陶瓷工艺学-21-23坯料的类型配料的依据及配料计算-0910课件

第2章坯料及配料第一节坯料的类型普通陶瓷坯料一般都是以粘土为主要原料，故可通称为粘土质坯料。由于使用的粘土种类以及熔剂原料的种类不同，所以还可以将坯料进一步加以区分。如以长石作为主要熔剂原料的坯料称为长石质坯料。本章以介绍长石质瓷、绢云母质瓷、磷酸盐质瓷和镁质瓷坯料为主，同时也介绍一些其它质地的陶瓷坯料（如硅灰石质陶瓷、锂质陶瓷、叶蜡石质陶瓷等）。一、瓷器坯料（一）长石质瓷坯料

它是以长石作助熔剂的“长石-高岭土-石英”三组分系统瓷。以长石、石英、高岭土为主要原料，按一定比例配合成坯料，再在一定的温度范围内烧成瓷。烧成特点：烧成温度范围比较宽，可在1150~1450℃的温度范围内烧成各种瓷器。我国的长石质瓷的烧成温度一般为1250~1350℃。用途：适合于作餐具、茶具、陈设瓷器、装饰美术瓷以及一般的工业技术用瓷器。长石质瓷的瓷胎构成及特点：由玻璃相、莫来石晶相、残余石英晶相及微量气孔构成。其瓷质洁白，薄层呈半透明，断面呈贝壳状，不透气，吸水率低，质地坚硬，力学强度高，化学稳定性和热稳定性好。一般长石质瓷其烧成温度在1450℃以下，瓷的相组成范围为：玻璃相50%~60%，莫来石晶相10%~20%，残余石英8%~12%，半安定方石英6%~10%。2.各种氧化物在瓷中的作用

①SiO2。瓷中的SiO2以“半安定方石英”、“残余石英颗粒”、熔解在玻璃相中的“熔融石英”，以及在莫来石晶体和玻璃态物质中的结合状态存在。在瓷中的作用：

SiO2是瓷的主要组份，含量很高，直接影响瓷的强度及其它性能。但其含量不能过高，如果超过75%以上接近80%，瓷器烧结后热稳定性变坏，易出现自行炸裂现象。

②Al2O3。瓷中的Al2O3主要是由长石和高岭土引入的，是成瓷的主要组分，一部分存在于莫来石晶体中，另一部分熔于熔体中以玻璃相存在。在瓷中的作用：Al2O3可以提高瓷的化学稳定性与热稳定性，提高瓷的物理化学性能和力学性能，提高白度。但是含量多会提高瓷的烧成温度，若过少（低于15%），则瓷坯容易变形。③K2O与Na2O。主要由长石引入，它们也是成瓷的主要组分。起助熔作用，存在于玻璃相中提高其透明度。一般K2O与Na2O的总量控制在5%以下为宜，否则会急剧地降低瓷的烧成温度及热稳定性。④碱土金属氧化物（CaO、MgO等）。在一般情况下含量较少，不是特别引入的。在瓷中的作用：在少量情况下，与碱金属氧化物共同其助熔作用；但引入CaO、MgO等，可以相对地提高瓷的热稳定性和力学强度，提高白度和透明度，改进瓷的色调，减弱铁、钛的不良着色影响。⑤着色氧化物（Fe2O3与TiO2）。使制品着色成不好的色泽，影响其外观品质。因此要求瓷组成中Fe2O3的含量应在1%以下，TiO2的含量应在0.2%以下为宜，并配合一定的工艺措施以减弱它们的有害影响。4.长石质瓷的示性矿物组成与实际配方(1)示性矿物组成是指在能够成瓷的前提下，理论上的长石、石英、高岭土三种矿物的配合比例。我国瓷器的示性矿物组成范围一般为：长石20%~30%，石英25%~35%，粘土物质40%~50%，烧成温度在1250~1350℃，有些南方瓷厂可达到1400℃。(2)实际配方实际配方是在示性矿物组成的基础上，考虑具体原料与生产工艺条件等因素而制定的生产配方。

a.为了考虑其成形性能，在使用高岭土的同时，必须使用一定数量的强可塑性粘土。例如可用膨润土作为增塑剂，其用量一般在5%以下。也可用其它塑性强的粘土，用量应通过具体实验而定。有时因为粘土的可塑性太强，而为了提高氧化铝的引入量，必须大量采用时，可将部分粘土（或高岭土）煅烧成熟料使用，视其情况可在10%以下。

