第5章材料的制備-5.2

15.2陶瓷工藝1一、陶瓷的概念與分類中國是世界著名的陶瓷古國，特別是瓷器又是我國古代勞動人民的一項偉大發(fā)明。

作為珍貴的文化遺產(chǎn)和精美的藝術(shù)品，匯成了內(nèi)涵豐富的陶瓷文化，并成為中國的國粹，永遠(yuǎn)值得后人敬佩和引以自豪。2

※陶瓷制品與人們生活息息相關(guān)，是現(xiàn)代工業(yè)的一大支柱；

※

陶瓷是文化的結(jié)晶，是藝術(shù)的精華；

※陶瓷的發(fā)明，是人類社會發(fā)展史上劃時代的標(biāo)志；

※也是我們中華民族對世界物質(zhì)文明作出的又一重大貢獻(xiàn)?？甲C：我國陶器的燒制已有近萬年的歷史.而瓷器的出現(xiàn)距今已有1800余年的歷史。3（一）陶瓷的概念1、陶瓷傳統(tǒng)的定義陶瓷是陶器、炻器、瓷器的通稱。

是以粘土為主要原料，經(jīng)過粉碎、成型、煅燒等工藝過程得到的制品。特點；外型堅硬、耐水、致密、可人為造型；在工藝上是經(jīng)過鍛燒而成的工藝巖石。2、廣義陶瓷的定義以傳統(tǒng)陶瓷生產(chǎn)工藝方法生產(chǎn)的制品統(tǒng)稱為陶瓷。如：高溫涂層材料、導(dǎo)電材料、鈉燈管材料、高溫結(jié)構(gòu)材料。4（二）陶瓷的分類

1、陶器坯體燒結(jié)程度差，表面無光澤，胎體不透光，機(jī)械強(qiáng)度低，敲擊聲沉濁、斷面粗糙、吸水率大于3,例如；陶盆、缸、罐、美術(shù)陶瓷其吸水率小于15%。2、瓷器吸水率小于1%、透光性好、坯體?；虿糠植；嗝婕?xì)膩、敲擊時聲清脆、制作精細(xì)；5二、中國陶瓷發(fā)展概況瓷器的發(fā)明和發(fā)展經(jīng)歷了從陶器到瓷器、從低級到高級的演變過程。(一)陶的起源據(jù)考古出土的陶器為證：1、浙江余姚河姆渡遺址出土的陶器（1973年發(fā)現(xiàn)）距今有7000年；2、河北武安磁山出土陶器（1978年發(fā)現(xiàn)）距今有7500年63、廣西桂林甑皮巖遺址出土的陶器距今有8500年；4、江西萬年大源仙人洞出土陶器更為古老，應(yīng)將其再提前2000年；顯而易見，我國陶器產(chǎn)業(yè)應(yīng)起源于1萬年以前。特征：紅褐色居多、手工成型、坯體壁厚、造型不均、表面粗糙。7（二）由陶演變?yōu)榇傻陌l(fā)展過程1、彩陶的出現(xiàn)

仰韶文化：最為著名的是距今6000~7000年前，在河南澠池仰韶村的彩陶，陶器表面有幾何圖案、造型簡樸、厚薄均勻；

此后，在陜西、山西、河北發(fā)現(xiàn)了其表面繪有精美圖案并帶文字的彩陶。2、釉陶的產(chǎn)生距今約3000年的商代中期，在原有陶器表面施釉，使之可防水、防腐、提高強(qiáng)度。此舉成為陶瓷發(fā)展史上陶→瓷的第一次飛躍。83、瓷器的發(fā)明東漢晚期（距今1800年），開始出現(xiàn)了瓷器。從釉陶→瓷器是陶瓷發(fā)展史上第二次飛躍，這一變化具備了三個重大突破和三個重要階段。三個重大突破：1）坯、釉原料選擇較前更精細(xì)；2）釉層加厚；3）燒成溫度提高三個重要階段：陶器→釉陶→瓷器9三、中國陶瓷對世界的影響

