普通陶瓷简介

第九章第九章 普通陶瓷普通陶瓷 普通陶瓷是以粘土类及其它天然矿物原料经过粉碎加工、成普通陶瓷是以粘土类及其它天然矿物原料经过粉碎加工、成型、烧成等过程制成的制品。是一种多晶、多相（晶相、玻璃相型、烧成等过程制成的制品。是一种多晶、多相（晶相、玻璃相和气相）的硅酸盐材料。和气相）的硅酸盐材料。主要有日用陶瓷、建筑陶瓷、卫生陶瓷、化工陶瓷、电工主要有日用陶瓷、建筑陶瓷、卫生陶瓷、化工陶瓷、电工（电瓷）陶瓷及多孔陶瓷等。（电瓷）陶瓷及多孔陶瓷等。一、日用陶瓷一、日用陶瓷 日用陶瓷根据其坯体的结构特征可分为日用陶器、炻器和瓷日用陶瓷根据其坯体的结构特征可分为日用陶器、炻器和瓷器三大类。器三大类。（一）日用细瓷（一）日用细瓷1.1.日用瓷的性质要求日用瓷的性质要求 日用瓷质量可用物理化学性质、外观性质及使用性能等来描日用瓷质量可用物理化学性质、外观性质及使用性能等来描述。述。在外观质量方面在外观质量方面，主要包括白度，主要包括白度(60-75%)(60-75%)、透明度、透明度(1mm(1mm后后坯透光度坯透光度2-20%)2-20%)、釉面光泽度、釉面光泽度(晶莹透润、光润柔和、晶莹透润、光润柔和、114)114)、造型、尺寸规格、色泽及装饰等造型、尺寸规格、色泽及装饰等 。内在质量方面内在质量方面，主要是热稳定性，主要是热稳定性(200)(200)、致密度、致密度(密度密度2.3-2.5g/cm2.3-2.5g/cm3 3)、吸水率、吸水率(0.02-0.5%)(0.02-0.5%)、机械强度、机械强度(抵抗刀叉等餐具抵抗刀叉等餐具的刻划的刻划)、硬度、硬度(Hv60MPa)(Hv60MPa)、坯釉结合性以及产品釉面和画面铅、坯釉结合性以及产品釉面和画面铅溶出量溶出量(7ppm)(90MPa90MPa，为了制造高强度电瓷：，为了制造高强度电瓷：一种途径是增多石英用量。当瓷坯中一种途径是增多石英用量。当瓷坯中SiOSiO含量达到含量达到727275%75%，产品中含，产品中含303040%40%细粒石英，这类电瓷称为高石英瓷。若瓷坯中细粒石英，这类电瓷称为高石英瓷。若瓷坯中石英以方石英晶体形式存在，则又称为方石英瓷。石英以方石英晶体形式存在，则又称为方石英瓷。另一途径是采用高铝原料（如工业另一途径是采用高铝原料（如工业A1A12 2O O3 3或高铝矾土）代替普或高铝矾土）代替普通电瓷中的石英。当瓷坯中通电瓷中的石英。当瓷坯中A1A12 2O O3 3含量高达含量高达40%40%，则称为铝质电瓷。，则称为铝质电瓷。高强度电瓷主要用于超高压输配电的棒形支柱或悬式绝缘子高强度电瓷主要用于超高压输配电的棒形支柱或悬式绝缘子及高强度套管等产品。及高强度套管等产品。（三）电瓷釉料（三）电瓷釉料 电瓷制品都要上釉。电瓷制品都要上釉。施釉的目的是：施釉的目的是：（）改善介电性能；（）改善介电性能；（）提高机械强度；（）提高机械强度；（）保持表面光滑清洁，防止灰尘积聚。此外，上釉后制（）保持表面光滑清洁，防止灰尘积聚。此外，上釉后制品的化学稳定性和耐热急变性能也有所改善。品的化学稳定性和耐热急变性能也有所改善。电瓷釉有白釉、色釉两种。色釉包括棕釉、天兰釉和灰釉。电瓷釉有白釉、色釉两种。