b.长石与石英的用量主要是根据瓷的性能要求而决定，其次应考虑到成形和干燥性能所要求的减粘作用。瓷坯组成中主要是采用钾长石，它的特点是高温粘度大，熔融范围宽，有利于成瓷，可防止产品变形。而钠长石的高温粘度小，产品易于变形，烧成中不易控制，但它有利于晶体的发育成长。石英在低温下主要起减粘作用，降低坯体的收缩，利于干燥，防止变形。在高温下则参与成瓷反应，溶解在长石玻璃中，提高粘度，构成骨架，提高强度。（二）绢云母质瓷它是以绢云母为熔剂的“绢云母-石英-高岭土”系统瓷。烧成温度视其瓷石与高岭土用量比例，可在1250~1450℃选择，在实际生产中一般为1350℃以下。绢云母质瓷的瓷质由“石英、方石英、莫来石、玻璃相”构成。瓷质除具有长石质瓷的一般性能特点外，还有透明度较高，加之采用还原焰烧成，外观呈“白里泛青”的特色和风格。适用与餐具、工艺美术瓷等。1、化学成分它的组成与长石质瓷大体一致，其组成范围为：(R2O+RO)4.5%~7%，Al2O322%~30%，SiO260%~70%。2、示性矿物组成按照目前拥有的资料通过计算，可提出如下的范围：绢云母30%~50%，石英15%~25%，高岭土30%~50%，其它矿物5%~10%。在上述这一组成范围内，均可成瓷。3、实际配方中国传统的生产方法，开始是以单一的水云母、绢云母粘土作为原料，以后随着工艺技术的发展及新材料的采用，逐渐地由单一组分配料演变为瓷石与高岭土的二组分配料。这种配料是以一种高岭土和一种瓷石，或以几种高岭土和几种瓷石配合组成配料。上述的配料中，由于瓷石中含有大量的绢云母、水云母、石英等矿物，少量的多水高岭土、碳酸盐矿物等，因而，实际的组成则主要是绢云母、石英和高岭土。这里绢云母起着助熔作用，长石与石英的作用与在长石质瓷中的作用相同。目前绢云母质瓷已不局限于二组分配料，逐渐增加了长石含量，兼有长石质瓷的一些配方特点在品质上有了进一步的改进和提高。烧后瓷质主要由钙长石，-Ca3(PO4)2，方石英，莫来石和玻璃相所构成。该瓷的白度高，透明度好，瓷质软，光泽柔和，但脆性大，热稳定性较差，而且烧成范围窄，不易控制。实际配方：骨灰瓷坯料的原料配比一般为：骨灰20%~60%，长石8%~22%，高岭土25%~45%，石英9%~20%。（四）镁质瓷镁质瓷是以含MgO的铝硅酸盐为主晶相的瓷。按照瓷坯的主晶相不同，它可以分为：原顽辉石瓷（即滑石瓷）、镁橄榄石瓷、尖晶石瓷及堇青石瓷。二、精陶坯料(一)陶器的种类陶器分为粗陶器、普通陶器和细陶器。精陶是一种细陶器制品。胎体颗粒细而均匀，烧结程度较差，吸水率一般在8%~20%。精陶制品常用于日用制品，称为日用精陶；用于建筑材料上，称为建筑精陶。（3）混合质细陶器：它是同时引入石灰石和长石作熔剂的。其坯料的性能介于上述两种精陶之间，既可以作日用陶器，也可以生产建筑用的内墙砖。（二）精陶的化学组成我国生产的日用精陶大多属长石质精陶，坯料配方属粘土-石英-长石三元组分体系。在生产特大型制品时，为了减少变形开裂等缺陷的产生，往往可以引入10%~30%的熟料。我国生产的日用精陶坯料，根据加入原料的情况基本上可分为高铝坯料（氧化铝含量为30%左右）和高硅质坯料（SiO2含量为70%以上）两种，由于所采用的粘土多为含SiO2较高的粘土，因此实际配方属高硅质。建筑精陶系指用于装饰或装备建筑物的墙面、地面等的各类精陶制品。釉面砖就是其中最典型的精陶制品，釉面砖又称釉面内墙砖，主要用于建筑物内墙装饰。其主要物理性能为：吸水率≤22%，一般为16%~19%；热稳定性，置于温差130℃环境下进行热交换一次不开裂；白度不小于78%；弯曲强度不低于16.67MPa。精陶器一般都采用两次烧成，第一次素烧温度在1200~1300℃，第二次釉烧温度在1050~1150℃。由于使用了低温熔块釉，坯釉之间的化学组成差别较大，釉的膨胀系数较高，致使坯釉适应性变差，极易产生早期釉层龟裂。选用弹性较大的铅-硼釉，能在一定范围内抵消坯釉热膨胀所造成的有害影响，但却使精陶器又具有了铅溶出量过大的缺点。三、其它陶瓷器坯料（一）硅灰石质陶瓷