早在唐代，陶瓷經(jīng)由“絲綢之路”運(yùn)往中亞西亞；通過海路輸入巴基斯坦、埃及等南海沿岸一些國家。

入宋后，葡萄牙人已成為貿(mào)易主力，將中國瓷器借海路大量運(yùn)往歐洲；當(dāng)時出口的數(shù)量每年有幾十萬件之多。10四、陶瓷在國民經(jīng)濟(jì)中的作用

日常生活中：陶瓷不僅是人們不可缺少的日用品，而且又是制造美術(shù)瓷、陳設(shè)陶瓷的最耐久最富于裝飾性的材料。其裝飾效果是其它材料無法替代的。

建筑工業(yè)中:磚、瓦、管道、衛(wèi)生潔具等其在儲多方面需求量非常大?，F(xiàn)代工業(yè)中，陶瓷又在國防工業(yè)和尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域（如航空、航天、半導(dǎo)體、高溫材料、新元件）中廣泛使用。11五、名陶瓷的概念“名陶瓷”一詞是泛指的概念，可包括為：1、名窯燒制的精品；2瓷質(zhì)優(yōu)良、結(jié)構(gòu)細(xì)膩、光澤如玉的各種瓷質(zhì)的精品；3具有特殊藝術(shù)裝飾、造型及絕無倫比的技藝精品。12陶瓷坯料制備一、主要原料及其作用

俗話說“原料是基礎(chǔ)，燒成是關(guān)鍵、成型是必不可少的重要環(huán)節(jié)”。通常，陶瓷原料包括天然礦物原料、化工原料、輔助原料。在此主要介紹生產(chǎn)中用量最大、最廣的天然礦物原料（粘土、石英、長石）。13（一）粘土原料

1、粘土的概念粘土是自然界土壤經(jīng)長期風(fēng)化而形成的一種呈疏松狀、塊狀、膠狀的天然物質(zhì)。是多種微細(xì)顆粒（φ=2um）組成的混合體。它與水調(diào)和后，可塑成各種形狀，干燥后仍保持原有形狀，而不開裂，煅燒后成為堅硬的巖石。143、黏土的分類1）按成因和產(chǎn)狀分為一次粘土：粗顆粒較多、可塑性差、耐火度較高、純度高；二次粘土：細(xì)顆粒較多、可塑性好、耐火度較低、純度低；2）按工藝性能和硬度分為軟質(zhì)粘土：可塑性高、粒細(xì)、分散度高、常呈疏松狀、如膨潤土、紫木節(jié)；硬質(zhì)粘土：呈塊狀或石狀、分散度小，如大同土、瓷石等。3）按礦物類型分為高嶺石土、葉臘石土、蒙脫石土等。155、粘土的工藝性能粘土的工藝性能主要包括可塑性、結(jié)合性、收縮性、干燥性、燒結(jié)性等。

1）可塑性：含水的粘土泥團(tuán)，在外力的作用下產(chǎn)生變形而不開裂，當(dāng)外力除去后仍能保持其形狀不變的性能。

2）結(jié)合性能

指塑性泥團(tuán)干燥后仍能維持其原來形狀而不散的性能。163）收縮性干燥收縮：粘土泥團(tuán)干燥時，因其周圍水分蒸發(fā)，顆粒間相互靠攏，引起體積的收縮。

燒成收縮：式樣煅燒時，高溫時經(jīng)過一系列物理化學(xué)變化，再度引起的收縮。總收縮：干燥收縮與燒成收縮的和（一般粘土的總收縮在5~20%）。175、黏土在陶瓷生產(chǎn)中的作用※常溫下的作用：A是坯體中的Al2O3主要來源，決定了燒結(jié)性能；B賦予坯體良好的可塑性和結(jié)合性，以滿足干坯強(qiáng)度和耐火性能。C有利于保證泥漿的良好懸浮性能和穩(wěn)定能?！邷叵碌淖饔茫篈細(xì)分散的粘土顆粒與較粗的瘠性料相混，可以提高坯體的堆積密度，減少高溫變形。B是結(jié)構(gòu)中主晶相莫來石的主要來源，形成坯體骨架，極大的提高其機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性，賦予坯體良好的性能。18（二）石英原料1、石英原料種類