色釉包括棕釉、天兰釉和灰釉。此外，还有半导体釉和大型套管粘接时用的粘接釉和商标釉等。此外，还有半导体釉和大型套管粘接时用的粘接釉和商标釉等。半导体釉是由半导体釉是由606070%70%左右的普通白釉和左右的普通白釉和404030%30%左右的具左右的具有导电性的金属氧化物或预先合成的导电性化合物配制而成。有导电性的金属氧化物或预先合成的导电性化合物配制而成。目的在使电瓷表面电阻降低，有一定的导电性。使用半导目的在使电瓷表面电阻降低，有一定的导电性。使用半导体釉的作用是：体釉的作用是：使绝缘子串的表面电压分布均匀，以防止在严重工业污染使绝缘子串的表面电压分布均匀，以防止在严重工业污染地区使用时发生地区使用时发生闪弧闪弧；又由于半导体釉的表面在工作电压下能；又由于半导体釉的表面在工作电压下能维持一定量的维持一定量的泄漏电流泄漏电流，从而产生焦耳热，可保持绝缘子釉面，从而产生焦耳热，可保持绝缘子釉面干燥，并使沉积在绝缘子表面污秽物得到干燥飞扬，从而有效干燥，并使沉积在绝缘子表面污秽物得到干燥飞扬，从而有效地防止了污闪事故，延长了清扫周期。地防止了污闪事故，延长了清扫周期。半导体釉中常用的金属氧化物有半导体釉中常用的金属氧化物有FeFeO OTiOTiO、FeFeO OZnOZnO、FeFeO ONiONiO、FeFeO OZnOZnONiONiO、FeFeO OTiOTiOCrCr，还有近年来发展起来的，还有近年来发展起来的SnOSnOSbSbO O等。这些金属氧化物等。这些金属氧化物在一定的烧成温度和气氛下，能在不导电的玻璃相中，生成具在一定的烧成温度和气氛下，能在不导电的玻璃相中，生成具有导电性的尖晶石晶体或固熔体。有导电性的尖晶石晶体或固熔体。（四）电瓷生产工艺要点（四）电瓷生产工艺要点 1.1.严格控制原料组成和杂质，加强过筛除铁、细度控制。严格控制原料组成和杂质，加强过筛除铁、细度控制。铁和云母是电瓷生产中最有害的杂质，通常要求铁和云母是电瓷生产中最有害的杂质，通常要求FeFe2 2O O3 30.1%0.1%（料浆），细度为万孔筛余（料浆），细度为万孔筛余1 14%4%。2.2.提高练泥质量，消除泥段中分层、定向排列及气体存提高练泥质量，消除泥段中分层、定向排列及气体存在，防止干燥开裂。在，防止干燥开裂。3.3.结合产品类型选择成型方法与干燥工艺结合产品类型选择成型方法与干燥工艺 电瓷成型以可塑成型法为主，主要有旋坯、冷（热）压、电瓷成型以可塑成型法为主，主要有旋坯、冷（热）压、（立式）横式车坯、湿修和湿接坯成型等。大型制品还采用等（立式）横式车坯、湿修和湿接坯成型等。大型制品还采用等静压成型法。静压成型法。对不同形状大小的电瓷采用不同的干燥制度：对简单小型对不同形状大小的电瓷采用不同的干燥制度：对简单小型绝缘子（针式、悬式）可用低湿高温快速干燥工艺；对大中型绝缘子（针式、悬式）可用低湿高温快速干燥工艺；对大中型则宜采用控温、控湿的则宜采用控温、控湿的“高湿低温高湿低温低湿高温低湿高温”两阶段干燥工两阶段干燥工艺。艺。4.4.严格烧成制度，一次还原烧成。严格烧成制度，一次还原烧成。五、五、化工陶瓷化工陶瓷 化工陶瓷是现代化学工业中采用的一种无机非金属耐腐蚀化工陶瓷是现代化学工业中采用的一种无机非金属耐腐蚀材料。