用硅灰石原料代替陶瓷坯料中某些长石所制得的陶瓷，具有坯料干燥收缩与烧成收缩小的特点，所以用硅灰石配制的坯料适合快速烧成产品。陶瓷工业中广泛使用硅灰石制造釉面砖、日用陶瓷、低损耗无线电陶瓷和釉料等，也有用于生产卫生陶瓷、磨具等。用硅灰石配制的坯体的烧成范围较小，但通过加入Al2O3、ZrO2、SiO2或钡锆硅酸盐等可提高坯体中液相的粘度，扩大硅灰石瓷的烧成范围。（二）锂质陶瓷用锂辉石或其它含锂的原料代替陶瓷器坯料中长石所制得的陶瓷具有高的热稳定性的特点。锂质陶瓷能经受急剧的温度变化而不被破坏的这种性能，使它能用作：感应炉和其他窑炉的砖衬，喷气机和温度控制器的元件，热电偶保护管，涡轮机叶片，实验室用的器皿，耐热的厨房用具等。（三）叶蜡石质陶瓷

用叶蜡石作为陶瓷坯料中的主要粘土原料制得的陶瓷器称为叶蜡石质陶瓷。根据有关部门估计，我国叶腊石的储量超过了日本，主要分布于东南沿海一带。陶瓷行业近年来相继大量采用叶腊石作为原料来制造陶瓷器。用叶蜡石制造的陶瓷制品具有以下特点：①热稳定性好；②力学强度高；③色调纯；④能快速烧成；⑤可节能；⑥外加助熔剂降低烧成温度。（五）透辉石质陶瓷用透辉石原料代替陶瓷坯料中长石等熔剂原料所制得的陶瓷制品称为透辉石质陶瓷。利用透辉石代替长石原料加在普通坯料中，制造釉面砖，其加入量在30%，可使其素烧和釉烧温度降低120~150℃，达到既低温快烧、节约能源，又延长窑炉使用寿命，降低成本，提高经济效益的目的。利用透辉石原料制得的陶瓷制品在吸水率、抗折强度、热稳定性等性能上均能达到要求的部颁标准。透辉石原料一般含铁杂质较多，所以烧后坯体白度较差，呈淡黄颜色，但使用遮盖能力较强的乳浊釉，仍能生产出高白度的产品，并使其釉面平整光滑。（六）高石英质瓷一般的长石质细瓷中，石英的含量为25%~30%，而高于30%的则称之为高石英瓷。以前的高石英瓷的主要是耐热震性能差，易出现炸瓷现象，不能进行工业化生产，只能用于生产陶瓷美术品。近十几年来，陶瓷研究者通过研究发现增加中颗粒石英的含量，减少熔剂的含量，发生适当程度的方石英转化，能很大程度地提高瓷胎的力学强度和瓷器的耐热震性。第二节配料的依据

当生产陶瓷产品的原料选定之后，确定各种原料在坯料和釉料中使用的数量是一项关键性的工作，因为它们直接影响到陶瓷产品的品质及其工艺制度的确定。在进行配方计算和配方试验之前，必须对所使用的原料化学组成、矿物组成、物理性质以及工艺性能进行全面了解，同时对产品的质量要求和性能要求也要全面了解，才能做出科学配方，保证配方最大限度地获得预期效果。在确定陶瓷配方时，应遵循下列原则：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。如日用瓷要求产品有一定的白度和透明度，釉面光泽要好。而电瓷要有较高的力学强度和电气绝缘性。釉面砖则应规格一致，釉面光滑平整并有一定的吸水率等。因此在设计配方时，一定要考虑各类陶瓷材料的基本性能要求。②在拟定配方时可采用一些工厂或研究单位积累的经验和数据，这样可节省时间，有助于提高效率。例如各类陶瓷材料和产品都有自己的经验组成范围。前人还总结了原料对坯料性质的影响关系，无论是定性的说明或定量的数据都值得参考。由于原料性质的差异和生产条件的不同，则不应机械地搬用。

