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一 陶瓷的概念与分类,传统陶瓷（普通陶瓷） “陶瓷”是指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、烧成等过程而制成的各种制品。,传统陶瓷的主要原料：取之于自然界的硅酸盐矿物(如粘土、长石、石英等)，所以传统陶瓷可归属于硅酸盐类材料和制品。 陶瓷工业可与玻璃、水泥、搪瓷、耐火材料等工业同属“硅酸盐工业”的范畴。,陶 瓷 工 艺 学,第一节 原料概述,1 原料的分类,根据原料的获得方式分：矿物原料，化工原料。 根据工艺特性分：可塑性原料，非可塑性原料（瘠性）， 熔剂性原料。 根据使用用途分：坯用原料，釉用原料，色料和彩料。 根据矿物组成分：粘土质原料，硅质原料，长石质原料，钙质原料，镁质原料等。,陶 瓷 工 艺 学,粘土的分类,按成因分：,一次粘土（残留粘土或原生粘土）风化残积型二次粘土（沉积粘土或次生粘土）沉积型,陶 瓷 工 艺 学,（1）高可塑性粘土(软质粘土、结合粘土) ： 特点：颗粒较细，水中易分散，可塑性好，含杂质较多，多呈疏松状或板状 （2）低可塑性粘土(硬质粘土、瘠性粘土): 特点：在水中不易分散，可塑性较小，多呈致密块状、石状,按可塑性分：,陶 瓷 工 艺 学,耐火粘土（耐火度1580 C)：较纯，杂质少瓷器、耐火材料 难熔粘土（耐火度13501580 C ）：杂质1015炻器、陶器等 易熔粘土（耐火度1350 C ）：大量杂质建筑砖瓦和粗陶,按耐火度分,陶 瓷 工 艺 学,二 粘土的组成,粘土的性能取决于粘土的组成，包括粘土的化学组成、矿物组成和颗粒组成。,1、粘土的化学组成,SiO2，Al2O3，Fe2O3，TiO2，CaO，MgO，K2O，Na2O，I.L.,陶 瓷 工 艺 学,根据化学组成，可初步估计出粘土的矿物组成、粘土耐火度的高低、粘土的颜色及工艺性能等。,陶 瓷 工 艺 学,2 矿物组成,粘土是多矿物组成的混合物，含有二种或二种以上的粘土矿物和在形成过程中由于风化不完全或在冲刷漂移过程中混入其它杂质矿物。,陶 瓷 工 艺 学,特点：吸附能力小，可塑性和结合性较差，杂质少、白度高、耐火度高 。,（1）高岭石类矿物,陶 瓷 工 艺 学,多水高岭石（埃洛石、叙永石 ） 特性：易吸附水化离子与有机物，其可塑性、结合性比高岭石强，干燥收缩大。,陶 瓷 工 艺 学,以蒙脱石为主要矿物的粘土称膨润土。 特点一：吸水性强、吸水后体积膨胀 特点二：吸附性、离子交换能力很强 特点三：易粉碎，颗粒细小，可塑性好，触变厚化性强，干燥收缩较大，干燥强度高。 坯体中用量不宜太多，一般在左右。,（2）蒙脱石类矿物,陶 瓷 工 艺 学,陶瓷工业常用的原料。 叶蜡石无可塑性、吸附性差、硬度低。叶腊石含结晶水较少，总收缩不大，线膨胀系数小，可配制快速烧成的陶瓷坯体。,叶腊石（蜡石）,陶 瓷 工 艺 学,绢云母 特 性：一种水化不完全的白云母，是白云母与伊利石之间的过渡产物，能单独成瓷。,陶 瓷 工 艺 学,瓷石 可塑性不高，结合强度不大，干燥速度快。绢云母起粘土及长石的作用，促进成瓷及烧结。可配制釉料，称为“釉果”或“釉石”。,陶 瓷 工 艺 学,定义：指粘土中含不同大小颗粒的百分含量(体积百分比或质量分数） 。 意义：可初步判断工艺性能。 可初步判断矿物类型。 判断粘土本身矿物类型。,3、颗粒组成,陶 瓷 工 艺 学,三 粘土的工艺性质,1 可塑性 定义：粘土-水系统形成泥团，在外力作用下泥团发生变形而不开裂，当外力解除后，仍能保持其形状不变，这种性质称为可塑性。,陶 瓷 工 艺 学,表示方法：可塑性指数，可塑性指标。,可塑性可塑性指数,陶 瓷 工 艺 学,可塑性限度（塑限）W1：粘土或（坯料）由粉末状态进入塑性状态时的含水量。 液性限度（液限）W2：粘土或（坯料）由塑性状态进入流动状态时的含水量。,可塑性指数：液限与塑限之差 ； W=W2-W1,陶 瓷 工 艺 学,可塑性可塑性指标 可塑性指标：在工作水分下，粘土（或坯料）受外力作用最初出现裂纹时应力与应变的乘积。,根据粘上可塑指数或可塑指标大小可将其分为以下几类： 强塑性粘土 中塑性粘土 弱塑性粘土 非塑性粘土,陶 瓷 工 艺 学,2 结合性 定义：粘土的结合性是指粘土能够结合非塑性原料而形成良好的可塑泥团，并且有一定干燥强度的能力。 表征：粘土结合瘠性原料的结合力的大小来衡量。