材料。它具有优异的耐腐蚀性能，除氢氟酸、氟硅酸和热浓碱外，它具有优异的耐腐蚀性能，除氢氟酸、氟硅酸和热浓碱外，在所有的无机酸和有机酸等介质中，几乎不受浸蚀，同时具有在所有的无机酸和有机酸等介质中，几乎不受浸蚀，同时具有硬度高、耐压强度高、耐磨性好、不易老化（氧化）、不易污硬度高、耐压强度高、耐磨性好、不易老化（氧化）、不易污染介质等特点。染介质等特点。广泛应用于石油、化工、化纤、化肥、冶金、造纸制药、广泛应用于石油、化工、化纤、化肥、冶金、造纸制药、食品、印刷、染料、金属加工等各个部门化工过程的加热、冷食品、印刷、染料、金属加工等各个部门化工过程的加热、冷却、吸收、浓缩、蒸馏、过滤、结晶、搅拌以及贮存、输送和却、吸收、浓缩、蒸馏、过滤、结晶、搅拌以及贮存、输送和控制液体、气体流量等许多化工设备。控制液体、气体流量等许多化工设备。（一）化工陶瓷种类（一）化工陶瓷种类 根据品种分类有：离心泵、鼓风机、喷射器、烂板机、分根据品种分类有：离心泵、鼓风机、喷射器、烂板机、分离机、塔类、填料、容器（糟、罐、锅、壶）、旋塞与阀门、离机、塔类、填料、容器（糟、罐、锅、壶）、旋塞与阀门、管道、耐酸耐温砖、耐酸球磨机、蒸发皿、漏斗、坩埚等。管道、耐酸耐温砖、耐酸球磨机、蒸发皿、漏斗、坩埚等。1.1.衬里材料耐酸砖衬里材料耐酸砖 主要用于砌筑大型设备（如硫酸池、圆形容器和造纸工业主要用于砌筑大型设备（如硫酸池、圆形容器和造纸工业的高压釜、回收锅、蒸煮锅等），作为酸塔和容器的衬里；也的高压釜、回收锅、蒸煮锅等），作为酸塔和容器的衬里；也常作砌筑防止酸性介质侵蚀地面、墙壁和台面。按使用性能化常作砌筑防止酸性介质侵蚀地面、墙壁和台面。按使用性能化工陶瓷衬里材料可分为：耐酸砖和耐酸耐温砖，是使用最广泛工陶瓷衬里材料可分为：耐酸砖和耐酸耐温砖，是使用最广泛的一种。的一种。2.2.阀门和管道阀门和管道 耐酸陶瓷阀门在输送腐蚀性流体和气体的管道中用来开启、耐酸陶瓷阀门在输送腐蚀性流体和气体的管道中用来开启、关闭或调节管道内流体的压力、流量或转向。按结构形式分截关闭或调节管道内流体的压力、流量或转向。按结构形式分截止阀、隔膜阀、各种旋塞和水封开关等。止阀、隔膜阀、各种旋塞和水封开关等。3.3.塔和容器塔和容器 耐酸陶瓷塔用于干燥、吸收、冷却、反应和回收等化工过耐酸陶瓷塔用于干燥、吸收、冷却、反应和回收等化工过程。程。4.4.泵和风机泵和风机 耐酸泵用于输送化学工业中除氢氟酸、浓碱以外的带腐蚀耐酸泵用于输送化学工业中除氢氟酸、浓碱以外的带腐蚀性液体的设备。性液体的设备。耐酸陶瓷鼓风机用于化工过程中的各种腐蚀气体：如湿氯耐酸陶瓷鼓风机用于化工过程中的各种腐蚀气体：如湿氯气、亚硫酸气、二氧化硫等的输送和抽吸。气、亚硫酸气、二氧化硫等的输送和抽吸。（二）化工陶瓷的性能要求（二）化工陶瓷的性能要求 长期工作于含化学腐蚀性介质中的化工陶瓷，要求：耐化学长期工作于含化学腐蚀性介质中的化工陶瓷，要求：耐化学腐蚀性能好、不渗透、机械强度高、热稳定性好。腐蚀性能好、不渗透、机械强度高、热稳定性好。（三）化工陶瓷的组成与性能（三）化工陶瓷的组成与性能 用于制造普通化工陶瓷的材质实际上属于炻器范畴。