

1、第三章、坯釉料配方及其计算,本章学习要点：学习了解坯、釉料配方的组成及表示方法；掌握确定坯、釉料配方的依据和配方基础计算方法（如吸附水的计算、灼烧减量的计算、坯釉料坯式、釉式的计算等）；掌握制定坯、釉料配方原则；学会陶瓷配方实验设计方法。,（一）坯、釉料配方,1、坯、釉料配方的表示方法 （1）配料比表示法 用配方中所用原料的数量分数来表示配方组成的方法,叫做配料比表示法，又称生料量配合法。 如某刚玉瓷配方：工业氧化铝，95.0%；苏州高岭土，2.0%；海城滑石，3.0%。 优点：直接反映原料的名称和数量，可直接进行原料配制。 缺点：各地所产原料成分和性质不相同；或即使同种原料，只要成分不同，配

2、料比例须做相应变更；同时无法相互比较和直接引用。,（2）化学组成表示法 用坯、釉料中各化学组成的质量分数来表示其组成的办法，称为化学组成表示法，又称为氧化物质量分数表示法。 化学组成项目有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、灼烧减量等。 化学组成表示法能比较准确地表示坯、釉料的化学组成，同时能根据其组成含量估计出配方的烧成温度的高低、收缩大小、产品色泽等性能的大致情况。 缺点是无从知道坯、釉料是由哪些原料组成。,（3）坯、釉式表示法 根据坯料或釉料的化学组成计算出各氧化物的物质的量，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分子数，这种式子称为实验式

3、（坯式或釉式）。 坯式通常以中性氧化物R2O3为基准，调整其物质的量为1mol来表示，也可以用R2O及RO的物质的量的和为基准，调整其物质的量为1mol来表示。 釉式常以在釉料中起熔剂作用的碱金属及碱土金属氧化物（ R2O及RO）的物质的量之和为1mol来表示。,（4）矿物组成表示法 在坯、釉料配方中，把天然原料中所含的同类矿物含量合并在一起，以纯理论的黏土质、长石及石英三种矿物来表示坯、釉料配方组成，这种方法称为矿物组成表示法，又称示性组成表示法。 硬质瓷含纯黏土物质40%60%，长石20%30%，石英20%30%。 软质瓷含纯黏土物质20%40%，长石30%60%、石英20%40%。,（5

4、）三角坐标图法 陶瓷工业产用三角坐标图来标出三元配方坯料所在的位置，一表示坯料的组成，这种表示方法称为三角坐标图法。 三角形面积上的任何一点都代表三种物质按一定比例的混合物。 三角坐标图表示法只适用于由较纯的原料组成的陶瓷坯料。对含有大量杂质的坯料（如砖瓦或烧结砖），也想在三角坐标图上去表示，就变得没有意义。,2、坯、釉料配方组成,（1）坯料配方组成 、坯料配方组成 普通陶瓷坯料配方，从矿物成分上看由石英类矿物、黏土类和熔剂性矿物组成。 陶瓷坯料配方，从化学成分上看主要是由SiO2、Al2O3、Fe2O3、 TiO2 、 CaO、MgO、K2O、Na2O等成分组成，这些化学成分由配方中各种原料

5、带入。 陶瓷配方目前广泛采用多组分原料配料，以减少原料波动对生产工艺和产品质量的影响。,、各种氧化物在瓷坯中的作用 SiO2 ： 主要由石英引入，也可由粘土，长石引入。是成瓷的主要成分。 部分 SiO2与Al2O3在高温下生成莫来石；部分SiO2以残余石英形式存在，这是构成瓷体的骨架，提供瓷体的机械强度。 部分SiO2与碱性氧化物在高温下形成玻璃体，使坯体呈半透明性。 注意： SiO2含量高，热稳定性差，易于炸裂。,Al2O3 主要由粘土，长石引入，成瓷的主要成分。 部分为莫来石晶体组成物，部分与碱性氧化物形成玻璃体 相对提高Al2O3含量，可提高白度，热稳定性，化学稳定性，和机械强度。 工艺