,陶 瓷 工 艺 学,定义：粘土颗粒吸附的离子被其它同性电荷的离子置换，发生离子交换的性质称为粘土的离子交换性。,3 离子交换性,陶 瓷 工 艺 学,影响离子交换能力的因素： 离子性质； 粘土矿物的种类； 粘土矿物的有序度及分散度； 有机物质的含量； 粘土矿物结晶程度。,陶 瓷 工 艺 学,4 触变性 定义： 粘土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时，粘度会降低而流动性增加，静置后能恢复原来状态。 反之，泥料放置一段时间后，在维持原有水分的情况下会增加粘度，出现变稠和固化现象。这种性质统称为触变性。,陶 瓷 工 艺 学,产生触变性的原因： 粘土片状颗粒的活性边面上尚残留少量电荷未被完全中和，以致形成局部边边或边面结合，使粘土颗粒之间常组成封闭的网络状结构。 大量的自由水被分隔和封闭在网络的空隙中，使整个粘土水系统好像水分减少，粘度增加，变稠及固化现象 网络状结构是疏松和不稳定的，当稍有剪切力的作用或振动时，网络即被破坏，又呈流动状态。,陶 瓷 工 艺 学,6 收缩 基本概念：干燥收缩 、烧成收缩和总收缩 影响因素：组成，含水量，阳离子交换能力，细度等。 表示方法：线收缩率与体积收缩率SV。,陶 瓷 工 艺 学,7 烧结性能及耐火度 定义： 烧结性能：粘土在烧结过程中所表现出的各种物理变化及性能。 耐火度：粘土原料抵抗高温作用不致熔化的能力。 表征方法：,烧结性：气孔率、吸水率、体积密度、收缩率等,陶 瓷 工 艺 学,保证泥坯的可塑性； 使注浆料与釉料具有悬浮性和稳定性； 在坯料中结合其它瘠性原料，使具有一定干坯强度及最大堆积密度； 影响坯体的烧结性能。 是瓷坯中AlO的主要来源，也是烧成时生成莫来石晶体的主要来源。,四 粘土在陶瓷生产中的作用,陶 瓷 工 艺 学,第三节 石英类原料,二氧化硅（SiO2）在地壳中的丰度约为60。自然界中的结晶态二氧化硅统称为石英。由于经历的地质作用及成矿条件不同，石英呈现多种状态，并有不同的纯度。,陶 瓷 工 艺 学,SiO2多晶转变的特点,（1）高温型的缓慢转化（横向转化或一级转化） （2）低温型的快速转化（纵向转化或二级转变）,陶 瓷 工 艺 学,SiO2晶型转化与生产应用,石英预烧，利于粉碎。 陶瓷生产过程中必须注意升降温速度的问题：在制品烧成和冷却时，处于晶型转化的温度阶段，应适当控制升温与冷却速度，以保证制品不开裂。,陶 瓷 工 艺 学,釉料中,SiO2是玻璃质的主要成分，提高釉料的机械强度，硬度，耐磨性，耐化学侵蚀性；提高釉料的熔融温度与粘度。,三 在陶瓷生产中的作用,烧成前，调节泥料的可塑性，为生坯水分快速排除提供通路，增加渗水性，有利于施釉工艺，降低干燥收缩并加快干燥。,烧成时，石英的加热膨胀可部分抵消坯体的收缩；高温时石英部分溶解于液相，增加熔体的粘度，未溶解的石英颗粒构成坯体的骨架，防止坯体软化变形。,可提高坯体的机械强度，透光度，白度。,陶 瓷 工 艺 学,第四节 长石类原料,一 长石的种类和性质,长石类矿物是架状结构的碱金属或碱土金属的铝硅酸盐。主要是含钾、钠、钙和少量钡的铝硅酸盐。,陶 瓷 工 艺 学,钾长石：范围宽，高温粘度大，且粘度随温度逐渐降低。 钠长石：液相粘度较低，熔融温度较窄，且其粘度随温度的升高而降低的速度很快。,2 长石的熔融特性,陶 瓷 工 艺 学,长石在坯料和釉料中做为主要成分，起熔剂的作用。 希望坯料长石有较低的熔化温度，较宽的熔化温度范围。 要求釉料具有较高的始熔温度，较宽的熔融温度范围。,注意！,陶 瓷 工 艺 学,高温粘度和高温粘度系数要求 一般要求高温粘度大，高温粘度系数小。,二 陶瓷工业对长石质量要求,熔点的要求,化学组成的要求,矿物组成的要求,陶 瓷 工 艺 学,坯料中碱金属氧化物的主要来源，降低陶瓷坯体组分的熔化温度，利于成瓷和降低烧成温度。 减少气孔率，增大致密度，提高瓷体的机械强度和化学稳定性。 提高陶瓷制品的透光度。 作为瘠性原料，提高坯体疏水性，提高干燥速度，减少坯体的干燥收缩和变形。 在釉料中做熔剂，形成玻璃相。,三 长石在陶瓷生产中的作用,陶 瓷 工 艺 学,第五节 碱土硅酸盐类原料,一、滑石,作用： 降低烧成温度，扩大烧成温度范围。 提高坯体白度，透明度，机械强度和热稳定性。 在精陶坯体中用滑石代替长石，可降低釉的后期龟裂 。 提高釉的弹性，热稳定性，增加釉的熔融温度范围。,陶 瓷 工 艺 学,二、硅灰石 可以快速烧成。 降低烧成温度，节省能耗。 改善生坯质量，提高产品性能。