陶瓷工艺学1绪论、第一章 原料 课件

陶瓷工艺学本课程的教学目的要求：

通过陶瓷的概念、性质、陶瓷生产主要过程及其原理的系统阐述，初步掌握原料的组成、性质和生产工艺与制品组成及结构的关系，以及制品的组成、结构对制品性能的影响。从而为今后从事与陶瓷材料生产、科研打下基础。主要教学参考书及资料：

教材：无机非金属材料工学参考书：陶瓷工艺学（上、下）李家驹中国轻工业出版社2001年特种陶瓷工艺学李世晋武汉工业大学出版社1990年

成绩考核方式：闭卷笔试＋实验＋平时对学生学习本课程的要求：

1.课堂认真听课，记好笔记；

2.课后复习；

3.按时完成作业。绪论1.陶瓷的概念和种类1.1陶瓷的概念1.2陶瓷的分类2.陶瓷技术的发展及其对世界的贡献2.1中国陶瓷技术的发展2.2中国陶瓷对世界的影响3.陶瓷研究的发展历程及在现代化建设中的作用3.1陶瓷研究的发展历程3.2陶瓷在现代化建设中的作用1.陶瓷（ceramics）的概念和种类

1.1陶瓷的概念

陶瓷是用粉状的天然原料或人工合成化合物，经过成形和高温烧结制成，以无机非金属化合物为主体构成的多晶固体材料。

传统陶瓷：所有以粘土为主要原料与其它天然矿物原料经过粉碎-混炼-成形-煅烧等过程而制成的各种制品。包括陶器和瓷器。又称硅酸盐陶瓷。陶器与瓷器的区别：吸水率、透光率、胎体特征、敲击声

特种陶瓷：采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于进行结构设计及控制制造的方法进行制造、加工的，具有优异特性的陶瓷。又称现代陶瓷、高级陶瓷、精细陶瓷等。1.2陶瓷的分类—普通陶瓷普通陶瓷日用陶瓷建筑卫生陶瓷电瓷化工瓷餐具、茶具等建筑瓷卫生瓷压电陶瓷耐酸砖、耐酸容器等艺术瓷花瓶雕像等日常生活用瓷返回建筑卫生瓷返回艺术瓷返回1.2陶瓷的分类—特种陶瓷特种陶瓷热学功能力学性能生物功能化学功能电磁功能光学功能氧化铝陶瓷

氧化锆陶瓷氮化硅陶瓷石英管2.陶瓷技术的发展及其对世界的贡献

陶瓷是人类综合利用岩石，粘土矿物及各种天然资源和火创造性的合成人工材料所取得的最古老的技术成果。它的发展与人类历史有极为密切的关系。特别是瓷器的发明及其技术进步对人类生活和文明都产生了巨大的影响，几乎成为社会发展中文化艺术和技术进步的主要时代标志。2.1中国陶瓷技术的发展8000年前，陶器出现（pottery），标志人类文化跨入新石器时代；5500～3500年前，新石器时代晚期，出现彩陶、黑陶及白陶等；第一次飞跃：3000年前，商代出现了釉（glaze），为从陶过渡到瓷创造了必要条件，是陶器到瓷器的过渡阶段，原始青瓷出现；第二次飞跃：2000年前，汉代出现了比较美观的釉面，南北朝末期青瓷（porcelain）出现，陶瓷制造进入发达时代。第三次飞跃：1000年前，宋代出现半透明胎。第四次飞跃：特种陶瓷返回早期陶器彩陶壶白陶器黑陶杯返回青瓷罐（商代）青釉双系酹（lèi）返回青瓷羊（三国）青釉绳索纹罐（汉朝）返回熊形尊

