工艺技术_设计材料及加工工艺学课件

设计材料及加工工艺 王智敏 第十二讲陶瓷及加工工艺 目录 12 1陶瓷概述12 2陶瓷材料的基本性能12 3陶瓷的加工工12 4设计常用的陶瓷材料12 5陶瓷在设计中的应用 12 1陶瓷概述 陶瓷 为无机非金属材料 是人类利用黏土矿物或岩石等多种天然资源 经过火烧制成功的技术成果 它与人类历史文明有着十分密切的关系 尤其是我们瓷器的发明及其工艺和技术的辉煌成就 对于人类文化都曾做出过很大的贡献 12 1 1陶瓷的发展历史 人类的材料文明同火有着密切的联系 据说人类在用火是发现被烧的黏土特别硬而发明了陶器 而在烧制陶器过程中 发现还原出的铜 而发明了冶炼铜 进而有了冶炼铁 袋足内模制陶工具新石器时代陕西龙山文化 中国是世界上历史悠久的文明古国之一 陶瓷生产有着悠久的历史和光辉的成就 制陶技艺的产生可追溯到4500年至2500年以前的时代 双格陶调色盒绘画用具高6 5厘米新石器时代马家窑文化 宋代的高温色釉及碎纹釉 铁系花釉 如兔豪 油滴 玳瑁斑等 明清时期的青花 粉彩 祭红 郎窑红等产品都是我国陶瓷史上光彩夺目的明珠 唐代的越窑青瓷和邢窑白瓷 唐三彩 4 1 2陶瓷的分类 1 按材料分类 分为普通陶瓷 传统陶瓷 特种陶瓷 现代陶瓷 日用陶瓷建筑陶瓷绝缘陶瓷化工陶瓷多孔陶瓷 金属陶瓷导电陶瓷压电陶瓷超导陶瓷耐酸陶瓷半导体陶瓷 陶瓷 2 按制品特性分类 陶瓷是陶器与瓷器两大类产品的总称 传统的陶瓷材料是用粘土及其它天然矿物原料经粉碎加工 成型 煅烧等生成 陶器通常有一定吸水率 断面粗糙无光 不透明 敲之声粗哑 有的无釉 有的施釉 瓷器的坯体致密 基本上不吸水 有一定的半透明性 有釉层 比陶器烧结度高 根据陶瓷的颜色和吸水率大小不同 普通陶瓷又可分为陶器 炻器 瓷器 介于陶器与瓷器之间的一类产品 国外通称炻器 也有称为半瓷 具体内容详见下表 陶瓷制品的分类表1 陶瓷制品的分类表2 常用功能陶瓷的组成 特性及应用 12 2陶瓷的基本性能 具高熔点 高硬度 高化学稳定性 耐高温 耐氧化 耐腐蚀 密度小 弹性模量大 耐磨损 强度高等特点 易碎 主要性能指标有 强度 硬度 热性能 电导率 绝缘强度 白度 透光度 光泽度 化学性能 气孔率 吸水率等 显著特征 性能 1 硬度是各类材料中最高的 高聚物 20HV 淬火钢500 800HV 陶瓷1000 5000HV 2 刚度 是各类材料中最高的 塑料1380MN m2 钢207000MN m2 3 强度 理论强度很高 E 10 E 5 由于晶界的存在 实际强度比理论值低的多 E 1000 E 100 耐压 抗压强度高 抗弯 抗弯强度高 不耐拉 抗拉强度很低 比抗压强度低一个数量级 较高的高温强度 4 塑性 在室温几乎没有塑性 5 韧性 差 脆性大 是陶瓷的最大缺点 6 热膨胀性 低 导热性差 多为较好的绝热材料 10 2 10 5w m K 7 热稳定性 抗热振性 在不同温度范围波动时的寿命 急冷到水中不破裂所能承受的最高温度 陶瓷的抗热振性很低 比金属低的多 日用陶瓷220 8 化学稳定性 耐高温 耐火 不可燃烧 抗蚀 抗液体金属 酸 碱 盐 9 导电性 