第5章材料的制备-5.2

15.2陶瓷工艺1一、陶瓷的概念与分类中国是世界著名的陶瓷古国，特别是瓷器又是我国古代劳动人民的一项伟大发明。

作为珍贵的文化遗产和精美的艺术品，汇成了内涵丰富的陶瓷文化，并成为中国的国粹，永远值得后人敬佩和引以自豪。2

※陶瓷制品与人们生活息息相关，是现代工业的一大支柱；

※

陶瓷是文化的结晶，是艺术的精华；

※陶瓷的发明，是人类社会发展史上划时代的标志；

※也是我们中华民族对世界物质文明作出的又一重大贡献。考证：我国陶器的烧制已有近万年的历史.而瓷器的出现距今已有1800余年的历史。3（一）陶瓷的概念1、陶瓷传统的定义陶瓷是陶器、炻器、瓷器的通称。

是以粘土为主要原料，经过粉碎、成型、煅烧等工艺过程得到的制品。特点；外型坚硬、耐水、致密、可人为造型；在工艺上是经过锻烧而成的工艺岩石。2、广义陶瓷的定义以传统陶瓷生产工艺方法生产的制品统称为陶瓷。如：高温涂层材料、导电材料、钠灯管材料、高温结构材料。4（二）陶瓷的分类

1、陶器坯体烧结程度差，表面无光泽，胎体不透光，机械强度低，敲击声沉浊、断面粗糙、吸水率大于3,例如；陶盆、缸、罐、美术陶瓷其吸水率小于15%。2、瓷器吸水率小于1%、透光性好、坯体玻化或部分玻化、断面细腻、敲击时声清脆、制作精细；5二、中国陶瓷发展概况瓷器的发明和发展经历了从陶器到瓷器、从低级到高级的演变过程。(一)陶的起源据考古出土的陶器为证：1、浙江余姚河姆渡遗址出土的陶器（1973年发现）距今有7000年；2、河北武安磁山出土陶器（1978年发现）距今有7500年63、广西桂林甑皮岩遗址出土的陶器距今有8500年；4、江西万年大源仙人洞出土陶器更为古老，应将其再提前2000年；显而易见，我国陶器产业应起源于1万年以前。特征：红褐色居多、手工成型、坯体壁厚、造型不均、表面粗糙。7（二）由陶演变为瓷的发展过程1、彩陶的出现

仰韶文化：最为著名的是距今6000~7000年前，在河南渑池仰韶村的彩陶，陶器表面有几何图案、造型简朴、厚薄均匀；

此后，在陕西、山西、河北发现了其表面绘有精美图案并带文字的彩陶。2、釉陶的产生距今约3000年的商代中期，在原有陶器表面施釉，使之可防水、防腐、提高强度。此举成为陶瓷发展史上陶→瓷的第一次飞跃。83、瓷器的发明东汉晚期（距今1800年），开始出现了瓷器。从釉陶→瓷器是陶瓷发展史上第二次飞跃，这一变化具备了三个重大突破和三个重要阶段。三个重大突破：1）坯、釉原料选择较前更精细；2）釉层加厚；3）烧成温度提高三个重要阶段：陶器→釉陶→瓷器9三、中国陶瓷对世界的影响

早在唐代，陶瓷经由“丝绸之路”运往中亚西亚；通过海路输入巴基斯坦、埃及等南海沿岸一些国家。

入宋后，葡萄牙人已成为贸易主力，将中国瓷器借海路大量运往欧洲；当时出口的数量每年有几十万件之多。10四、陶瓷在国民经济中的作用

日常生活中：陶瓷不仅是人们不可缺少的日用品，而且又是制造美术瓷、陈设陶瓷的最耐久最富于装饰性的材料。其装饰效果是其它材料无法替代的。

建筑工业中:砖、瓦、管道、卫生洁具等其在储多方面需求量非常大。现代工业中，陶瓷又在国防工业和尖端科学技术领域（如航空、航天、半导体、高温材料、新元件）中广泛使用。11五、名陶瓷的概念“名陶瓷”一词是泛指的概念，可包括为：1、名窑烧制的精品；2瓷质优良、结构细腻、光泽如玉的各种瓷质的精品；3具有特殊艺术装饰、造型及绝无伦比的技艺精品。12陶瓷坯料制备一、主要原料及其作用

