陶瓷实验设计报告

中低温镁质强化瓷的设计前言实验目的及意义通过陶瓷工艺设计性综合实验，达到：（1） 深刻掌握常用陶瓷原料在陶瓷坯料中的作用；（2） 掌握坯料配方设计和实验研究方法；（3） 掌握实验技能，提高动手能力；（4） 提高分析问题和解决问题的能力；（5） 为毕业论文实验、进一步深造或从事专业技术工作奠定良好的基础。文献综述陶瓷行业是一个高能耗的行业。日用陶瓷由于其部分产品烧成温度过高.以及行业整体自动化程度低、单位产品能耗大.造成产品竞争力低，从而制约着日用陶瓷工业的发展。目前我国陶瓷工业的能源利用率与国外相比，差距较大：发达国家的能源利用率一般高达50%以上，美国达57%.而我国仅达到28%---30%,兼之我国是一个能源和资源相对贫乏的国家。日用陶瓷行业降低能耗、提高能源的利用率势在必行。陶瓷行业的能耗主要集中在烧成部分，约为总能耗的61%，而日用陶瓷的低温快烧工艺能显著降低生产过程的能耗，从而明显降低其生产成本，推动陶瓷生产的可持续发展。因此，可从陶瓷的配方和制造工艺人手，在坯釉料以及助熔剂的选择和烧成方法上进行改善，以达到低温快烧的目的。另外，在陶瓷生产中，烧成温度越高，烧成时间越长，能耗就越高。据热平衡计算，若烧成温度降低100：匚，则单位产品热耗可降低10%以上；烧成时间缩短10%,则产量增加10%。热耗降低4%。因此，在陶瓷行业中采用低温快烧技术，可以显著增加产量、节约能耗。此外，温度过高不仅会使制品发生变形。这样必然造成陶瓷成品率和质量的下降。因此。降低烧成温度也有利于提高陶瓷成品率、质量和档次，以及延长窑炉和窑具的使用寿命。实验过程总体安排首先查阅资料选择一种镁质强化瓷坯的化学组成，估计其烧成温度和抗弯强度，再根据已有的原料计算出配料量，然后根据配方，制备试样若干，通过对不同温度下烧制的试样的吸水率和线收缩率测定，绘制温度－收缩率，温度－吸水率曲线，确定烧成温度，最后测量在此温度下烧成试样的抗弯强度。另外，补充电解质稀释泥浆实验。实验配方设计计算（近似计算）瓷坯及原料化学组成“灼减量”换算成不含灼减量的质量分数（表1—表2）瓷坯为镁质强化瓷坯原料使用石英、长石、生砂石、滑石粉、洪江土、苏州土、碱矸它们的化学组成见表1表1 瓷坯及原料化学组成（含灼减）wt% 单位：%化学组成项目SiO2AlO23FeO23TiO2CaOMgOK2O+Na2O灼减量镁质强化瓷坯67.257.530.130.010.1223.480.281.206.53石英98.500.700.100.10——0.30————0.30长石64.318.90.10——0.600.213.72.10.50生砂石44.239.500.200.10.2——————15.80滑石粉62.000.400.10——1.5030.50————5.50洪江土49.5034.400.40——0.300.101.200.4013.30碱矸37.539.30.61.41.41.80.22.115.7苏州土46.4339.870.50——0.320.10————12.30

表2 换算后瓷坯及原料化学组成（无灼减）wt% 单位：%化学组成项目、SiO2AlO23FeO23TiO2CaO+MgOK2O+Na2O总计镁质强化瓷坯67.257.530.130.0123.601.48100.00石英98.800.700.100.100.30——100.00长石64.3618.920.10——0.8015.8199.99生砂石52.4946.910.240.120.24——100.00滑石粉65.610.420.11——33.87——100.01洪江土57.3639.860.46——0.471.85100.00苏州土53.2345.710.57——0.48——99.99碱矸44.4846.620.711.663.802.73100.00列表计算配料质量分数（表3）为满足是适当的塑性成型要求，强可塑性粘土使用量不超过15%，拟定苏州土使用量为4%,碱矸使用量为4%,洪江土使用量为4%,瓷坯MgO质量分数超过0.50%时，需加入滑石粉满足。计算表3见下页）