,陶 瓷 工 艺 学,提高釉面质量； 烧成范围窄； 坯体白度降低。,陶 瓷 工 艺 学,透辉石： 降低烧成温度。 快速烧成。 减少烧成收缩。 提高机械强度。 改善热稳定性。,陶 瓷 工 艺 学,第六节 碳酸盐、硫酸盐及硼酸盐类原料,配料,满足产品的物理、化学性质和使用要求 考虑生产工艺及设备条件 拟定配方时应考虑经济上的合理性 借鉴成熟配方 各原料在陶瓷材料中的作用,坯料组成的表示方法,实际配料量（比）表示法 化学组成表示法 实验公式(赛格式)表示法 矿物组成（示性组成）表示法,坯料的种类和品质要求,一、坯料的种类 （1）注浆坯料，含水率2835%； （2）可塑坯料，含水率1825%； （3）压制坯料，含水率36% （干压坯料）； 含水率715%（半干压坯料）；,坯料： 陶瓷原料经配料和一定的工艺加工，得到的具有成形性能的多组分均匀的配合料。,二、坯料的品质要求,坯料的总体质量要求 配方准确 组分均匀 细度合理 空气含量少,良好的可塑性 满足成型和半成品的干燥强度 细度 含水量适当 空气含量 干燥强度高 收缩率小,1、可塑泥料的品质要求,2、注浆坯料的品质要求 流动性好。 悬浮性好。 触变性恰当。 滤过性好。 泥浆含水量少。 脱模性好。,3、压制粉料的品质要求 流动性好 堆积密度大 含水率及水分均匀性 形状、大小及粒度分布,坯料制备的主要工序及设备,一、原料的处理（原料精选、原料预烧） 二、原料粉碎（粗碎、中碎和细碎（磨） 三、筛分、除铁、搅拌 四、泥浆脱水（浆料 泥团；浆料 粉料） 五、练泥（塑性泥料） 六、造粒（压制粉料） 七、陈腐,二、原料粉碎,根据粉碎后粉料的粒度可分为： 粗碎（40-50mm），颚式破碎机； 中碎（0.3-0.5mm），轮辗机、雷蒙机； 细碎（60m），球磨机、雷蒙机； 超细粉碎（几个m），振动磨、气流粉碎等。,原料粉碎：块状固体物料在机械力的作用下而破碎使块度或粒度达到要求的操作。,粉碎的四种方法,压碎；研磨；劈裂；撞击,球磨机,陶瓷行业多采用间隙式球磨机，采用湿磨。 影响效率的主要因素：,球磨转速、研磨介质（多少、大小、形状、级配、密度）、料球水比、加料粒度、加料方式。,三、筛分、除铁、搅拌,1、压滤脱水（机械脱水）：20-25% 间歇式压滤机 2、喷雾干燥脱水（热风脱水）： 喷雾干燥塔,真空练泥的作用 经真空练泥后，可排除空气，使泥料水分、组成分布均匀，收缩减小，提高干燥强度,提高泥料的可塑性、致密度。,练泥分为粗练和真空练泥（精练）。 （真空）练泥机,五、练泥,影响泥料质量的因素 1）泥饼的水分高低及均匀性。 2）加料速度。 3）真空度。 4）泥饼的温度和练泥机室内的温度。 5）练泥机结构。,1)颗粒取向的定义： 经过练泥的可塑泥团，其片状颗粒受外力的作用会沿其尺寸最大方向（长轴方向）重叠排列。这种颗粒在平面内择优取向的现象就是颗粒取向。,可塑泥团的颗粒取向,3）颗粒取向与收缩、变形的关系 无定向排列：在任何方向上颗粒取向是统计地均匀排列。 定向排列：颗粒沿一个方向排列。 无定向排列的坯体在各方向上的收缩是一致的。 定向排列收缩有差异，定向化程度越高，则各方向收缩越大。,六、陈腐,陈腐：坯料陈放一段时间后进入下一工序，坯料水分均匀，性能提高。,陈腐的作用机理 ： 1）通过毛细管的作用，使坯体中水分更加均匀。 2）水和电解质的作用使粘土颗粒充分水化，发生离子交换，同时非可塑性物质转变为粘土，可塑性提高。 3）有机物：发酵腐烂可塑性提高。,压制成形用坯料-墙地砖,墙地砖产品的显著特点是外形均为规则的薄板状。因而大多采用半干压法成形。,含水率及水分均匀程度 粒度和粒度分布 粉料的堆积性质 容重 粉料的流动性,（二）粒度和粒度分布,压制成形粉料必须具有适当的粒度和粒度分布，以满足坯料加工过程及烧结过程的要求。 造粒后粉料的假颗粒粒度和粒度分布应能满足压制成形的要求，具有良好流动性、高的堆积密度、良好排气功能。 通常压制成型所用粉料颗粒的最大尺寸是砖坯最小尺寸的1/51/10。,(三)粉料的堆积性质,拱桥效应,颗粒堆积情况,(四)粉料的流动性,喷雾造粒,离心式雾化,气流式物化,压力式雾化,坯料制备过程工艺控制,一、原料水分的测定及配料的调配 二、球石质量的检查 三、泥料的细度控制 四、泥浆性能的控制 水分、比重、流动性、稠化度等。 五、坯粉性质的控制 (一)坯粉干容重 (二)坯粉流动性 (三)坯粉水分,常用成形方法：包括可塑法成形、注浆成形和压制成形,成形概述,成形：将坯料加工成具有一定形状和尺寸的半成品。