俗话说“原料是基础，烧成是关键、成型是必不可少的重要环节”。通常，陶瓷原料包括天然矿物原料、化工原料、辅助原料。在此主要介绍生产中用量最大、最广的天然矿物原料（粘土、石英、长石）。13（一）粘土原料

1、粘土的概念粘土是自然界土壤经长期风化而形成的一种呈疏松状、块状、胶状的天然物质。是多种微细颗粒（φ=2um）组成的混合体。它与水调和后，可塑成各种形状，干燥后仍保持原有形状，而不开裂，煅烧后成为坚硬的岩石。143、黏土的分类1）按成因和产状分为一次粘土：粗颗粒较多、可塑性差、耐火度较高、纯度高；二次粘土：细颗粒较多、可塑性好、耐火度较低、纯度低；2）按工艺性能和硬度分为软质粘土：可塑性高、粒细、分散度高、常呈疏松状、如膨润土、紫木节；硬质粘土：呈块状或石状、分散度小，如大同土、瓷石等。3）按矿物类型分为高岭石土、叶腊石土、蒙脱石土等。155、粘土的工艺性能粘土的工艺性能主要包括可塑性、结合性、收缩性、干燥性、烧结性等。

1）可塑性：含水的粘土泥团，在外力的作用下产生变形而不开裂，当外力除去后仍能保持其形状不变的性能。

2）结合性能

指塑性泥团干燥后仍能维持其原来形状而不散的性能。163）收缩性干燥收缩：粘土泥团干燥时，因其周围水分蒸发，颗粒间相互靠拢，引起体积的收缩。

烧成收缩：式样煅烧时，高温时经过一系列物理化学变化，再度引起的收缩。总收缩：干燥收缩与烧成收缩的和（一般粘土的总收缩在5~20%）。175、黏土在陶瓷生产中的作用※常温下的作用：A是坯体中的Al2O3主要来源，决定了烧结性能；B赋予坯体良好的可塑性和结合性，以满足干坯强度和耐火性能。C有利于保证泥浆的良好悬浮性能和稳定能。※高温下的作用：A细分散的粘土颗粒与较粗的瘠性料相混，可以提高坯体的堆积密度，减少高温变形。B是结构中主晶相莫来石的主要来源，形成坯体骨架，极大的提高其机械强度、化学稳定性，赋予坯体良好的性能。18（二）石英原料1、石英原料种类

根据产状、结晶程度、性质将石英分水晶、脉石英、石英岩、石英沙、燧石、硅藻土共六种。2、石英的性质及使用要求主要成分SiO2，含少量杂质，外观呈乳白色或灰色、半透明状，断面玻璃或脂肪光泽；莫氏硬度7、相对密度2.10~2.65;

熔点1713℃；

加热中有七种晶型转变，伴随体积收缩。使用要求：SiO2>97%、Fe2O3+TiO2<0.5%。193、石英在陶瓷生产中的作用常温下作用：石英是典型的瘠性原料，可调节泥料的可塑性，并降低坯体的干燥收缩、缩短干燥时间、防止坯体变形。高温下作用：高温下部分石英溶解于液相中、增加熔体粘度、抵抗高温变形。

而未熔石英形成坯体骨架、提高强度。在坯体中，熔融石英可填充瓷坯中空隙，使其达到致密化、提高强度和改善半透明性。20（三）长石类原料

长石是不含水的碱金属或碱土金属的铝硅酸盐矿物，是陶瓷生产中最重要的熔剂原料。在高温加热中除自身熔化外,还与其它组分共融形成液相，最终使坯体烧结并致密化。2、长石的性质长石属瘠性原料，摩氏硬度为6、多为灰色、肉红色。断口呈玻璃光泽。熔点较低，具有助熔作用，高温阶段可溶解难熔物（粘土、石英）。213、长石在陶瓷生产中的作用常温时的作用：长石属于瘠性原料，可调节坯料的可塑性、减少干燥收缩；高温时的作用：※是良好的助熔剂，降低烧成温度；※长石熔体可填充于颗粒之间，使坯体致密，冷凝后，形成的玻璃相可增加坯体的透明度；22二、塑性坯料的制备可塑坯料：用可塑状态的泥料加工成型的过程；注浆坯料：用浆料加工成型的过程：(一)坯料(长石质瓷)配方以长石、石英、粘土三种原料为主，按一定比例配合成坯料的方式，称为长石质瓷配方。以坯料中各种原料所占的重量百分比来表示；