表3 配料量计算过程（近似计算）7、-化学组成项目'SiO2AlO23FeO23TiO2CaO+MgOK2O+Na2O镁质强化瓷坯67.257.530.130.0123.601.48苏州土2.131.83————0.01—4.00%余量65.125.70————23.591.48碱矸4.00%1.781.86————0.150.11余量63.343.84————23.441.37洪江土4.00%2.291.59————0.020.07—余量61.052.25————23.421.30长石100X1.30/15.81=8.22%5.291.56————0.071.30余量55.760.69————23.350滑石粉100X23.35/33.87=68.9445.230.29————23.35余量10.530.40————0生砂石100X0.4/46.91=0.85%0.450.4————余量10.080石英100X10.08/98.80=10.20%10.08注：Fe203、Ti02是杂质，不必满足

4.3将算得的配料质量分数换算回含灼减量的配料质量分数，折算一次即得配方并按百分比原料计算值/%换算值/%配料百分比/%300g配料量/g苏州土4.004.594.3112.93碱矸4.004.744.4613.38洪江土4.004.634.3513.05滑石粉68.9472.9568.57205.71长石8.228.237.7423.22生砂石0.851.010.952.85石英10.2010.239.6228.86合计106.38100.00300.00即最终设计的300g配料量为苏州土12.93g、碱矸13.38g、洪江土13.05g、滑石粉205.71g、长石23.22g生砂石2.85g、石英28.86g材料技术指标该镁质强化瓷烧成温度控制在1100〜1130°C；抗折强度130MPa左右；吸水率0．17％左右；干燥收缩4．2％左右；烧成收缩11．2％左右；总收缩15．4％左右；膨胀系数5.98X10-6/°C左右。实验工艺流程、设备及工艺参数6.1实验工艺流程及工艺参数34个以上 24个 10个实验设备电子天平，双头快速球磨机，电热恒温干燥箱，成型压机，高温箱式电阻炉抗弯强度测试测定仪。检测项目7.1吸水率、烧成线收缩率测定吸水率计算公式W=(G]-Go)/GoX100%式(1)式中：w—试样的吸水率，%G。一试样干重，克G]—试样吸水饱和后的重量，克烧成线收缩率计算公式Y=(Lo-L)/LoX100%式(2)式中：Y—试样的烧成线收缩率，%LQ—试样干燥后长度，mm第6页共8页分别在这温度一吸收缩率温度分别在这温度一吸收缩率温度L—试样烧成后的长度，mm在200〜1130°C范围内选取时选取25个温度点，设计升温曲线，些温度点测试试样的吸水率和烧成线收缩率，并绘制温度一收缩率，水率曲线确定烧成温度。图（1）引用自李家驹主编《陶瓷工艺学》吸水率烧成范围吸水率收缩率、吸水率曲线7.2抗弯强度测定（三点弯曲法）R=3PL/2bh2f式中：Rf—抗弯强度，N/m2P—试样断裂时负荷，NL—支撑刀口间距，mB—试样断口处宽度，mh—试样断口处厚度，确定烧成温度后，在该温度烧制试样10个，分别用抗弯强度测试仪测定它们的抗弯强度，并取平均值。电解质稀释泥浆实验（1）稀释剂：碳酸钠、硅酸钠溶液（2）定量泥浆，加入等体积不同浓度稀释剂，（3） 恩氏粘度计测试相对粘度；（4） 确定最佳稀释范围。参考文献李家驹，缪松兰，马铁成，林绍贤，朱振峰.陶瓷工艺学.北京.中国轻工业出版社2010.8王耀.节能型镁质强化瓷的研制[J].中国陶瓷工业，2009年12月第16卷第6期丘昭标.日用瓷中温烧成的坯釉配方的研制J]•佛山陶瓷，2009年第7期（第