用于制造普通化工陶瓷的材质实际上属于炻器范畴。致密的瓷器虽然更耐酸，但由于坯料的可塑性不足，不易制致密的瓷器虽然更耐酸，但由于坯料的可塑性不足，不易制成大型的器物，且成本也比炻器昂贵；成大型的器物，且成本也比炻器昂贵；陶器，又因其多孔而不能抗耐酸液的侵蚀；陶器，又因其多孔而不能抗耐酸液的侵蚀；只有炻器只有炻器既具有与陶器相仿的成型性能，可以制作大型器物，既具有与陶器相仿的成型性能，可以制作大型器物，又有与瓷器相接近的致密度，具有良好的耐酸性能。一般坯体烧又有与瓷器相接近的致密度，具有良好的耐酸性能。一般坯体烧结，断面致密光滑、呈黄褐色或青灰色，表面都上有釉层。结，断面致密光滑、呈黄褐色或青灰色，表面都上有釉层。它可分为：细炻器与粗炻器二类：它可分为：细炻器与粗炻器二类：第一类制品如离心泵、鼓风机、吸收塔、蛇形冷却管、电第一类制品如离心泵、鼓风机、吸收塔、蛇形冷却管、电解槽升华锅及各种管道等。解槽升华锅及各种管道等。其特点是坯体致密，气孔率较小，吸水率在其特点是坯体致密，气孔率较小，吸水率在5%5%以下，机械以下，机械强度较高。强度较高。第二类制品如耐酸砖，填充圈、耐酸衬板等。第二类制品如耐酸砖，填充圈、耐酸衬板等。其特点是组织较粗，气孔率较大，吸水率在其特点是组织较粗，气孔率较大，吸水率在5%5%以上，所以以上，所以机械强度较小，但热震稳定性较好。机械强度较小，但热震稳定性较好。为了提高产品的热稳定性和抗张强度，可加入刚玉；为了提高产品的热稳定性和抗张强度，可加入刚玉；加入滑石也可以提高产品的热稳定性。长石含量增加，会加入滑石也可以提高产品的热稳定性。长石含量增加，会影响热稳定性，但可降低气孔率。影响热稳定性，但可降低气孔率。增加氧化镁含量可改善产品的耐热性及耐碱能力。二氧化增加氧化镁含量可改善产品的耐热性及耐碱能力。二氧化锆除可提高耐酸能力外，还加大机械强度和耐热性。锆除可提高耐酸能力外，还加大机械强度和耐热性。二氧化硅可提高耐酸能力，但若游离氧化硅过多，则会降二氧化硅可提高耐酸能力，但若游离氧化硅过多，则会降低机械性能。低机械性能。氧化铬可改善制品的耐碱性。氧化铬可改善制品的耐碱性。根据化工陶瓷所含的氧化物在酸性溶液中的溶解度可排列根据化工陶瓷所含的氧化物在酸性溶液中的溶解度可排列成下列顺序：成下列顺序：K KO ONaNaO OCaOCaOMgOMgOZnOZnOAlAlO O FeFeO OSiOSiO，即即R RO O耐酸侵蚀性最弱，耐酸侵蚀性最弱，SiOSiO耐酸性最强，其次是耐酸性最强，其次是FeFe，但生产中化工陶瓷制品的但生产中化工陶瓷制品的FeFeO O含量应含量应3%3%，多于，多于3%3%则烧结范围则烧结范围窄，易使制品烧后起泡、肿胀。窄，易使制品烧后起泡、肿胀。(四）化工陶瓷生产工艺要点四）化工陶瓷生产工艺要点 大多数化工陶瓷制品体积大、坯体厚、厚薄相差大、制品拐弯大多数化工陶瓷制品体积大、坯体厚、厚薄相差大、制品拐弯拐角及粘接之处多。坯体这些特点，导致成型劳动强度大、坯体拐角及粘接之处多。坯体这些特点，导致成型劳动强度大、坯体干干燥燥时间长、干燥收缩开裂和烧成过程炸裂的可能性较大。时间长、干燥收缩开裂和烧成过程炸裂的可能性较大。