原料处理及坯料制备

1、第十章 原料处理及坯料制备 粘土（clay）、矿石等原料开采后，不能直接使用。 坯料组成配方方案、配料计算原料的精选、粉碎、筛分、补正、合成坯料制备坯料检测,第一节 坯体组成的确定 一、陶器的坯体组成 1、粗陶器 一般是用一种或两种以上易熔粘土组成制得。其胎体不致密，吸水率较大。 2、普通陶器 一般用可塑性高的难熔粘土、石英、熟料等原料制成。胎体不够致密，颗粒较粗，气孔较大，制作不够精细，表面施以釉层,3、细陶器 用可塑性高的难熔粘土、石英、长石、熟料等原料制得。胎体颗粒致密，气孔微小。结构均匀，施釉或不施釉。 长石质精陶（硬质精陶） 可塑粘土、高岭土、石英、长石 石灰质精陶（软质精陶） 可塑

2、粘土、高岭土、石英、石灰石,二、瓷器的坯体组成 1、国际上粘土质瓷器的分类 硬质瓷：（0.180.3）RO 1Al2O3 (3.54.8)SiO2 高岭土、石英、长石。 软质瓷： （0.30.45）RO 1 Al2O3 (4.86)SiO2 高岭土、石英、长石，以及钙、镁的碳 酸盐、骨灰、滑石、熔块,2、日用瓷 2.1 长石质瓷 标准硬质瓷坯料组成： 高岭土+粘土50、长石25、石英25。 化学组成：SiO2 6567%；Al2O3 1925% (R2O+RO) 46.5%； (Na2O+K2O) 2.5% 相组成： 玻璃相5060， 莫来石1020， 残余石英812， 方石英610,2.2骨

3、灰瓷 特点：白度高，透明度好，瓷质软，光泽柔和，但脆性大，热稳定性差，烧成范围狭窄。 组成：骨灰Ca5(PO4)3（OH）2 3050%， 高岭土、石英、长石。 烧成工艺：一般两次烧成。 素烧：12001280；釉烧：11001180 相组成： 玻璃相：40左右； 晶相： Ca3(PO4)2 ，莫来石，钙长石， 方石英等,2.3 滑石瓷 特点：白度高，透明度好，色泽光润，可作 精细日用瓷和工艺美术瓷。 坯料组成： 滑石7075，粘土 15，长石1015%。 其中，滑石: 长石 10 : 1 2.5 化学组成： SiO2 65%；Al2O3 7%，MgO 24%，K2O+Na2O 1.52,相组

4、成： 主晶相：原顽灰石，少量斜顽灰石，-方石英 玻璃相：较少,3. 电瓷 普通电瓷属粘土石英长石体系（长石瓷）。 提高强度措施： （1）增加石英用量（高石英瓷）。 SiO2 7275%。 （2）以高铝原料替代普通电瓷中的石英（铝 质电瓷）。 Al2O3 40,三、确定配方依据 1. 产品的物理化学性质以及使用性能要求是考虑坯料、釉料组成的主要依据。 2. 可采用经验配方，以节省时间，提高效率。 3. 了解各种原料对产品性能的影响是配料的基础。 4. 配方应满足生产工艺的要求。 5. 原料来源丰富、性能稳定、价格低廉,四、坯料配方的计算 1. 坯料组成的表示方法 （1）化学组成表示法 以坯料中各

5、组成氧化物之间的质量分数来 表示坯料组成的方法。又称氧化物质量分数表 示法。 SiO2 65%；Al2O3 7%; MgO 24%; K2O+Na2O 1.52,2） 示性矿物组成表示法 坯料组成以纯理论的粘土矿物、石英、长 石等矿物来表示的方法。又称示性分析法，简 称矿物组成法。 （3）配料量表示法 用各种原料的质量分数（或质量）来表示 坯料组成的方法。 石英29%, 长石21，大同砂石32， 界牌土15，滑石3,2.坯料配方的计算 经验配方的改用与理论调整相结合。 应注意以下几点： 1. 了解各种原料的化学组成、矿物组成、纯度、灼减、工艺性能等。 2. 确定产品中化学组成和各种化合物的摩尔

6、数。 3. 明确坯体中的各种氧化物，以及该种氧化物主要由哪种原料提供,4. 依据坯体化学组成逐个计算每种原料的用 量，同时考虑原料性质和工艺性能的要求，以及 生产经验。 5. 考虑纯度、灼减的计算。 6. 利用相图计算配方时，充分利用杠杆原理，计算出原料所需的百分数，但需要进行氧化物含量的转换,第二节 粉料制备,所谓粉料，就是大量微小固体粒子的集合，是由一个个固体小颗粒组成的，它仍然具有很多固体的属性。陶瓷生产所用的粉料，其颗粒粒径大约在0.06mm以下,粉料制备,天然粉料,合成粉料,天然粉料制备流程,原料的精选,原料的煅烧,原料的粉碎,原料的筛分,物理方法,化学方法,物料化学方法,天然原料的