,可塑成形原理：利用模具或刀具等的运动所造成的压力、剪力，挤压等外力对具有可塑性的坯料进行加工，迫使坯料在外力的作用下发生可塑变形，制成坯体。,第一节 可塑成形,一 塑性坯料成型性能,1、可塑泥团的流变特性,可塑性泥团受到应力发生形变时既有弹性性质，又有假塑性变形。,空气0.51,可塑性泥团由固相、液相、少量气相组成的弹性塑性系统。,粘土泥团的应力应变曲线,当应力很小时，受应力的作用产生形变，两者呈直线关系，且可逆。,当y，则出现假塑性变形，不可逆。 假塑性变形：除去泥团受到的应力，会部分地回复到原来状态（用y表示），剩下的不可逆变形部分n叫做假塑性变形。 屈服值：由弹性变形过渡到假塑性变形的极限应力y，称为流动极限（或称流限）,强度极限p，泥团会开裂破坏,泥团的成形性能的评价指标,一般可以近似地用屈服值和最大变形量的乘积（ y* p）评价泥料的成型能力。 一定含水率,屈服值随泥团中水分增加而降低,含水量降低，y提高，但p降低了,变形量p：出现裂纹前的最大变形量。 p高使成型过程中变形虽大，但又不致出现裂纹,屈服值y：泥团开始假塑性变形时须加的应力； y高防受偶然的外力产生变形，保证成型时有足够的稳定性,矿物种类粘土矿物的结构 伊利石高岭石蒙脱石 固相颗粒大小和形状 颗粒愈细，分散度越大，比表面积愈大，颗粒表面形成水膜所需的水分愈多，产生的毛细管力越大，可塑性越好。 层状、短柱状颗粒比球状和立方状颗粒的可塑性好（易形成面与面的接触，毛细管半径小力大；对称性低，移动阻力大）,2、影响泥团可塑性的因素,吸附阳离子的种类 粘土胶团间的吸引力影响坯料的可塑性，吸引力大，则可塑性高； 液相的数量和种类浸润能力和液相的粘度、表面张力 坯料中加入水分适当时才呈现最佳的可塑性 表面张力大，可塑性高；粘度高，则可塑性高,生产中提高坯料可塑性的常用措施,（1）将粘土原矿进行淘洗，除去所夹杂的非可塑性物料，或长期风化。 （2）把湿润了的粘土或坯料施以长期陈腐。 （3）对泥料进行真空练泥。 （4）掺用少量的强可塑性粘土。 （5）控制球磨的细度 （6）必要时加入增塑剂，如糊精、羧甲基纤维素等。,1.注浆成形机理 注浆过程基本上可分成三个阶段,从泥浆注入石膏模吸水开始到形成薄泥层为第一阶段 形成薄泥层，泥层逐渐增厚，直到形成注件为第二阶段 从雏坯形成到脱模为收缩脱模阶段,石膏模的毛细管力,注浆过程的推动力：,注浆成形,1.流动性 固相含量、颗粒大小和形状 泥浆的温度 粘土及泥浆处理方法（水化膜的厚度） 电解质的作用 陈腐 泥浆的pH值,二 影响泥浆浇注性能的因素,2.吸浆速度 减少模型的阻力 降低泥层阻力 提高吃浆过程的推动力 提高泥浆的温度，提高模型的的温度,3 脱模性,4 挺实能力 5 加工性,空心注浆（单面注浆）,对泥浆性能要求： 比重小，稳定性好，触变性较小，细度较细,1 基本注浆方法：包括空心注浆和实心注浆,三 注浆成形方法,实心注浆（双面注浆）,对泥浆性能要求：比重大，触变性较大，泥浆颗粒可稍粗,2 加速注浆法 包括压力注浆、离心注浆和真空注浆等,压制成形是将坯料加入到模具中，在压机上压成一定形状的坯体的方法。,第三节 粉料的成形,生产过程简单，致密度高，制品尺寸精确，表面质量高，设备机械化、自动化程度高，可以连续化生产。,优点：,对于制品形状复杂的制品难于成型，模具磨损大；压力分布不均，致密度不均（相对而言）。,局限性：,原理：,1 粒度和粒度分布 直接影响坯体的致密度、收缩率、强度。 很细或很粗的粉料，在一定压力下被压紧成型的能力较差。造粒 2 粉料的堆积特性 最紧密堆积容重,一 粉料的工艺性质,3 粉料的含水率一定的水（水膜、表面张力）增加粉料间的结合力；太大会粘模，太小坯体密度不够。,4 粉料的拱桥效应,粉料堆积的拱桥效应,加压或振动消除 合适的加压方式,粉料自然堆积的外形,5 粉料的流动性 粉料由分散度高的固体小颗粒组成，具有一定的流动性。安息角越小流动性越好。,影响流动性的因素： 颗粒的大小大，流动性好 颗粒形状球形颗粒流动性好 粒径分布,粉料的流动性影响粉料在模型中的填充速度和填充程度,1 密度的变化,二 粉料的致密化过程,坯体密度与压力关系,密度随压力增大迅速增加 排除假颗粒间空隙 密度随压力增大变化缓慢 排除真颗粒间空隙 密度随压力增大迅速增加 密实阶段,原因：大量颗粒产生相对滑动和位移，位置重新排列，孔隙减少、假颗粒破裂、拱桥破坏、坯体密度增加；且压力越大，发生位移和重排的颗粒愈多，孔隙消失越快，坯体密度越大。