6、过程： Al2O3含量高，烧成温度高； Al2O3含量低，烧成时易变形。,K2O 、Na2O 主要由长石、瓷土等含有碱金属氧化物的原料引入。 与Al2O3 SiO2形成玻璃相，起助熔作用，提高瓷的透光性。可提高白度。 K2O 、 Na2O含量过高（），急剧降低烧成温度， 热稳定性大大降低，一般控制含量在以下。,CaO、MgO 碱土金属氧化物，一般含量较少，不特别加入。 少量时，和碱金属氧化物共同起助熔作用。 引入可提高热稳定性和力学强度，提高白度和透明度，改进色调，减弱铁、钛氧化物的不良着色影响。 Fe2O3、TiO2 来自粘土、长石等中的杂质，含量较微。 铁、钛氧化物会使瓷呈色，影响白色瓷的

7、外观品质。,（2）釉料配方组成 、釉的本质 “釉“的配制与烧成，我国古代是一门很神秘、很具挑战性的学问，古代的许多名窑、名瓷都是以独特的釉来命名的：祭红、郎窑红、唐三彩、兔毫、油滴、窑变花釉、。 但是万变不离其宗，用一句简要的话进行概括：釉是附着在陶瓷坯体表面的一种玻璃或玻璃与晶体混合物的连续粘着层。, 、釉的分类 釉的分类按不同基准有不有的名称，一般可按坯体的种类、制造工艺、组成、性质、显微结构、用途进行分类。 我国生产中习惯以主要熔剂种类及外观特征命名釉料，如铅釉，石灰釉，长石釉，乳浊釉，无光釉，颜色釉等。, 、釉的作用 装饰作用：可以使陶瓷表面光滑、明亮、美观，提高陶瓷的艺术、欣赏价值。

8、 可以改善瓷胎的各种性能： 釉具有不透水、不透气 、易洗涤、耐污染 、耐腐蚀等优良性能。可以提高陶瓷的化学稳定性、防污性（平滑、表面积减小） 力学性能、电学性能等。,、制造陶瓷时对釉的基本要求 有均匀的、光润的、有玻璃光泽的表面 （特殊效果的釉除外） 不可发生开裂或剥落现象（特殊效果的裂纹釉除外） 高温流动性好，釉面易于平滑 耐酸碱腐蚀 根据实际需要的其他特殊要求,长石釉特点： 、釉式中K2O和Na2O的摩尔数(mol)之和不小于0.5。 、硬度大，光泽度较高，略带乳白色，烧成范围宽。 、与氧化硅含量较高的坯结合较好。 石灰釉特点（古瓷） 、釉式中CaO的摩尔（mol) 数不小于0.5。 、弹

9、性好，透明度好，还原气氛易烟熏，烧成范围窄。 、与氧化铝含量较高的坯结合较好。,几种常见釉举例,镁质釉及其特点 、由滑石等镁质原料引入的熔剂性氧化物MgO在釉式中的含量不小于0.5 mol。 、热膨胀系数小，不易烟熏，有利于白度和透光度的提高， 、烧成范围宽。 、对坯体的适应性强。 熔块釉 、低温熔块釉（添加含PbO、B2O3等强熔剂的原料），其中铅釉是古代低温釉陶瓷的最主要种类。 、高温熔块釉 （添加含ZnO、BaO、SrO等熔剂的原料）,釉料中各氧化物的主要作用,（1）SiO2 二氧化硅是玻璃的形成物，一般含量60%70%左右，主要以石英引入。 提高釉的熔融温度和黏度 ，并能降低膨胀系数。