（西晋）鸡头壶

（东晋）童子诵经壶（唐朝）白瓷执壶（唐朝）黑釉葵口盏托（北宋）缠枝牡丹纹瓶（元朝）折枝瑞果纹盘（明朝）青花缠枝莲纹如意耳蒜头口瓶（清朝）返回2.2中国陶瓷对世界的影响唐代：远销日本、印度、波斯、埃及。宋代：远销50余国，远至欧洲。明代：郑和七次下西洋，将中国瓷器输送至世界各国，与世界各国在文化、经济、贸易、政治上建立了联系。中国瓷器在国外有：“白如玉，明如镜，薄如纸，声如磬”的美誉，被外国人视为奇珍异宝。十七世纪以后，各国竞相仿造，并逐渐创立自己的风格。中国瓷器为人类文化的进步所做出的重大贡献，是值得我们引以自豪的。2.3中国陶瓷的主要产地景德镇陶瓷

拥有2000多年的制瓷历史，具有“集天下名窑之大成，汇全国技艺之精华”的精湛技艺。形成了“白如玉、明如镜、薄如纸、声如磬”的独特风格。自古以来，景德镇名瓷“行于九域，施及外洋”，为东西方经济与文化艺术交流做出了重大贡献，并享有举世公认的“瓷都”声誉。当代的景德镇陶瓷不仅把沉厚丰富的传统技艺与现代寓美意识提炼升华。而且将中西文化艺术精髓融为一体，以强烈的现代陶瓷艺术引导陶瓷新潮流。湖南醴陵

所产的瓷器有日用瓷与陈设瓷，薄胎注浆，瓷质洁白，装饰的主要特色是釉下五彩，闻名中外。另除有釉上贴花和喷花等外，1958年还试制成功一种感光晒花的新装饰法。建国以后，这个地区的瓷器在技术方面不断革新创造，生产发展很快，已成为全国重要的瓷区之一。广东石湾陶器

相传有八百多年的历史。以人物、鸟兽等雕塑陈列品为主。釉色丰富，刻画细腻，形象生动，别具风格。此外还有大量的日用陶器。建国后，还首创了“结晶釉”

广东石湾也是我国陶器的著名产地之一，以陶塑最为著名。其艺术风格造型古朴，神态生动，充分发挥坯料和釉料不同质地的特长，独具地方风格和特色。宜兴陶器

以日用陶器为大宗，"苏缸"、酒坛、砂锅，质坚耐用。其中紫砂工艺陶更为著名，品种有:壶、杯、碟、瓶、花盆、雕塑等，质地精密，造型大方，装饰纯朴，具有民族风格。据民间传说，紫砂陶器盛暑贮茶不易变味，盆栽花草不易烂根。其传统造型样式有掇球、合菱、竹扁、鹅蛋等多种。宜兴制陶历史悠久，旧有"陶都"之称，建国后生产发展迅速，已成为全国综合性的主要陶瓷产区之一。"淄博陶瓷

在今山东淄博磁村，故名。七十年代后期发现，经过小规模试掘，初步判明始烧于唐而终于元代。该窑在唐代以烧黑瓷为主，宋代烧白瓷，有剔花、刻花装饰，金代出现蓖划、绞胎、白地黑花、白釉红绿彩等新装饰，碗心也多一圈刮釉，有北方地区瓷窑风格。唐山陶瓷

是中国重点陶瓷产区之一，有北方“瓷都”之称。唐山陶瓷始于明朝永乐年间，有近六百年的历史。在长期的生产实践中，唐山陶瓷以工艺美术瓷和工业瓷为主，逐步形成了独特的地方风格。唐三彩

是一种多色彩的低温釉陶器，它是以细腻的白色黏土作胎料，用含铅、铝的氧化物作熔剂，用含铜、铁、钴等元素的矿物质作着色剂，其釉色呈黄，绿，蓝，白，紫，褐等多种色彩，但许多器物多以黄，绿，白为主，甚至有的器物只具有上述色彩中的一种或两种，人们统称为"唐三彩"。

3.陶瓷研究的发展历程及在现代化建设中的作用3.1陶瓷研究的发展历程高铝质、粘土和瓷土的应用釉的发明原料纯化陶瓷工艺的发展陶瓷理论的发展高温技术显微结构分析的进步性能研究的深入无损评估的成就相邻科学的推动陶器陶器传统陶瓷先进陶瓷微米级纳米陶瓷3.2陶瓷在现代化建设中的作用