大多数是良好的绝缘体 同时也有不少半导体 NiO Fe3O4等 10 其它 不可燃烧 高耐热 不老化 温度急变抗力低 4 3陶瓷的加工工艺 陶瓷的加工工艺 将陶瓷原料按一定比例配制 混合 经成型和表面处理后烧制而成 常用的成型方法有两种 一种是半干法成型 另一种是浇注法 焙烧陶瓷的窑炉常用辊道窑 隧道窑 用半干法成型的陶瓷面砖的典型生产工艺 半干法成型的陶瓷砖生产工艺 12 3陶瓷的加工工艺 大部分陶瓷是通过粉体成型和高温烧结来成形的 陶瓷所用原料 首先是保证陶瓷制品的各结构物的生成 其次是必须具有加工所需的各工艺性能 12 3 1原料配制 普通陶瓷所需原料可归纳为三大类 即具有可塑性的粘土类原料 具有非可塑性的石英类原料 瘠性原料 和熔剂原料 除了上述普通陶瓷所需的三大原料外 陶瓷釉料还常常需用各种特殊的熔剂原料 包括采用各种化工原料 1 可塑成型法 旋坯滚压法挤压 做管 棒 拉坯 车坯 雕塑与印坯工业上使用最较多的是旋压和滚压两种 12 3 2陶瓷成型 旋压和滚压 拉坯 2 注浆法和干压法 空心注浆法示意图 有空心注浆法 实心注浆法 压力注浆和离心注浆法 实心注浆法示意图 手工陶艺 手工制碗 普京制陶 3 干压法 干压成型是利用压力 将干粉坯料在模中加压成致密坯体的一种成型方法 干压成型 等静压成型和热压成型 都是新出现的成型方法 其中干压成型过程简单 产量大 缺陷少 并便于机械化 对成型形状简单的小型坯体 有广泛的应用价值 由于干压成型的坯料水分少 压力大 坯体致密 因此能获得收缩小 形状准确 易于干燥的生坯 干压成型常用于特种陶瓷的生产 成型后的坯体经干燥 装饰 上釉和焙烧工艺后制成产品 a 单向加压b 双向加压图干压成形 12 3 3上釉 上釉 所谓釉是指附着于陶瓷坯体表面的连续玻璃质层 釉料是在坯体烧结的温度下成熟 陶瓷施釉的目的在于改善坯体的表面性能 提高力学强度 上釉分釉下彩和釉上彩 釉下彩 在生坯 或素烧釉坯 上进行彩绘 然后施一层透明釉 最后釉烧即为釉下彩绘 釉上彩 在釉烧过的陶瓷釉上用低温颜料进行彩绘 然后在不高的温度下 660 900度 彩烧的装饰方法 釉下彩明青花瓷 釉上彩清乾隆八仙图 12 4设计常用的陶瓷材料 传统陶瓷 特种陶瓷 日用器皿建筑陶瓷绝缘陶瓷卫浴洁具美术陶瓷园林陶瓷烹饪陶瓷 氧化物陶瓷非氧化物陶瓷玻璃陶瓷功能陶瓷 设计常用的陶瓷材料 4 5陶瓷应用实例 陶瓷材料的发展 不仅像以往那样生活实用器皿 摆设的工艺品 而且大量制成建筑用材 用于各种不同的工艺结构和艺术形式的大型壁画 雕刻和室内外的景观 其工艺效果与艺术魅力是其它材料望尘莫及的 是一个既传统 又崭新的无限广阔的艺术领域 见以下实例 景德镇瓷器 Al2O3化工 耐磨陶瓷配件 Al2O3密封 气动陶瓷配件 95瓷纺织件 99瓷纺织件 氧化铝耐高温喷嘴 SiC陶瓷件 SiC轴承 Si3N4轴承 绝缘子 陶瓷零件 电子陶瓷 陶瓷生产工艺流程 设计方案要求 1 产品的名称 2 产品设计图和效果图 3 产品的功用和工作参数 产品的造价大概是多少 4 选用什么材料 为什么选用这种材料 选用该材料的优缺点 5 所选用材料的性能和可以进行的加工