其特点：能够直观反映出所用原料的名称和用量。粘土40~50%

石英25~35%

钾长石20~23%23（三）坯料制备1、软质原料的拣选、洗涤和风化拣选：将杂质除去；风化：在外界光照、雨侵或冰冻后，使颗粒细化，组织达到均匀，提高使用性能；2、原料粉碎指单一原料在各种机械力的作用下（如挤压、撞击），使其粒度减小，分散度增大的过程。球磨方式:采用湿式球磨法,其球磨效率高、无粉尘；在球磨过程中水对原料微裂纹有霹雳作用。装载系数：料；球：水=1：1.5~2.5：0.8~1；球磨时间：12~15小时。243、过筛除铁与搅拌过筛：除去粗颗粒、杂质，改善坯料的性能；除铁：用磁选机除铁，减少制品表面的斑点；搅拌：采用螺旋桨式搅拌机，在六角浆池中搅拌，有利于物料混合和防止沉淀分层。4、压滤脱水球磨后泥浆的含水率一般为40~70%，通过压滤可除去多余水分。经压滤脱水后的泥料水分19~26%；5、陈腐与练泥陈腐（焖料）：将泥丙在潮湿不通风的环境中储放一定时间，使泥料水分进一步均化、改善可塑性能的过程。储放时间，冬季>7天,夏季3~5天。练泥：使水分和各种组分均化，并排出泥料中的气体，提高泥料致密度和强度的过程。分为粗练、细练（抽真空）。25三、注浆坯料的制备（一）注浆坯料应有的工艺性能⑴应具备良好的流动性，顺利实现浇注模型的操作；⑵含水率要降低，加入干料量的30~33%时，起似加入60~70%的流动性；⑶控制细度，确保其稳定性、悬浮性、触变性⑷注坯后，要保证坯体收缩率较低；⑸选择适当的电解质加入，以满足稀释性能。26（二）稀释剂的选择和种类选择：具有水化能力大的一价阳离子，如Na+，可提供OH-，使系统呈碱性；种类：无机电解质：水玻璃、纯碱、氢氧化钠；有机电解质：腐植酸钠、单宁酸钠；聚合电解质：羧甲基纤维素等。（三）注浆坯料的制备流程原料的拣选处理→配料→球磨（加入稀释剂）→除铁→过筛→入浆池陈腐。27一、烧成的概念指陶瓷坯体在高温>1000℃至1350℃下,发生一系列物理化学反应后具有良好的结构,并使制品获得良好的性能和装饰效果特征的工艺过程。二、烧成的分类一次烧成工艺：是将生坯上釉后，入窑在高温下煅烧一次的方法。优点：工艺过程简化、烧成周期短、能耗低、成本低。二次烧成工艺先将生坯素烧（在一定温度下），使之成瓷，然后施釉，再次入窑釉烧的方法。优点：素烧后的坯体具有多孔性，可快速施釉后形成平整釉面；28三、装钵与装窑钵指匣钵：由耐火材料制作。有较高的耐火度、强度,是承放制品，入窑进行烧成的工具。目的：避免制品直接接触火焰；制品隔离，避免带釉制品粘结；匣钵间可规则堆码，有利于稳定。29四、坯体在烧成中的物理化学变化坯体在整个连续烧成中，其变化可分为几个重要的阶段：1坯体残余水分蒸发阶段（室温~300℃）2氧化分解与晶形转变阶段（300~950℃）；3玻化成瓷阶段（950℃~烧成温度）；冷却阶段（烧成温度~800℃）。30五、烧成制度烧成制度包括:温度制度、压力制度、气氛制度。其中温度、气氛制度根据产品而定，压力制度是保证前两者的重要条件。1、温度制度包括升温速度、烧成温度、保温时间以及冷却速度；（1）升温速度的确定室温~300℃30~70℃/hr300~950℃50~120℃/hr950~烧成温度30~50℃/hr31(二)气氛制度与控制1、气氛类型A氧化气氛（氧化焰）：指空气供给充分，燃烧完全时所产生的一种无烟而透明的火焰。燃烧产物中，B还原气氛（还原焰）指空气供给不充分，燃烧不完全时所产生的一种有烟而混浊的火焰。

32（三）压力制度与控制压力制度是保证温度、气氛制度的条件。1、窑内压力的类型正压：指窑内压力大于窑外压力