7、精选 天然原料中，一般都或多或少的含有一些杂质，这些杂质的存在降低了原料的品位，直接影响制品的性能及外观质量，故在使用之前，一般要进行精选处理。原料精选，主要是对原料进行分离、提纯，除去原料中的各种杂质,精选方法,物理方法,化学方法,物料化学方法,物理方法,分级法,磁选法,超声波法,分级法包括水簸、水力旋流、 风选、筛选等。主要是利用矿物 颗粒的直径或密度差别来进行的。 目前，国内外普遍采用的分级装置 是水力旋流器,物理方法,分级法,磁选法,超声波法,磁选法是利用含铁矿物的磁性差别， 将铁及其氧化物从原料中分离出来。 磁选法对除去粗颗粒的强磁性矿物 效果较好。但对黄铁矿等弱磁性 矿物及细粒含铁

8、杂质效果不明显,物理方法,分级法,磁选法,超声波法,超声波法是利用超声空化的作用， 使得原料颗粒和水溶液都产生高频 振动，互相碰撞与摩擦，从而把原 料颗粒表面的氧化铁和氢氧化铁 薄膜剥离脱出，达到除铁的目的,化学方法,对于以微粒状染浮于原料颗粒上的铁粉等杂质，以及原料中难以以颗粒形式分离的微细含铁杂质，如硫化铁、氢氧化铁等，物理方法几乎无能为力，而采用化学方法处理则有较好效果,升华法,溶解法,升华法是在高温下使原料中的氧化铁与氯气等气体反应，使之生成挥发性或可溶性的物质（如氯化铁等）而除去。由于氯气有毒，这种方法用得较少,溶解法是用酸或其它各种反应剂对原料进行处理，通过化学反应将原料中所含的铁

9、变为可溶盐，然后用水冲洗将其除去的方法。例如经钢球磨细碎的氧化铝粉料中混入的铁质较多，采用酸洗的方法就可将铁除去,化学方法,升华法,溶解法,物理化学方法,电解法,浮选法,电解法是基于电化学的原理除去 混杂在原料颗粒中含铁杂质的 一种方法。在电解过程中，粘在 颗粒上的着色铁杂质被溶解除去,物理化学方法,电解法,浮选法,浮选法是利用各种矿物对水的润湿性不同，从悬浮液中将憎水颗粒粘附在气泡上浮游分离的方法。为了提高浮选效果，浮选一般需使用捕集剂（浮选剂），使待除去的矿物悬浮,对原料进行预烧的作用,1帮助碎化原料,2改变结构形态,4稳定晶型,3减小坯料收缩,1、帮助碎化原料 大块的石英岩质地坚硬，粉碎

10、困难。利用石英573晶型转变所发生的体积效应，将石英在粉碎前预烧，然后急冷，使之产生内应力，原料变脆，可大大提高粉碎效率,2、改变结构形态 滑石具有片状结构，用于陶瓷成型时容易造成泥料分层和颗粒定向排列，引起产品的变形和开裂。大量使用时就要先进行预烧，使其转变为偏硅酸镁，破坏原有的片状结构,3、减小坯料收缩 可塑性很强的粘土，用量较多时，易使陶瓷坯体在干燥和烧成过程中产生较大的收缩，导致制品开裂报废。为了减少这类损失，有时将一部分粘土预烧成熟料，以降低坯体的收缩，此外，陶瓷釉中的氧化锌用量多时，容易造成缩釉，将ZnO预烧可以改善,4、稳定晶型 氧化铝、二氧化锆、氧化钛等原料都有几何同质多晶体，

11、加热过程中都有晶型转变并伴有体积效应，对产品质量有很大的影响。同时，各个结晶形态的性能也不一样。对于这类原料，在使用前一般要进行预烧，使其发生晶型转变，得到所要求的晶型,粉碎的意义 原料只有达到一定粒度及粒度组成才有可能具备必要的成型性能； 原料粒度细，便于各成分不同的原料混合均匀； 原料越细，表面能越高，化学反应活性大,筛分 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，这种方法 称为筛分,筛分主要作用： 1、使原料颗粒适合于下一制造工序的需要； 2、在粉碎过程中及时筛去已符合细度的颗粒，使粗粒获得充分粉碎的机会，可提高设备的粉碎效率；