除用于日常生活中外，陶瓷作为结构和功能材料广泛用于科学技术和工农生产领域的重要性，对此人们仍没有充分的认识。近年来由于陶瓷科学技术的发展，具有优良性能的陶瓷陆续出现，对陶瓷的评价也就发生了变化。陶瓷已从以往处于辅助材料的位置，开始发展为主要材料的位置，出现很多具有更多实用价值功能的陶瓷材料。例如：1.比金属优越的力学性能2.比玻璃高明的光学性质3.卓越的热学性能4.奇妙的声学性质5.惊人的化学稳定性陶瓷生产一般工艺过程原料配料坯料制备坯体成型施釉干燥烧成整形检测包装出厂第一章原料最基本原料：石英（quartz）、长石（feldspar）、粘土（clay）及化工原料。1.1石英类原料1.2长石类原料1.3粘土类原料1.4其它原料

陶瓷工业中使用的原料品种繁多，按其来源可分为天然矿物原料和化工原料两类。原料在一定程度上决定着工艺流程和工艺条件的选择以及产品的性能和质量。日用陶瓷工业生产中用的最基本原料是属于天然矿物原料的石英、长石和粘土三大类。1.1石英类原料主要矿石来源：石英岩常用的石英类原料有石英砂、脉石英、砂岩、石英岩。石英是由[SiO4]4-互相以顶点连接而成的三维空间架状结构的硅酸盐。对石英原料的技术要求：SiO2＞97％，Fe2O3+TiO2＜0.5％第一章原料1.1.1石英晶型转变温度和体积变化537℃α－鳞石英α－石英α－方石英β－石英熔体β－鳞石英γ－鳞石英β－方石英870℃16.0％0.1％1713℃4.7％1470℃0.2％163℃0.82％117℃2.8％180～270℃0.2％石英的晶型转变和体积变化图1.1.2石英在陶瓷生产中的应用1.是瘠性料，可调节可塑性，减少收缩变形，加快干燥；2.在高温时可部分熔于长石玻璃中，增加液相粘度，减小高温时的坯体变形；3.未熔石英与莫来石一起，可构成坯体骨架，增加强度。4.釉料中增加石英含量可提高釉的熔融温度和粘度提高釉的耐磨性和抗化学腐蚀性。1.2长石类原料长石是不含水的碱金属和碱土金属铝硅酸盐。1.2.1矿石种类长石种类很多，归纳起来都是下述四种基本长石类型组合而成。长石之间因结构关系彼此可以混合成固溶体。结构式化学式矿物含量钠长石Na[AlSi3O8]Na2O·Al2O3·6SiO2居多钾长石K[AlSi3O8]K2O·Al2O3·6SiO2钙长石Ca[Al2Si2O8]CaO·Al2O3·2SiO2钡长石Ba[Al2Si2O8]BaO·Al2O3·2SiO2较少1.2.1矿石种类市场上的钾长石与钠长石的XRD图谱1.2.2长石的熔融特性长石属架状结构硅酸盐，其中存在碱金属和碱土金属氧化物，可使硅酸盐多相混溶系统出现液相的温度大大降低。特性作用钾长石熔化温度较高，熔融温度范围很宽，高温下熔体粘度高，随温度升高降低慢,1130-1450℃保证高温下制品不易变形，烧成时易控制钠长石与钾长石正好相反,1120-1250℃高温下易引起变形，不易控制烧成，但晶体在其中容易生长发育，透光性增强钙长石熔点较高（1550℃），熔融温度范围窄，高温下熔体不透明，粘度小,1250-1550℃由于其高温下的缺点，在陶瓷生产中多不采用钡长石熔点高（1710℃），熔融温度范围较窄普通瓷制品不选用1.2.3长石类原料在陶瓷生产中的作用1）长石是熔剂型原料，可降低烧成温度，减少燃料消耗。高温下熔化后能填充坯体的孔隙，熔解粘土及石英类原料，有利于促进莫来石晶体的形成和长大，促进成瓷反应，增大密度，提高产品的机械强度；冷却后的长石熔体以透明玻璃态存在于瓷坯中，提高瓷坯光泽与透明度。