10、 赋予釉以高的机械强度（如硬度、耐磨性），良好的热稳定性、化学稳定性，高的白度和透明度。,（2）Al2O3 主要由黏土、长石引入，也可用工业氧化铝，其是形成玻璃的中间物。 在釉中的作用类似于 SiO2，但是提高熔融温度和高温黏度的能力更强。 釉的光泽度的基本划分 光泽釉（釉式）中Al2O3/SiO21 ：6 10 无光釉（釉式）中Al2O3/SiO21 ：3 4,（3）CaO 釉中是主要熔剂，古代高温釉的主要助熔剂，可以降低釉的粘度，提高釉的流动性和釉面光泽度。 对有些色釉可增强釉的着色能力（如铬锡红釉），一般其用量不超过18%，过多会使釉结晶，产生失透现象，形成无光釉。 CaO与碱金属氧化物

11、相比，能增加釉的抗折强度和硬度，降低釉的膨胀系数，能提高釉的化学稳定性。另 外，CaO可改善坯釉结合性。 配料中常采用石灰石，其密度小， 能增强釉的悬浮性。,（4） Li2O、Na2O、K2O 都是强熔剂，降低熔融温度和高温粘度，降低化学稳定 性和力学强度。 助熔能力： Li2O Na2O K2O。 Li2O 在无铅釉中使用可使釉的热膨胀系数降低，光泽度高，强度和耐酸性有一定的提高。Na2O 降低弹性和抗张强度，提高热膨胀系数，光泽度差。 K2O 常由钾长石引入，比钠长石熔融温度范围宽，粘度大。,（5） PbO 最强的熔剂，古代低温釉的最主要助熔剂。 硅酸铅玻璃折射率高，光泽度高。适量的 引入

12、与碱金属氧化物相比可以更好的降低高温粘度，加宽熔融范围。 提高强度、光泽度和弹性；降低热膨胀系数。大 量使用可使釉的强度和热稳定性降低。 （6）BaO 主要由碳酸钡引入，可增加釉的光泽，降低熔融黏度，增加析晶倾向。,（7）B2O3 B2O3是玻璃的形成物，能降低熔融物的黏度，增加釉的光泽，降低析晶能力，提高釉的弹性。 B2O3可用硼砂或硼酸引入，一般使用B2O3配釉时，应先配成熔块。 （8）ZrO2 可作为釉的乳浊剂，能使釉乳浊而失透。 可提高釉的热稳定性、化学稳定性，提高釉的耐碱、耐磨能力。,（9）骨灰、瓷粉、乳浊剂、色料等 骨灰 可提高光泽度，促进釉料分相，提高白度。 瓷粉 取代长石调节釉

13、料，可提高釉的熔融温度，降低釉的高温粘度。减少釉面针孔，提高白度。 乳浊剂 SnO2、TiO2、ZrO2、锑（Sb）化物、磷酸盐。 着色剂 Co 、Fe、Cu 等的 氧化物、化合物或合成颜料。,3、确定坯、釉料配方的依据 、产品的物理化学性质和使用要求 釉面砖要求有一定的吸水率，才能牢固地粘贴在墙面上；建筑陶瓷的釉面光滑平整，颜色均一，尺寸规格一致，这不仅能使建筑物整体美观，而且便于施工。 地砖要求吸水率较小，但应耐磨、耐酸碱腐蚀和防滑等。 日用瓷要求有一定的白度和透明度，釉面光泽好，并对釉面铅的溶出量有严格限制。,、配方要能满足生产工艺的要求 坯料的要求：成型性能好，坯体强度高，有较宽的烧成