12、3、确定颗粒的大小及比例，并限制原料中粗颗粒的含量，因而可以提高成品的质量,合成方法 原料合成的方法非常多，根据反应物的形态，可分为固相法、液相法和气相法三大类,固相法,固相法是以固态物质为出发原料来 制备粉料的一种方法。作为固相反应， 事实上包含有很多形式，如化合反应， 分解反应、固溶反应、氧化还原反应、 出溶反应以及相变等。而用于制备粉料 的方法，主要是热分解反应与化合反应， 有时是氧化物还原反应,液相法,熔液法是将一种或多种原料混合加热至熔融 态来进行合成的方法。如采用熔液喷雾法可 将熔体喷成液滴，固化后形成微细粉末。对于 高熔点的物质一般采用等离子喷射法和激光法。 溶液法是近几年发展较

13、快、很有前途的一类原料 合成方法。目前广泛用来合成高纯、超细粉末。 特点是：原料中各组分以高度分散的原子、分子 级状态混合，合成产物成分均匀，结构一致，细 度高，合成温度低，粉料活性高。原料纯度和配比 容易控制，可得化学计量的高纯粉料,气相法,蒸发-冷凝法是向惰性气体的等离子体中输入 固体粒子，使这些粒子成为高温蒸汽；再用 急冷装置使之凝聚而获得超微粒子。这一过程 不伴随化学反应。 气相反应法是以卤化物、氢化物、有机金属化 合物、金属醇盐等为原料，通过气相反应（氧 化、分解、合成）得到超微粉料,第三节 坯料的制备 一、坯料的种类 1、坯料 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

14、性能的多组分混合物,2、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2835； （2）可塑坯料，含水量约1825； （3）压制坯料： a. 半干压坯料，含水量约815； b. 干压坯料，含水量约37,二、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,二） 注浆坯料 1. 流动性好； 2. 悬浮性好； 3. 触变性适当； 4. 滤过性适当； 5. 泥浆含水量少。 （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。 （四

15、）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,三、坯料制备设备,1、振动筛,2、压滤机,3、搅拌机,4、真空练泥机,四、造粒 干压坯料含水率低，对原料可塑性要求不高，但要求具有较好的流动性。 要使粉状体具有流动性，就必须采取工艺措施造粒。 1、造粒的定义 将细碎后的陶瓷粉料制备成具有一定粒度（假颗粒）的坯料，使之使用于干压和半干压成型工艺的方法,2、粒化过程 球粒形成； 球粒长大； 球粒紧密。 三个阶段主要依靠加水或其他粘结剂和用滚动或喷雾的方法产生的作用来实现的。 3、粒化方法 （1） 喷雾造粒（喷雾干燥法）；（2） 轮碾造粒；（3） 滚动造粒；（4） 挤压造

16、粒；（5） 熔融造粒；（6） 破碎造粒；（7） 压缩造粒,五、搅拌（泥浆） 1. 作用： （1）使储存的泥浆保持悬浮状态，防止分层。 （2）粘土或回坯泥的加水浸散以及用干粉配料在浆池中加水混合等。 2. 设备： 框式搅拌机；螺旋式搅拌机。 3. 搅拌池 形状：八角形或六角形,六、泥浆脱水 1. 机械脱水（压滤脱水法） 可得到含水量为2025的坯料。 设备：间歇式室式压滤机、榨泥机。 影响压滤效率的因素： （1）压力大小； （2）加压方式； （3）泥浆温度和比重； （4）泥浆的性质,2. 热风脱水（喷雾干燥、喷浆造粒） 可得到含水量 8的坯料。 工艺过程： 泥浆的制备与输送； 热源的发生与热气流

17、的供给； 雾化与干燥； 干粉的收集与废气分离。 既是脱水过程，又是造粒过程。 热源 油、煤气、煤炭、电等,喷雾干燥的主要影响因素： （1）泥浆浓度； （2）进塔热气温度和排出废气温度； （3）离心盘转速和喷雾压力。 喷雾干燥的工艺特点： （1）工艺简单，可连续化生产，效率高； （2）粉料性能稳定，可随时调节，颗粒呈球形，流动性好，成型性能好； （3）一次性投资较大，能量消耗大,七、坯料的陈腐和真空处理 （一）坯料的陈腐 1、定义：经过细磨后的坯料（可塑、注浆、干压等坯料），陈放一段时间后可使水分均匀，性能提高的工艺过程称为陈腐。 注浆料粘度降低，流动性增加，浆料性能改善； 可塑泥料组织均匀，水分均匀，可塑性提高； 造粒粉料水分更加均匀