根據(jù)產(chǎn)狀、結(jié)晶程度、性質(zhì)將石英分水晶、脈石英、石英巖、石英沙、燧石、硅藻土共六種。2、石英的性質(zhì)及使用要求主要成分SiO2，含少量雜質(zhì)，外觀呈乳白色或灰色、半透明狀，斷面玻璃或脂肪光澤；莫氏硬度7、相對密度2.10~2.65;

熔點1713℃；

加熱中有七種晶型轉(zhuǎn)變，伴隨體積收縮。使用要求：SiO2>97%、Fe2O3+TiO2<0.5%。193、石英在陶瓷生產(chǎn)中的作用常溫下作用：石英是典型的瘠性原料，可調(diào)節(jié)泥料的可塑性，并降低坯體的干燥收縮、縮短干燥時間、防止坯體變形。高溫下作用：高溫下部分石英溶解于液相中、增加熔體粘度、抵抗高溫變形。

而未熔石英形成坯體骨架、提高強(qiáng)度。在坯體中，熔融石英可填充瓷坯中空隙，使其達(dá)到致密化、提高強(qiáng)度和改善半透明性。20（三）長石類原料

長石是不含水的堿金屬或堿土金屬的鋁硅酸鹽礦物，是陶瓷生產(chǎn)中最重要的熔劑原料。在高溫加熱中除自身熔化外,還與其它組分共融形成液相，最終使坯體燒結(jié)并致密化。2、長石的性質(zhì)長石屬瘠性原料，摩氏硬度為6、多為灰色、肉紅色。斷口呈玻璃光澤。熔點較低，具有助熔作用，高溫階段可溶解難熔物（粘土、石英）。213、長石在陶瓷生產(chǎn)中的作用常溫時的作用：長石屬于瘠性原料，可調(diào)節(jié)坯料的可塑性、減少干燥收縮；高溫時的作用：※是良好的助熔劑，降低燒成溫度；※長石熔體可填充于顆粒之間，使坯體致密，冷凝后，形成的玻璃相可增加坯體的透明度；22二、塑性坯料的制備可塑坯料：用可塑狀態(tài)的泥料加工成型的過程；注漿坯料：用漿料加工成型的過程：(一)坯料(長石質(zhì)瓷)配方以長石、石英、粘土三種原料為主，按一定比例配合成坯料的方式，稱為長石質(zhì)瓷配方。以坯料中各種原料所占的重量百分比來表示；