14、温度范围。 烧成温度、气氛应与窑炉的性能相适应。 若釉、坯化学性质相差过大，烧成易出现坯体吸釉，造成干釉现象。 釉的熔融温度应和坯体烧结温度相近。釉的热膨胀系数应比坯体稍小，使冷却时釉层受到不大的压应力，有利于增加产品的机械强度，防止变形。 当采用低温快速烧成工艺时，配料应选用烧成收缩小，烧减小的原料，减少黏土用量，降低坯料中游离石英总量，增加熔剂成分等。,、原料来源与质量的稳定性，价格的高低 原料质量和来源稳定是生产和产品性能稳定的前提，也是适应机械化、自动化生产的重要前提条件。 原料来源丰富，质量稳定，运输方便，价格低廉，是生产优质、低成本产品的基本条件。 考虑到经济上的合理性，对原料要强

15、调就地取材，量才使用，物尽其用（例如把废瓷利用起来）。,、借鉴成熟配方 利用使用的或研究单位研制的某种产品的成熟配方。 不可机械地搬用，一定要慎重分析，并通过试验验证,或在成功经验的基础上进行试验创新，最后应以试验测定结果为鉴定的依据。 、弄清各原料在陶瓷材料中的作用 弄清各种原料在陶瓷材料中的作用及材料性能的影响，是进行配方试验的基础。,（二）配方基础计算,1、吸附水计算 某一原料的湿重为G(g)，隔绝空气加热，经105110干燥至恒重后的质量为G1(g)，此试样的吸附水含量可以用湿基或干基两种方法表示。 、以湿基表示为：WW(GG1)G100% 、以干基表示为：Wd(GG1) G1 100

16、% 在实际配方中，一般是根据干料的用量，通过湿基的换算，而求得所需湿原料的质量。,2、不含灼烧减量的化学组成计算 在进行坯或釉式的计算时，常将化学分析结果中的灼烧减量除去，计算为仅含氧化物的质量分数。 3、坯釉料配方坯式和釉式的计算 （1）由坯釉料的化学组成计算坯式和釉式 由化学组成计算坯式、釉式是根据坯料、釉料化学成分数据（或配料中各种原料单独分析的结果），计算出符合坯式、釉式所规定的要求。其计算步骤按下述步骤进行。,基本步骤 、用各氧化物的分子量分别去除相应氧化物的百分含量，即得到各氧化物的分子数。（若有灼烧减量，先换算成无灼烧减量的化学组成。） 、计算坯式时，用中性氧化物R2O3分子数之

17、和分别去除各氧化物的分子数；计算釉式时，以碱性氧化物（R2O+RO）分子数之和去除氧化物分子数；得到各种氧化物分子数的比例，即各氧化物前面的系数（相对分子数）。 、按照碱性氧化物、中性氧化物和酸性氧化物的先后顺序，列出各氧化物的分子数，即得到了坯式或釉式。,例1：,某瓷的坯料经化学分析结果如下（均为%）： 试计算该坯料的坯式。,计算中一些常用的分子量,解：1、换算无灼减量时的百分比含量 SiO2 34.52（99.714.65)36.31 Al2O3 14.33(99.714.65)=15.13 Fe2O3 0.21 （99.714.65)0.22 TiO2 0.06 （99.714.65)0

18、.06 CaO 21.41 （99.714.65)22.52 MgO 2.09 （99.714.65)2.20 K2O 2.41 （99.714.65)2.54 Na2O 1.64 （99.714.65)1.73 P2O5 18.34 （99.714.65)19.29 合计：100,2 、计算各种氧化物的分子数： SiO2 36.3160.10.605 Al2O3 15.13101.9=0.148 Fe2O3 0.22 159.70.001 TiO2 0.06 80.10.0007 CaO 22.52 56.10.402 MgO 2.20 40.30.055 K2O 2.5494.20.027

19、 Na2O 1.73 62.00.028 P2O5 19.29 142.00.136,3 .以中性氧化物Al2O3 和Fe2O3 分子总和做分母，除各氧化物的分子数（保留三位小数） SiO2 0.605(0.149+0.001)4.060 Al2O3 0.1480.149=0.993 Fe2O3 0.001 0.1490.007 TiO2 0.0007 0.1490.005 CaO 0.402 0.1492.698 MgO 0.055 0.1490.369 K2O 0.0270.1490.181 Na2O 0.028 0.1490.188 P2O5 0.136 0.1490.913,4.按照坯

