陶瓷制作中的化学问题.doc

_陶瓷制作中的化学问题陶瓷是陶器和瓷器的总称。陶瓷材料大多是氧化物、氮化物、硼化物和碳化物等。陶瓷材料的成份主要是氧化硅、氧化铝、氧化钾、氧化钠、氧化钙、氧化镁、氧化铁、氧化钛等。常见的陶瓷原料有粘土、石英、钾钠长石等。陶瓷原料是地球原有的大量资源黏土经过淬取而成。而粘土的性质具韧性，常温遇水可塑，微干可雕，全干可磨；烧至700度可成陶器能装水；烧至1230度则瓷化，可完全不吸水且耐高温耐腐蚀。工艺流程一、 淘泥 制瓷的第一道工序：淘泥，就是把瓷土淘成可用的瓷泥。将瓷土、瓷石捣碎后，和水之后，形成瓷泥。【瓷土：瓷土（H4Al2Si2O9）是陶瓷的主要原料。瓷土是由云母和长石变质，其中的钠、钾、钙、铁等流失，加上水变化而成的，这种作用叫作“瓷土化”或“高岭土化”。纯粹瓷土的成分是：SiO2 46.51%，Al2O3 39.54%，H2O 13.95%, 熔度为1780。瓷土化：典型的低温热液蚀变。在这种作用过程中，粘土类矿物大量交代围岩中各种矿物，特别是铝硅酸盐矿物。在低温下（400一下），因热液活动引起岩石矿物成分、化学成分及物理化学特性变化的过程。】二、 摞泥 淘好的瓷泥并不能立即使用，要将其分割开来，摞成柱状，以便于储存和拉坯用。三、 拉坯 将摞好的瓷泥放入大转盘内，通过旋转转盘，用手和拉坯工具，将瓷泥拉成瓷坯。瓷器生产的一道工序。即将炼就之泥放于轮车上，借旋转之力，用双手将泥拉成器坯。四、 印坯拉好的瓷坯只是一个雏形，还需要根据要做的形状选取不同的印模将瓷坯印成各种不同的形状。五、 修坯 刚印好的毛坯厚薄不均，需要通过修坯这一工序将印好的坯修刮整齐和匀称，修坯又分为湿修和干修。瓷器生产的一道工序，拉坯阴干之后用车刀进行修整。六、捺水 捺水是一道必不可少的工序，即用清水洗去坯上的尘土，为接下来的画坯、上釉等工序做好准备工作。七、画坯 在坯上作画是陶瓷艺术的一大特色，画坯有好多种，有写意的、有贴好画纸勾画的，无论怎样画坯都是陶瓷工序的点睛之笔。八、上釉 画好的瓷坯，粗糙而又呆涩，上好釉后则全然不同，光滑而又明亮：不同的上釉手法，又有全然不同的效果，常用的上釉方法有浸釉、淋釉、荡釉、喷釉、刷釉等。【釉又称“釉子”，以石英,长石,硼砂,黏土等为原料,磨成粉末,加水调制而成的物质,用来涂在陶瓷半成品的表面,烧制后发出玻璃光泽,并能增加陶瓷的机械强度和绝缘性能。】陶瓷坯釉相适应原理陶瓷坯釉相适应是指陶瓷制品胎、釉紧密结合成不裂也不脱落的整体的能力。人们在进行坯、釉料配方设计时，就注意到影响坯釉相适应的诸多因素。首先，应使釉的膨胀系数略低于坯，使之成为压缩釉层；其次，应使釉具有较大的弹性和抗张强度；第三，釉层厚度及釉熔体对坯的润湿程度等等。然而，无论是坯、釉的膨胀系数，还是弹性、抗张强度，都必须首先清楚地知道坯、釉的化学组成，再通过加和性公式计算出来。原料、釉、坯的化学组成，就要由化学分析来确定。这对于大多数陶瓷生产企业，尤其是中、小型企业来说，几乎不可能现场做到。同时，计算值也是概数，与实际值相差很大，导致有时即使按计算值进行设计的配方，也会产生坯、釉不相适应的状况。