,原因：坯体中宏观的大量孔隙已不存在，颗粒间的接触由简单的点、线或小块面的接触发展为复杂的点、线、面接触。,原因：颗粒断裂、变形，发生滑移和重排，孔隙继续填充。,2 强度的变化 颗粒间接触不大 ，强度较小。 弹性塑性阶段，颗粒间接触增大，强度直线上升。 强度变化不大。,坯体强度与成形压力的关系,成形致密化出现的现象：坯体中压力的分布不均,原因：A坯粉料颗粒移动和重新排列时，颗粒之间产生内摩擦力。B颗粒与模型之间有外摩擦力妨碍了压制压力的传递压力衰减。 现象：离开如压面的距离愈大，刚受到的压力愈小，H/D比值愈大，则压力不均匀分布现象愈严重。,1 成形压力,三 影响坯体密度的因素,应保证坯体质量好、生产效率高的同时，选用尽量高的成形压力。考虑原料成分、坯料水份、制品的形状和尺寸,2 加压方式,单面加压：压力分布不均，有低压区，死角 双面加压：消除底面的低压区，死角。但空气易被挤到坯体 中间部位，使中部密度小。,3 加压速度和保压时间,4 添加剂的选用 减少粉料颗粒间及粉料与模壁的摩擦-润滑剂 增加粉料颗粒间的粘结作用粘结剂 促进粉料颗粒间吸附，湿润或变形表面活性剂,调整坯料性能的添加剂,1 解凝剂（解胶剂，稀释剂） 用来改善泥浆的流动性，使其在低水分的情况下粘度适当便于浇注。 2 结合剂 用来提高可塑泥团的可塑性，增强生坯的强度。 3 润滑剂 用于提高粉料的湿润性。减少粉料颗粒间及粉料与模壁之间的摩擦，以促进压制坯体密度增大和均匀化。,一 添加剂的种类,干燥,受热体水分（或液体）减少到使用标准为止的过程 （广义） 水分（或液体）的加热蒸发过程 （狭义）,干燥作用与干燥过程,湿物料的干燥过程：热量交换和质量交换。 外扩散过程：物料表面产生的水蒸气向干燥介质移动 内扩散过程：物料内部的水分由浓度较高的内层向浓度较低的外层移动。,二 干燥过程,O,坯体干燥过程四个阶段示意图,干燥过程各阶段的特征： OA 升速干燥阶段，温度逐渐升高至干燥介质湿球温度TA。,干燥速度由零升至最大，蒸发表面水分。 吸热蒸发水分，提高坯体温度。 收缩很小。,AB等速干燥阶段，表面温度不变， 干燥速度保持衡定，内扩散速度等于外扩散速度。 吸热全部用于蒸发水分。 收缩较大。,B C降速干燥阶段，表面温度升高至介质温度。 干燥速度逐渐减小至零，与介质达到平衡。 吸热蒸发水分，提高坯体温度。 收缩基本不收缩。继续干燥仅增加坯体内部孔隙,CD平衡阶段，坯体与介质达到平衡状态，干燥过程完成。 坯体表面水分达到平衡水分时，干燥速度为0 干燥最终水分取决与干燥介质的温度和湿度,1）B点称为临界点，之后进入干燥安全状态 2）C点平衡状态点，标志着干燥结束。但含水率不为零 3）干燥速度取决与内部扩散速度和表面汽化速度两个过程,干燥制度达到一定的干燥速度，各个干燥阶段应选用的干燥参数。 最佳干燥制度最短时间内获得无干燥缺陷的生坯的制度。,第二节 干燥制度的确定,1、 影响内扩散的因素 内因：含水率，生坯组成，结构等 水分降低，收缩降低，内扩散速度提高 引入阳离子可提高内扩散速度，保证一定的强度 外因：温度 温度提高，毛细管表面张力下降，内扩散速度提 高。应保证温度梯度、湿度梯度一致。,一 影响干燥速度的因素,2、影响外扩散的因素 干燥介质及生坯表面蒸汽分压 干燥介质及生坯表面温度 干燥介质的流速和方向及生坯表面粘滞气膜的厚度 热量的供给方式等 3、其它影响因素 坯体形状、尺寸，干燥器的结构类型。,二、 确定干燥介质参数的依据 1 、干燥介质的温度 1）坯体的大小、形状、厚度、组成、含水率 2）热能的充分利用和设备的因素,2、 干燥介质的湿度 3、干燥介质的流速流量 外扩散：空气的流速， 流量 温度不宜很高， 可加大空气的流速和流量 高速均匀的热风可使干燥速度提高,干燥方法,自然干燥,自然对流干燥 以空气(大气)作为干燥介质，由于空气密度不同而引起对流，进行干燥。 多用于泥料和成形后湿坯的干燥。,对流干燥,一、热空气干燥强制对流干燥 采用强制通风手段，利用具有一定流速的热空气吹拂欲干燥的坯体表而，使其得到干燥的方法。 （1）间歇式室式干燥室,特点：设备简单，造价低廉，热效率低，干燥周期长。,隧道式干燥、链式干燥、辊道传送式干燥、喷雾干燥等,（2）连续式干燥,二 辐射干燥（高频、微波和红外干燥）,远红外干燥 特点： 1）干燥速度快，生产效率高，节省能耗。 2）设备小巧，造价低，费用低。 3）干燥质量好，表面内部同时吸收，热湿扩散方向一致，均匀，不易产生缺陷。