2）长石原料在烧制前是瘠性原料，使坯体的干燥收缩变小，有利于提高干燥速度。1.3粘土类原料粘土是自然界中硅酸盐岩石（如长石、云母）经过长期风化作用而形成的一种土状矿物混合体，为细颗粒的含水铝硅酸盐，具有层状结构。粘土的分类：1.按成因分类：原生粘土、次生粘土2.按可塑性分类：软质粘土、硬质粘土3.按耐火度分类：耐火粘土、难熔粘土、易熔粘土1.3.1粘土的组成化学组成主要化学成分SiO2、Al2O3和结晶水次要化学成分K2O、Na2O、CaO、MgO

、Fe2O3、TiO2、LOI矿物组成

主矿物高岭石类Al2O3·2SiO2·2H2O蒙脱石类Al2O3·4SiO2·nH2O(n＞2)伊利石类（水云母）云母（K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O）水解成高岭石的中间产物

杂质矿物石英、长石、云母、铁质矿物、钛质矿物、碳酸盐等颗粒组成是指粘土中含不同大小颗粒的百分比含量粘土颗粒组成会影响其工作性质，＜1μm颗粒越多，则可塑性越好，干燥收缩增大，干燥后强度提高，烧结温度降低。1.3.1粘土的矿物组成高岭石结构示意图蒙脱石结构示意图1/3Al3+被Mg2+取代1：12：11.3.1粘土的矿物组成高岭石：Al2O3·2SiO2·2H2O1：1型

Al2O3

：39.5%、SiO2：46.54%、H2O：13.96%蒙脱石：理论化学式：Al2O3·4SiO2·nH2O(n＞2)

实际分子式：（Al2-xMgx)[Si4O10(OH)2]·Nax·nH2O云母：K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O（4个Si4+被1个被Al3+置换）伊利石（水云母）：云母中钾离子被H3O+取代绢云母：云母中钾离子被少量地被Al3+

、Fe3+

、Mn

置换

1.3.2粘土的工艺性质粘土的工艺性质主要取决于其矿物组成，化学成分和粒度尺寸。1.可塑性：粘土与适量的水混和以后形成的泥团，可在外力的作用下产生变形但不开裂，并在外力除去后，仍能保持原有形状的性质，通常用塑性指数或塑性指标（见下表）来表示。2.离子交换性：粘土粒子因表面层断键和晶格内部离子的不等价置换而带电，它能吸附溶液中的异性离子，这种被吸附的离子又可被其它离子所置换。这种性质被称为离子交换性，用离子交换容量来表示。如高岭土阳离子交换容量为0.3～0.9mmol/g。强塑性粘土中塑性粘土弱塑性粘土非塑性粘土指数指标指数指标指数指标指数>15>3.67～152.5～3.61～7<2.5<1粘土（坯料）与可塑性的关系1.3.2粘土的工艺性质3.触变性：粘土泥浆或可塑泥团在静置后变稠和凝固，当受到搅拌和震动时，粘度降低而流动性增加，再放置一段时间后又能恢复原来的状态，这种性质称为触变性，用泥浆的厚化度和泥团的厚化度表示。泥浆的厚化度是泥浆放置30min和30s后其相对粘度之比。4.结合性：指粘土结合瘠性原料形成可塑泥料并具有一定干坯强度的能力。以能形成可塑泥团时所加入的标准石英砂（颗粒组成为0.25～0.15mm占70％,0.15～0.09mm占30％）的数量来表示。加砂量在50％时为结合力强的粘土，加砂量达25％～50％时为结合力中等的粘土，加砂量在20％以下时为结合力弱的粘土。1.3.2粘土的工艺性质1.3.2粘土的工艺性质5.膨化性：粘土加水后体积膨胀的性质称为膨化性。用膨胀容来表示。6.收缩性：粘土经110℃干燥后，由于自由水及吸附水排出所引起的颗粒间距离减小而产生的体积收缩，称为干燥收缩。干燥后的粘土经高温煅烧，由于脱水、分解、熔化等一系列的物理化学变化而导致的体积进一步收缩，称之为烧成收缩。两种收缩之和即为粘土泥料的总收缩。1.3.2粘土的工艺性质7.烧结特性：

开始烧结温度T1

烧结温度