20、式排列，得出该瓷的坯式,（2）由坯式、釉式计算坯、釉料的化学组成 计算步骤 、用坯式中各氧化物的分子数乘以该氧化物的分子量，得到该氧化物的质量。 、求出所有氧化物的质量总和。 、用各氧化物的质量除以总和，乘以100，即得氧化物的百分含量。,例2：,已知某坯料的坯式为： 求该坯料各氧化物的百分含量。,解：（1）计算各氧化物的重量 SiO2 4.79460.1288.12 Al2O3 0.987101.9=100.67 Fe2O3 0.013 159.72.076 CaO 0.073 56.14.095 MgO 0.01 40.30.403 K2O 0.1589414.852 Na2O 0.121

21、 627.502 合计：417.715,（2）用各氧化物重量除以氧化物的重量总和，乘以100(保留两位小数）。 SiO2 287.12417.71510068.98 Al2O3 100.67417.71510024.10 Fe2O3 2.076417.7151000.50 CaO 4.095417.7151000.98 MgO 0.403417.715100 0.10 K2O 14.85417.715100 3.56 Na2O 7.502417.715100 1.79,（3）算得其氧化物百分组成为（不含灼减量）： SiO2 68.98% Al2O3 24.10% Fe2O3 0.50% CaO

22、 0.98% MgO 0.10% K2O 3.56% Na2O 1.79%,（4）黏土原料与坯料示性矿物组成的计算 黏土原料矿物计算中的处理方法及计算步骤： 、若化学组成中含有一定数量的K2O、Na2O、CaO，则可认为是由长石类矿物引入的。若其中Na2O比K2O含量是好的多，可认为Na2O是杂质而把两者的合量KNaO计算为钾长石。 、化学组成中Al2O3的总量减去长石带入的Al2O3，剩余的可认为是由高岭土引入的，但若化学组成中扣除钾长石量后Al2O3量不足时，多余的Al2O3可认为是有水铝石Al2O3H2O引入的。,、根据灼烧减量判断，若原料中有酸根存在，则MgO可认为是由菱镁矿MgCO3

23、引入，CaO可认为是由石灰石CaCO3引入的。但若不存在碳酸根，则认为灼减量是水，此时MgO可认为由滑石3MgO4SiO2H2O或蛇纹石3MgO2SiO22H2O引入。 、若灼烧减量主要是结晶水，且在扣除高岭土及滑石等矿物中的结晶水后还有一定数量，可认为化学组成中Fe2O3是由褐铁矿Fe2O33H2O引入；若灼烧减量已扣完，则Fe2O3可作赤铁矿计算。,、TiO2一般可认为由金红石提供。 、除去以上各种矿物中所含的SiO2量后，剩余的SiO2可作为游离石英。 、 制造细陶瓷产品所用的黏土类原料中所含Fe2O3 、 TiO2 、 MgO 、CaO都很少，可以不考虑它们所构成的矿物的数量。,（5）

24、坯釉料酸性系数的计算 坯釉料酸性系数是指酸性氧化物的分子数与碱性氧化物、碱土金属氧化物和中性氧化物分子数的比值，以CA表示： CA= RO2（R2ORO3R2O3） 式中 RO2 SiO2 、 TiO2 等酸性氧化物分子数； R2O碱性氧化物分子数； RO 碱土金属氧化物分子数； R2O3Al2O3 、Fe2O3等中性氧化物分子数。 一般酸性系数大，说明坯易软化，烧成时变形倾向大，烧成温度低。,（三）坯料配方制定原则、方法及其计算,1、制定坯料配方的原则、方法与步骤 （1）制定坯料配方的原则、方法 陶瓷坯料配方的制定原则是所设计的坯料组成和相应的工艺性能必须满足烧成前后对坯料提出的各项技术要求