掺入许多掺入许多熟料熟料并采取颗粒级配方法可提高化工陶瓷耐酸、耐温并采取颗粒级配方法可提高化工陶瓷耐酸、耐温和机械强度。和机械强度。化工陶瓷的成型因制品形状大小而异，耐酸砖、板、环多采用化工陶瓷的成型因制品形状大小而异，耐酸砖、板、环多采用半干压法半干压法成型。成型。对于吸收塔、电解槽等大型制品多采用对于吸收塔、电解槽等大型制品多采用可塑法可塑法成型。成型。化工陶瓷一般都应化工陶瓷一般都应上釉上釉，使制品具有良好的不透性，以增，使制品具有良好的不透性，以增加其耐酸性能。加其耐酸性能。釉料可以用粘土石灰釉，也可以用食盐釉，但在大部分釉料可以用粘土石灰釉，也可以用食盐釉，但在大部分情况下是用食盐釉：情况下是用食盐釉：即在烧成过程中进行施釉。食盐釉和坯体结合良好、耐酸即在烧成过程中进行施釉。食盐釉和坯体结合良好、耐酸（除（除HFHF外）、不脱落、不开裂。施釉方法是窑内温度达到止火外）、不脱落、不开裂。施釉方法是窑内温度达到止火温度时，把食盐投入燃烧室中，在温度和水蒸气作用下，食盐温度时，把食盐投入燃烧室中，在温度和水蒸气作用下，食盐分解为分解为NaNa2 2和和HClHCl，以气态均匀分布于窑内，以气态均匀分布于窑内，Na2ONa2O与坯体表面与坯体表面的粘土和石英发生作用，形成透明的玻璃层。的粘土和石英发生作用，形成透明的玻璃层。普通化工陶瓷的烧成温度在普通化工陶瓷的烧成温度在1280128013501350范围内，氧化气范围内，氧化气氛烧成。氛烧成。六、多孔陶瓷六、多孔陶瓷 多孔陶瓷是开口气孔率（有效气孔率）为多孔陶瓷是开口气孔率（有效气孔率）为303050%50%左右或更左右或更高的陶瓷制品。高的陶瓷制品。由于其具有良好的耐热性、耐腐蚀性，孔径由于其具有良好的耐热性、耐腐蚀性，孔径5005000.10.1 m m且且分布均匀、原料来源广泛、成本低、寿命长等优点，广泛应用于分布均匀、原料来源广泛、成本低、寿命长等优点，广泛应用于冶金、化工、轻工、医药、食品加工、染料等部门中的液相过滤、冶金、化工、轻工、医药、食品加工、染料等部门中的液相过滤、气体过滤、流态化和散气以及催化剂载体及远红外线辐射板等。气体过滤、流态化和散气以及催化剂载体及远红外线辐射板等。（一）多孔陶瓷的种类（一）多孔陶瓷的种类 按骨料分有刚玉质、碳化硅质、铝硅酸盐质、石英质、玻璃按骨料分有刚玉质、碳化硅质、铝硅酸盐质、石英质、玻璃质等；按制品孔径分有粗孔（质等；按制品孔径分有粗孔（10001000 m m几十几十 m m）、微孔（）、微孔（2020 m m0.20.2 m m）及超微孔（）及超微孔（0.20.2、0.30.3 m m几几nmnm）。）。（二）多孔陶瓷的主要性质（二）多孔陶瓷的主要性质 l.l.气孔率：是多孔陶瓷最重要的特性之一，用有效气孔气孔率：是多孔陶瓷最重要的特性之一，用有效气孔率即开口气孔率来衡量，一般为率即开口气孔率来衡量，一般为303050%50%。2.2.微孔直径：通常用最大孔径和平均孔径来表征。微孔直径：通常用最大孔径和平均孔径来表征。3.3.透气度：是气体过滤效率的重要参数。透气度：是气体过滤效率的重要参数。4.4.渗透率：是液体过滤效率的重要参数。渗透率：是液体过滤效率的重要参数。