③了解各种原料对产品性质的影响是配料的基础。陶瓷是多组分材料，每种坯料中都含有多种原料，有的原料构成产品的主晶相，有的是玻璃相的主要来源，还有少量的添加物可以调节产品的性质。采用多种原料的配方有利于控制产品的性能，制造稳定的材料。

④配方应满足生产工艺的要求。具体来说，坯料应能适应成形、干燥与烧成的要求。坯料要求组成和性能稳定，要求成形性能、干燥性能（干坯强度、干燥收缩）和烧成性能（烧结温度、烧结温度范围等）要好。

⑤采用的原料希望来源丰富、性能稳定、运输方便、价格低廉，还应强调就地取材、量材使用、物尽其用。这些都是生产优质、低成本产品的基本条件。第三节配料计算一、坯料组成的表示方法

1、实验式表示法

2、化学组成表示法3、示性矿物组成表示法4、配料量表示法二、配料计算1、从化学组成计算实验式2、由实验式计算坯料的化学组成3、由化学组成计算配料量一、坯料组成的表示方法1、实验式表示法陶瓷坯料一般为混合物，可以用化学实验式来表示，即以各种氧化物的摩尔比来表示。这种表示方法叫做化学实验式表示法，简称实验式。陶瓷工业常用的氧化物，从性质上可分为三类：碱性的、中性或两性的、酸性的。实验式中各氧化物的排列顺序如下：aR2O•cR2O3•dRO2bRO

习惯上，对陶瓷坯料的实验式，往往取中性氧化物的摩尔数之总和为1。例如，我国清代康熙瓷的实验式：0.860K2O0.120Na2O0.978Al2O34.150SiO20.

082CaO0.022Fe2O30.030MgO在釉料的实验式中，往往取碱性氧化物的摩尔数的总和为1。例如，我过康熙年间中胎斗彩盘的青花釉的实验式为：0.548CaO

0.116MgO0.664Al2O30.4879SiO20.151Na2O0.034Fe2O3

0.185K2O化学实验式表示法反映了各氧化物之间的相互关系，使各类氧化物的组成一目了然，便于识别。此外，还能估计出有害杂质与降低熔融温度的成分对坯体的影响，还能表明其高温化学性能。2、化学组成表示法以坯料中各氧化物之间的组成的质量分数来表示配方组成的方法，称为化学组成表示法。又称为氧化物质量分数表示法。它列出化学组成中对坯体性能起主导作用的SiO2和Al2O3的含量，有害杂质Fe2O3、TiO2的含量，能降低烧成温度的熔剂如K2O、Na2O、CaO、MgO的含量以及灼减量的含量。这种表示方法的优点是能较准确地表示出坯料的化学组成，同时能根据其含量多少估计出这个配方的烧成温度的高低、收缩大小、产品色泽以及其它性能的大致情况。例如坯料中的SiO2和Al2O3含量多，说明坯体的烧成温度较高，坯体难以烧结和玻化；若坯体中K2O和Na2O的含量多，则坯体易烧结，烧成温度较低；如坯料中Fe2O3和TiO2多，则表示其着色氧化物成分多，产品的白度必然下降等等。3、示性矿物组成表示法

坯料配方组成以理论的粘土、石英、长石等矿物来表示的方法，叫做示性矿物组成表示法，又称示性分析法，简称矿物组成法。普通陶瓷生产中，把使用的各种原料所含的同类矿物合并在一起，用粘土、石英、长石三种矿物的质量百分比计算出来。但这些矿物的种类很多，性质上也有差异，因此只能粗略地反映一些情况。4、配料量表示法用原料的质量百分数（或质量）来表示配方组成的方法，叫做配料量表示法。例如，某厂坯料配料量：石英29%，长石21%，大同砂石32%，界牌土15%，滑石3%。这是最常见的表示方法，列出了每种原料的质量分数。由于这种方法简单，易于称量配料，所以