25、。 在首先保证设计的配方能充分满足生产需要和产品质量要求的同时，还应当根据“因地制宜、就地取材、降低成本、提高效率”的原则，尽量选用当地原料或替代原料。,目前制定坯料配方有以下几种方法： 、利用化学分析数据或以坯式为基准，用原料逐项去满足的方法，以求得原料量。 、利用理论示性矿物组成为基准，用原料逐项去满足的方法，以计算原料量。 、“经验配方的改用与理论调整”相结合的方法。这一方法是利用一些工厂或研究单位积累的数据、经验和各种类型的陶瓷材料和产品都有的经验性组成范围，并加上实验研究，多方面综合来确定配方。,（2）确定坯料配方的步骤 掌握第一手资料 选择初步坯料配方 进行小型和扩大工艺试验 确定

26、正式生产配方,2、坯料配方的计算 （1）由化学组成计算坯料配方 当陶瓷产品的化学组成和采用原料的化学组成已知时，根据原料性质和形成的要求，参照生产经验先确定一、两种原料的用量（如黏土、膨润土等），再按满足坯料化学组成的要求逐个计算每种原料的用量。 （2）由矿物组成计算坯料配方 已知坯料的矿物组成及原料的化学组成时，需先将原料的矿物组成计算出来，然后再进行配料计算。,（3）由实验式计算坯料配方 计算步骤： 将原料的化学组成计算成为示性矿物组成所要求的形式，即计算出各种原料的矿物组成。 将坯料的实验式计算成为粘土、长石、石英矿物的百分组成。注：在计算中将实验式中的CaO 、 MgO、K2O、Na2

27、O都粗略的按K2O计算，坯式为：aRK2Ob Al2O3c SiO2。 用满足法计算坯料的配料量：分别以粘土和长石满足实验式所需的各种矿物原料，最后用石英来满足实验式中石英矿物所需的数量。,（四）釉料配制原则、方法及其计算,1、釉料配方的制定原则 （1）满足制品对釉面的性能要求 日用瓷、墙地砖、卫生洁具、电瓷等。 （2）釉的成熟温度在坯的烧成范围之内 一次烧成釉，始熔温度应高，成熟范围应宽。避免干釉和 起泡。二次烧成釉，生釉的粘附性要强。 （3）坯釉的热膨胀系数及弹性模量等物理性能相适应。,（4）坯釉的化学组成相适应 坯釉的化学组成一般应有一定的差别，酸性坯配碱性釉碱性坯配酸性釉，常用CA（酸

28、度系数CA反映坯釉的酸性程度）控制： 瓷坯CA1 2 瓷釉CA1.8 2.5 陶坯CA1.2 1.3 陶釉CA1.5 2.5 （5）合理选择原料 既要保正生产工艺性能和釉面质量，又要经济合理。 釉料对釉下彩或釉中彩不致溶解或使其变色。 选择配釉的原料时，应全面考虑其对制釉过程、釉浆性能、釉层性能的作用和影响。,2、确定釉料配方的方法与步骤 （1）掌握必要的资料 坯料的化学和物理性质：组成、加热过程的物理化学 变化、烧成温度范围和气氛等。 对釉面特征（例如光泽、乳浊、透明等）以及制品机械强度和热稳定性、釉的耐酸碱能力以及硬度等性能指标的具体要求。 制釉原料的化学组成、纯度、细度及工艺性能。 燃料种类、烧成方法和烧成气氛等。,（2）借助成功的经验 根据制品的种类特点，查阅资料参考成功的配方，结合可选用原料的组成和性能，生产厂的生产工艺条件，通过计算、 调整、试验、性能测试等环节，最后得出各方面性能满意同时 又经济合理的最优配方。 （3）借助三元系统相图 相图特点：只考虑三组分，缓慢升温的平衡过程。 釉的