5.5.机械强度和耐酸、碱腐蚀性能等。机械强度和耐酸、碱腐蚀性能等。（三）多孔陶瓷生产工艺（三）多孔陶瓷生产工艺 .微孔形成的基本原理微孔形成的基本原理 （1 1）颗粒堆积成孔，由骨料颗粒、结合剂和气孔构成。）颗粒堆积成孔，由骨料颗粒、结合剂和气孔构成。（2 2）可燃尽物质成孔（有机物燃尽挥发成孔），这类物质）可燃尽物质成孔（有机物燃尽挥发成孔），这类物质为木炭、烟灰、塑料等。为木炭、烟灰、塑料等。（3 3）不完全烧结成孔。）不完全烧结成孔。（4 4）机械冲孔，对半成品用机械方法冲孔，用于孔径稍大、）机械冲孔，对半成品用机械方法冲孔，用于孔径稍大、有特殊要求的制品。有特殊要求的制品。（5 5）高温分解物质发泡成孔，如碳酸盐、硫酸盐加热分解，）高温分解物质发泡成孔，如碳酸盐、硫酸盐加热分解，形成多孔性硅酸盐网络结构。形成多孔性硅酸盐网络结构。成孔方法不是孤立的，为提高有效气孔率，生产中通常联成孔方法不是孤立的，为提高有效气孔率，生产中通常联合采用。合采用。.配方组成配方组成 （）骨料：是制备多孔陶瓷的主要原料，其含量一般为（）骨料：是制备多孔陶瓷的主要原料，其含量一般为606080%80%。所用的骨料有：石英砂、烧矾土、刚玉、碳化硅等。在多。所用的骨料有：石英砂、烧矾土、刚玉、碳化硅等。在多孔陶瓷中起骨架和主体的作用。孔陶瓷中起骨架和主体的作用。（）粘结剂（）粘结剂 粘结剂在低温时使生坯具有一定的强度，便于成型等工序；粘结剂在低温时使生坯具有一定的强度，便于成型等工序；在高温熔融粘接骨料。通常为在高温熔融粘接骨料。通常为202040%40%，常用的粘结剂有粘土、高，常用的粘结剂有粘土、高岭土、水玻璃、瓷釉、磷酸铝等。岭土、水玻璃、瓷釉、磷酸铝等。（3 3）成孔剂）成孔剂 一般含量为一般含量为5 510%10%或或20%20%左右，在生产中最实用的方法一是在左右，在生产中最实用的方法一是在坯料中加入可燃尽物质，如煤粉、塑料粉，焦炭、木屑等；二是坯料中加入可燃尽物质，如煤粉、塑料粉，焦炭、木屑等；二是加入高温分解产生气体的物质如加入高温分解产生气体的物质如CaCOCaCO3 3、CaSOCaSO4 4、MgCOMgCO3 3、MgSOMgSO4 4、白、白云石等。云石等。.生产工艺要点生产工艺要点 多孔陶瓷成型方法有注浆法，半干压法、人工或机械捣打法、多孔陶瓷成型方法有注浆法，半干压法、人工或机械捣打法、可塑法、热压铸法等。可塑法、热压铸法等。多孔陶瓷烧成特点是其烧成温度与烧结温度不一致。多孔陶瓷烧成特点是其烧成温度与烧结温度不一致。多孔陶瓷烧成的目的是使粘结剂玻化粘结骨料颗粒，使制品多孔陶瓷烧成的目的是使粘结剂玻化粘结骨料颗粒，使制品有足够的机械强度和所要求的气孔率。其烧成温度取决于粘结剂有足够的机械强度和所要求的气孔率。其烧成温度取决于粘结剂的熔点以及骨料与粘结剂中的液相在高温下的浸润、溶解及反应的熔点以及骨料与粘结剂中的液相在高温下的浸润、溶解及反应的进行情况。的进行情况。一般使制品具有良好的机械强度和合乎所要求的气孔率、孔一般使制品具有良好的机械强度和合乎所要求的气孔率、孔径、透气度等多孔特性时的温度即为合理的烧成温度。径、透气度等多孔特性时的温度即为合理的烧成温度。