其特點：能夠直觀反映出所用原料的名稱和用量。粘土40~50%

石英25~35%

鉀長石20~23%23（三）坯料制備1、軟質(zhì)原料的揀選、洗滌和風(fēng)化揀選：將雜質(zhì)除去；風(fēng)化：在外界光照、雨侵或冰凍后，使顆粒細(xì)化，組織達(dá)到均勻，提高使用性能；2、原料粉碎指單一原料在各種機(jī)械力的作用下（如擠壓、撞擊），使其粒度減小，分散度增大的過程。球磨方式:采用濕式球磨法,其球磨效率高、無粉塵；在球磨過程中水對原料微裂紋有霹靂作用。裝載系數(shù)：料；球：水=1：1.5~2.5：0.8~1；球磨時間：12~15小時。243、過篩除鐵與攪拌過篩：除去粗顆粒、雜質(zhì)，改善坯料的性能；除鐵：用磁選機(jī)除鐵，減少制品表面的斑點；攪拌：采用螺旋槳式攪拌機(jī)，在六角漿池中攪拌，有利于物料混合和防止沉淀分層。4、壓濾脫水球磨后泥漿的含水率一般為40~70%，通過壓濾可除去多余水分。經(jīng)壓濾脫水后的泥料水分19~26%；5、陳腐與練泥陳腐（燜料）：將泥丙在潮濕不通風(fēng)的環(huán)境中儲放一定時間，使泥料水分進(jìn)一步均化、改善可塑性能的過程。儲放時間，冬季>7天,夏季3~5天。練泥：使水分和各種組分均化，并排出泥料中的氣體，提高泥料致密度和強(qiáng)度的過程。分為粗練、細(xì)練（抽真空）。25三、注漿坯料的制備（一）注漿坯料應(yīng)有的工藝性能⑴應(yīng)具備良好的流動性，順利實現(xiàn)澆注模型的操作；⑵含水率要降低，加入干料量的30~33%時，起似加入60~70%的流動性；⑶控制細(xì)度，確保其穩(wěn)定性、懸浮性、觸變性⑷注坯后，要保證坯體收縮率較低；⑸選擇適當(dāng)?shù)碾娊赓|(zhì)加入，以滿足稀釋性能。26（二）稀釋劑的選擇和種類選擇：具有水化能力大的一價陽離子，如Na+，可提供OH-，使系統(tǒng)呈堿性；種類：無機(jī)電解質(zhì)：水玻璃、純堿、氫氧化鈉；有機(jī)電解質(zhì)：腐植酸鈉、單寧酸鈉；聚合電解質(zhì)：羧甲基纖維素等。（三）注漿坯料的制備流程原料的揀選處理→配料→球磨（加入稀釋劑）→除鐵→過篩→入漿池陳腐。27一、燒成的概念指陶瓷坯體在高溫>1000℃至1350℃下,發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)后具有良好的結(jié)構(gòu),并使制品獲得良好的性能和裝飾效果特征的工藝過程。二、燒成的分類一次燒成工藝：是將生坯上釉后，入窯在高溫下煅燒一次的方法。優(yōu)點：工藝過程簡化、燒成周期短、能耗低、成本低。二次燒成工藝先將生坯素?zé)ㄔ谝欢囟认拢?，使之成瓷，然后施釉，再次入窯釉燒的方法。優(yōu)點：素?zé)蟮呐黧w具有多孔性，可快速施釉后形成平整釉面；28三、裝缽與裝窯缽指匣缽：由耐火材料制作。有較高的耐火度、強(qiáng)度,是承放制品，入窯進(jìn)行燒成的工具。目的：避免制品直接接觸火焰；制品隔離，避免帶釉制品粘結(jié)；匣缽間可規(guī)則堆碼，有利于穩(wěn)定。29四、坯體在燒成中的物理化學(xué)變化坯體在整個連續(xù)燒成中，其變化可分為幾個重要的階段：1坯體殘余水分蒸發(fā)階段（室溫~300℃）2氧化分解與晶形轉(zhuǎn)變階段（300~950℃）；3玻化成瓷階段（950℃~燒成溫度）；冷卻階段（燒成溫度~800℃）。30五、燒成制度燒成制度包括:溫度制度、壓力制度、氣氛制度。其中溫度、氣氛制度根據(jù)產(chǎn)品而定，壓力制度是保證前兩者的重要條件。1、溫度制度包括升溫速度、燒成溫度、保溫時間以及冷卻速度；（1）升溫速度的確定室溫~300℃30~70℃/hr300~950℃50~120℃/hr950~燒成溫度30~50℃/hr31(二)氣氛制度與控制1、氣氛類型A氧化氣氛（氧化焰）：指空氣供給充分，燃燒完全時所產(chǎn)生的一種無煙而透明的火焰。燃燒產(chǎn)物中，B還原氣氛（還原焰）指空氣供給不充分，燃燒不完全時所產(chǎn)生的一種有煙而混濁的火焰。

32（三）壓力制度與控制壓力制度是保證溫度、氣氛制度的條件。1、窯內(nèi)壓力的類型正壓：指窯內(nèi)壓力大于窯外壓力