,三 工频电干燥,一 干燥缺陷及原因分析,1、缺陷 变形 、开裂,第四节干燥缺陷分析,1） 配方设计和坯料制备的原因,2）成形过程的原因 3）干燥过程的原因 4）器型设计不合理,原因,二、解决干燥缺陷的措施 1 坯体配方稳定； 2 控制水分； 3 双面干燥； 4 控制干燥制度；,烧成：陶瓷坯体通过高温热处理，发生一系列物理化学变化，矿物组成、显微结构发生变化，最终得到具有某种特定要求的陶瓷制品的工艺过程。,概述,一次烧成与二次烧成,一次烧成：成形、干燥或施釉后的生坯，在陶瓷窑内一次烧成陶瓷产品的工艺路线。 特点：工艺流程简化；劳动生产率高；成本低，占地少；节约能源。,二次烧成：即先素烧后施釉，再釉烧的工艺路线。分为低温素烧高温釉烧和高温素烧低温釉烧。 特点：避免气泡、针孔、吸釉、干釉等釉面缺陷，提高坯体强度和密度，增加釉面的白度和光泽度，提高釉面质量，提高产品合格率。,瓷质：长石质、滑石质、骨质瓷、,第一节 坯体加热过程中的物理化学变化,按照长石质瓷加热过程中的变化特点大致可分为四个阶段： （1）低温阶段常温300 （2）氧化分解阶段300950 （3）高温阶段950烧成温度 （4）冷却阶段烧成温度室温,排除干燥残余水分和吸附水，少量收缩或不收缩，气孔率、强度略有增加； 基本无化学变化。,低温阶段,/,排除机械水、吸附水 质量减小，气孔率增大,室温300,低温阶段,化学变化,物理变化,重要变化,温度范围,阶段名称,1 化学变化 （1）氧化反应 碳素和有机物氧化,黄铁矿（FeS2）等有害物质氧化,氧化与分解阶段,（2）分解反应 结构水排除： 粘土原料和其它含水矿物进行结构水的排除。,碳酸盐、硫酸盐分解,（3）石英晶型转变,2 物理变化 （1）重量减轻，气孔率提高，有一定的收缩； （2）有少量液相产生，后期强度有一定提高。,位移型相变/重建型相变,在1050以前，继续上述的氧化分解反应并排除结构水 硫酸盐的分解和高价铁的还原与分解（在还原气氛下）,高温阶段,1 化学反应,形成大量液相和莫来石 长石熔融+低共熔物+溶解石英和粘土 大量液相+一次莫来石生成+二次莫来石 新相的重结晶和坯体的烧结 晶粒长大，晶界移动，致密烧结。,2 物理变化 气孔率降低，坯体收缩较大，强度提高，颜色变化。,烧成制度,一、烧成制度,二 制定烧成制度的依据,(一)坯体在加热过程中的物理化学(性状)变化,(二)坯体形状、厚度、大小和入窑水分,(三)烧成方法 一次烧成/二次烧成 特种陶瓷：常压烧结/热压烧结/高压烧结/热等静压烧结;气氛烧结等,（四）根据坯料中氧化钛和氧化铁的含量确定气氛制度 低铁高钛坯料（北方）常用氧化气氛烧成； 高铁低钛坯料（南方）常用还原气氛烧成。,？,(五)窑炉的结构、燃料种类、装窑密度,1、烧成温度对产品性能的影响 2、保温时间对产品性能的影响 3、升温速度对产品性能的影响,三、烧成制度与产品性能的关系,对于普通陶瓷产品冷却制度一般为： 高温阶段应当快速冷却，低温阶段相对缓慢。,4、冷却速度对产品质量的影响,5、烧成气氛对产品性能的影响 （1）气氛对烧结温度的影响 A组Fe2O3含量AA2分别为0.62、1.75、2.09 B组Fe2O3含量BB3分别为0.43、0.49、0.54、1.69,A瓷石质瓷 B长石质瓷,（3）气氛对瓷坯颜色、透光度及釉面质量影响 氧化气氛烧成后，瓷坯发黄。 还原气氛烧成后，瓷坯呈淡青色。,低铁高钛坯料（北方）常用氧化气氛烧成； 高铁低钛坯料（南方）常用还原气氛烧成。,陶瓷胎体的显微结构,显微结构指利用各种显微镜才能观察到材料的组织结构，是组成、工艺、过程等因素的反映，是决定材料性能的基础。,一 显微结构的组成,陶瓷胎体的显微结构：晶相、玻璃相、气相。 晶相:研究种类，数量，形态，晶粒的大小、分布和取向，晶体缺陷。 玻璃相：研究含量、分布、应力分布等。 气孔：研究大小、多少、分布、位置等及微裂纹的大小、形状分布等。,长石质瓷显微结构中各相的作用,1 莫来石（10-30%） 主晶相，构成瓷胎的骨架。 来源： 粘土分解一次莫来石 玻璃相中析晶二次莫来石 具有较高的力学强度，尤其是网状的莫来石强度更高。,2 玻璃相（40-65%） 存在形式： 石英颗粒周围的熔有石英的高硅玻璃相 中间生长有交织成网的莫来石晶体的长石玻璃相 在粘土分解产物区内，填充在间隙间的玻璃相。,3 石英（10-25%） 来源： 残余石英 方石英 作用： 影响瓷坯的强度 改善瓷坯的透光度和白度石英和玻璃折射率相近,4.