九、烧窑 千年窑火，延绵不息，经过数十道工具精雕细琢的瓷坯，在窑内经受千度高温的烧炼，就像一只丑小鸭行将达化一只美天鹅。 现在的窑有气窑、电窑、等。陶瓷中的泥土变硬了，就是发生了化学变化的原故。 在高温下，陶瓷生坯固体颗粒的相互键联，晶粒长大，空隙(气孔)和晶界渐趋减少，通过物质的传递，其总体积收缩，密度增加，最后成为具有某种显微结构的致密多晶烧结体，这种现象称为烧结。 这个过程中包含有物理变化和化学变化。坯体的化学变化： 氧化和还原等变化，还原作用多在250-900时发生，分解作用多在500-1300时发生。1）碳酸盐的分解。2）碳素、硫化物及有机物的氧化。粘土中夹杂的硫化物在800左右被氧化完毕。3）坯体中存在的碳素及有机物在600以上才开始氧化分解，并持续到高温，此阶段产生的气体必须完全排除掉，否则会引起坯体起泡。C+O 2 CO 2 4）强还原阶段（1020-1150）。此阶段坯体内的三氧化二铁及硫酸盐在釉层封闭坯体之前得到充分还原与分解。5)氧化亚铁易与二氧化硅生成易熔的玻璃状物质，促进了坯体的烧结。普通陶瓷坯体在烧成过程中的物进化学变化陶瓷坯体的烧成过程十分复杂，无论采用何种工艺（一次或二次烧成等）、何种窑炉烧成，在焙烧过程的各个阶段均将发生一系列物理化学变化。原料的化学组成、矿物组成、粒度大小、混合的均匀性以及烧成的条件，对于烧成过程的物理化学变化有至关重要的影响。深入研究和掌握这些变化的类型和规律，才能制定出合理的烧成工艺，选择或设计窑炉，确定相应的热工制度，并为烧成缺陷的分析提供理论依据。有利于调整配方，改进工艺、设备和操作，达到优质、高产、低耗的目的。表3-8-1列出了普通陶瓷坯体烧成过程各阶段的物理化学变化。一 、低温阶段低温阶段（室温300）也可称干燥阶段。进入烧成窑炉的坯体一般已经过干燥，但仍含有一定数量的残余水分（约2%以下）。本阶段的主要作用是排坯体内的残余水分，其温度一般在300（有的认为是270）以下。随着水分的排除，组成坯体的固体颗粒逐步靠拢，因而发生少量的收缩，但这一收缩并不通货膨胀完全填补水分遗留的空间，故对粘土质坯体表现为气孔率增加、强度提高；对由非可塑性原料制成的坯体（加粘合剂者除外）则表现为疏松多孔、强度降低。阶段名称温度范围主要变化物理变化化学变化低度阶段室温3001. 排除机械水2. 质量减少,气孔率增大-氧化分解阶段3009501.质量急速减小;2.气孔率进一步增大3.硬度与机械强度增加4.体积稍有变化1.氧化反应2.碳素及有机物氧化3.硫化铁氧化4.分解反应结晶水分解排除;碳酸盐及硫酸盐分解;5. 氢氧化铁分解6.晶型转变:石英及Al2O3晶型转变高温阶段950最高烧成温度1.强度增加2.气孔率降低到最小值3.体积收缩,密度增大4.色泽变白,光泽增强1.继续氧化,分解2.形成液相及固相熔融3.形成新结晶相4.形成低铁硅酸盐保温阶段烧成温度下维持一段时间坯体结构更为均匀致密1.液相量增多2.晶体增多长大3.晶体扩散,固,液相分布更为均匀冷却阶段烧成温度室温1.液相中结晶2.液相过冷3.硬度与机械强度增大-本阶段坯体水分含量是影响安全升温速度的首要控制因素.若入窑坯体水分含量超过3,则必须严格控制升温速度,否则由于水分激烈气化,易导致坯体