气孔 存在状态： 在玻璃相基质中； 裹在大晶粒之中。 影响： 气孔在瓷坯中的多少、大小、形状、分布、位置影响瓷坯的强度、透光度、致密度、吸湿膨胀性能、介电性能、热传导性能等。,三 工艺因素对显微结构的影响,（一）陶瓷原料及配比 1、选择原料的种类 2、所用原料的配比,（二）原料粉末的特征 其颗粒大小、分布、聚集程度影响最为明显。 颗粒大小影响气孔的大小、多少 颗粒大小影响液相量,2、粒度分布 3、颗粒形状及团聚程度,（三）外加剂 1、掺杂增加晶格缺陷，促进扩散，使坯体致密，气孔少； 2、外加剂与某些组分形成第二相（化合物或低共熔物） 促进烧结。如第二相不易移动，则阻碍晶界移动，抑制 晶粒长大。,（四）烧成制度 1、烧成温度 影响瓷坯的密度、晶粒大小及各相的比例。,2、升降温速率 影响坯体密度，晶粒大小，相的分布。 a、快速冷却：越过第二相的析出温度，第二相形成数量少 b、缓慢冷却：不同温度会析出不同的第二相,3 烧成气氛 影响气孔率、晶粒尺寸、缺位形成、阳离子价态、矿物组成。,釉的定义： 附着在陶瓷胎体表面的一种玻璃或玻璃与晶体的连续粘着层。 釉的作用: (1) 装饰：提高艺术、欣赏价值。 (2) 改善制品的各种性能： 化学稳定性、防污性（平滑、表面积减小） 力学性能、电学性能、抗菌性能等等。,一 釉及其作用,釉料配方的配制原则,1 满足制品对釉面的性能要求,2 釉料组成能适应坯体性能及烧成工艺的要求,一次烧成釉，始熔温度应高，成熟范围应宽。避免干釉和起泡。二次烧成釉，生釉的粘附性要强。,3 坯釉的热膨胀系数及弹性模量相适应,要求：釉 坯 （略小于 微正釉 受压应力） E釉 E坯 （釉有较大的弹性对机械应力、热应力的适应能力强）,4 坯釉的化学组成相适应,坯釉的化学组成一般应有一定的差别，酸性坯配碱性釉碱性坯配酸性釉，常用C.A（酸度系数CA反映坯釉的酸性程度）控制：,5 合理选择原料 既要保证生产工艺性能和釉面质量，又要经济合理。,一 釉料的质量要求及控制,1、原料质量：纯度高、细度高、各原料储存不混杂，避免杂质混入。 2、釉浆品质,釉料制备与施釉,比重,流动性及悬浮性 直接影响施釉工艺的顺利进行及烧后的釉面质量。,三 施釉,施釉：将釉料附着于坯体表面的过程。 方法：釉浆施釉、静电施釉和干法施釉。,釉层形成过程的反应 坯釉适应性 釉的析晶,釉层的形成,釉层形成过程的反应为：原料的分解、化合、熔化及凝固（包括析晶) 交叉或重复出现。 1、釉料加热时的变化 2、釉层冷却时的变化 3、釉层中气泡的产生,一 釉层形成过程的反应,(1)原料的分解；(2)化合与固相反应；(3)氧化物挥发；(4)烧结；(5)熔融； (2)、化合与固相反应 (3)、釉中组分的挥发 (4)、熔融,1 、釉料加热时的变化,2、釉料冷却时的变化,(1)、凝固（冷却时经历的变化和玻璃相似）,从低粘度的流动状态冷却到软化温度（Tf） 粘度增加，釉处于粘性状态； 超过转变温度(Tg)后凝固形成玻璃体，为脆性状态；,(3）、形成气泡 有些物质分解不完全，产生的气体未完全排除，以及坯体中碳素氧化后生成的气体未来得及排除，冷却后被包裹在釉层中形成气泡。,(2)、析晶 有些晶体从熔融液体中析晶，形成微晶相。 对透明釉不利（因希望玻璃相多，晶相少），所以采取急冷方式跨过析晶区，否则失透。 对结晶釉有利，而且还专门在釉料配方中引入晶核，并缓慢降温经过析晶区。,3、釉层内的气泡,(1)、产生原因 由于坯釉本身的原因产生的气泡： 坯釉烧前内部颗粒之间的堆积空隙，形成气泡,由坯釉化学反应产生的气体,由于工艺因素形成的气泡： 干燥后的釉层透气性较差。 在施釉时将一部分气体封闭在釉层中，或者在釉中加入一些添加剂而引入气泡。 釉层厚度增加，气泡增多。 快速烧成时，坯釉中气体来不及排出。,对外观性能的影响 凹凸不平 透光度下降 光泽度下降,(2)、气泡对釉面性能的影响,机械强度下降：以抗折强度为例，气泡相当于微裂纹，受力后沿气泡断裂。,耐磨性下降 耐酸碱能力下降,对内在性能的影响,(3)、气泡的克服方法,烧成过程控制,配方控制,提高釉的始熔温度； 增加釉中熔剂含量，降低釉的高温粘度； 合理选择原料： 选择不产生气体的原料或熔块釉； 选择有利于气体排除的原料；（排气温度低的原料）,低温阶段：加强通风，中火保温。 高温阶段：均匀升温，高火保温。,釉浆制备过程工艺控制,釉料不要磨得太细； 在釉浆中加入消泡剂：,1、膨胀系数对坯釉适应性的影响 2、中间层对坯釉适应性的影响 3、釉层厚度对坯釉适应性的影响 4、吸湿膨胀对坯釉适应性的影响 5、釉的弹性、抗张强度对坯釉适应性的影响,指陶瓷坯体与釉层有互相适应的物理性质使釉面不致龟裂或剥脱的性能。 影响坯釉适应性最本质的原因是釉层中存在应力。,二 坯釉适应性,1、膨胀系数对坯釉适应性的影响 (1) 釉的膨胀系数大于坯的膨胀系数（釉 坯）,负釉,釉 坯：冷却过程中釉的收缩比坯大，釉层受张应力，使釉层下凹，开裂。,(2) 釉的膨胀系数小于坯的膨胀系数（釉 坯）,正釉,釉 坯：釉的收缩比坯小，釉层受压缩应力，剥落。,(3) 坯釉的热膨胀系数接近或相等（釉坯）,釉坯：使釉中无应力或极小应力理想状态 一般来说，脆性材料的耐压强度远高于抗张强度，所以开裂的情况较剥落更容易出现。,希望釉的膨胀系数接近于坯体而稍低于坯体,中间层：由于坯釉化学组成不同，高温下相互扩散、溶解、反应、结晶，生成一层组成和性能介于坯釉之间的过渡性物质。 釉料与坯体相互作用导致中间层的出现。,(1) 中间层的形成(釉料与坯体的作用),2、中间层对坯釉适应性的影响,总之：良好的中间层可以缓解坯釉应力。,缓解坯釉应力 正釉：（ 釉 坯 ） 中间层作用 釉 中 坯 则： 釉 - 中 釉 - 坯 釉层受力减少,(2)中间层的作用,扩散使釉的热膨胀系数降低，有利于形成正釉 釉中碱性成份渗入坯中，坯中铝硅成份渗入釉中的结果。 若中间层生成了合适的晶体，则有利于坯釉结合；反之，则不利于坯釉结合。,化学组成： 相差大，反应剧烈，有利于中间层的生成。 烧成制度： 烧成温度高，保温时间长，有利于中间层的形成。 釉料细度和釉层厚度： 釉料细，釉层适当薄，有利于中间层的形成。,(3) 影响中间层发育的因素,薄釉层坯釉结合性好：薄釉层在锻烧时组分的改变比厚釉层相对大，釉的膨胀系数降低也多，使坯釉膨胀系数相接近，同时中间层相对厚度增加，坯釉结合良好。 釉层过厚易造成釉面开裂：应力在釉层厚度中分布是不均匀的，靠近坯体的釉层压应力大些，釉层表面上的应力小些，釉层过厚甚至会由压应力转为张应力。,3 釉层厚度对坯釉适应性的影响,气孔吸水：陶瓷产品（多孔陶瓷）胎体会吸附水分和可溶性盐类 吸湿膨胀 胎体会膨胀而釉层一般不随之膨胀，使釉层承受压应力可逐渐变成张应力。若超过中间层的缓冲及抗张强度，则引起釉面开裂 即精陶的后期龟裂。,4 吸湿膨胀对坯釉适应性的影响,弹性好 缓冲应力能力强坯釉适应性好 抗张强度高 釉面不易开裂坯釉适应性好,5 釉的弹性、抗张强度对坯釉适应性的影响,釉的弹性和抗张强度主要取决于釉的化学组成和釉层厚度。,釉熔体的析晶过程 影响釉熔体析晶的因素 析晶对釉面光学性质的影响,指陶瓷釉层析出各种种类、大小不同的晶体，而产生各种釉面效果或缺陷的现象。如透明釉的失透；结晶釉、乳浊釉、无光釉、金属光泽釉的产生等,三 釉的析晶,1、釉熔体的析晶过程 熔体的粘度及冷却速度是析晶的必要条件 晶核的形成和晶体的生长都是过冷度与粘度的函数。,晶核的形成 速度IV 釉层中未完全融化的残余微晶非均匀成核 釉熔体原子重新排列均匀成核 晶核长大 速度 u,T,T,釉料的组成 组成是其析晶的内在能力 促进析晶采取的方法 加入晶核剂 引入某成分使其与玻璃基质中的组分形成化合物析出晶体 引入能够降低粘度的成份（R2O、RO）,釉的黏度,2、影响釉熔体析晶的因素,液相分离釉熔体的分相,分相提供玻璃成核的推动力玻璃内在成分不均匀,影响釉熔体析晶的因素,结晶釉 分别在成核速度和生长速度较大的温度范围保温一段时间，有利于析晶。,烧成制度,防止釉面析晶 晶核形成较低温度升温加快 快速冷却，防止析晶，晶粒生长高温残余晶体成为析晶中心,影响釉熔体析晶的因素,釉层的显微结构构成：经煅烧后釉层绝大部分为玻璃相、残余晶体、次生晶体、气泡。 各相成分以及相对含量与釉的化学组成、制釉方法、施釉方法、烧成制度等因素有关。,一 釉层的显微结构,釉层的显微结构与性质,1、釉的熔融特性 2、釉的粘度与表面张力 3、釉层的光学性质 4、力学强度和硬度 5、热膨胀性 6、釉层的化学稳定性,二 釉层的物理化学性质,2、粘度与表面张力（润湿性）,高温粘度高温流动性,釉的光泽度釉面对可见光的镜面反射能力 影响光泽度的因素 釉的折射率：折射率愈大，光泽度愈强。 釉面平整度、光滑度。 烧成制度（烧成温度、冷却制度）快速冷却，避免釉层中析晶降低光泽度。,3、光学性质,4、力学强度和硬度,（1）力学强度 釉面是脆性材料，抗压强度高于抗张强度,（2）表面硬度 硬度：一种材料抵抗另一种材料压入、刻化或磨损的能力。,