注漿機器人
注漿機器人,機器人
第三篇 陶瓷工藝學第一章 引言一.陶瓷的概念和分類傳統(tǒng)上,陶瓷是指以粘士和其它天然礦物為原料,經(jīng)過粉碎、成型、焙燒等工藝過程所制得的各種制品,是陶器、炻器、瓷器等粘士制品的統(tǒng)稱,亦即“普通陶瓷”的概念。 隨著近代科學技術(shù)的發(fā)展,近百年來許多新的陶瓷品種不斷問世,如氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、電子陶瓷、金屬陶瓷等高溫結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷,它們統(tǒng)稱為“特種陶瓷”或“精密陶瓷”,它們的生產(chǎn)過程雖然基本上還是原料處理成型煅燒這種傳統(tǒng)的陶瓷生產(chǎn)方式,但采用的原料已擴大到化工原料和人工合成礦物原料,其組成范圍也已從傳統(tǒng)的硅酸鹽領(lǐng)域拓展到無機非金屬材料,同時它們對原料處理、成型、燒成等工藝過程比傳統(tǒng)陶瓷提出了更高的要求,從而誕生了許多新工藝、新技術(shù)。因此,廣義的陶瓷概念是無機非金屬固體材料制品的統(tǒng)稱。 陶瓷制品種類繁多,陶瓷學者根據(jù)不同的著眼點提出了許多分類方法,日前國際上尚無統(tǒng)一的規(guī)定,本書介紹最普遍采用的兩種分類法。一種是按陶瓷的用途來分,另一種是按基本物理性和原料組成來分。 1.按陶瓷的用途來分 可分為兩大類,即傳統(tǒng)陶瓷(普通陶瓷)和新型陶瓷(特種陶瓷)。普通陶瓷是人們?nèi)粘I詈蜕a(chǎn)中最常見的陶瓷制品,按其用途不同又可分為日用陶瓷(包括盆、罐、茶具、餐具和藝術(shù)陳設(shè)陶瓷等)建筑衛(wèi)生陶瓷、化工陶瓷、化學瓷、電瓷及多孔陶瓷、其他工業(yè)用陶瓷。這類陶瓷制品所用的原料基本相同,從組成上來看屬鋁硅酸鹽和氧化物材料,其生產(chǎn)工藝技術(shù)也相近,均采用典型的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝,本書主要涉及的是這類制品及其生產(chǎn)工藝。 特種陶瓷或新型陶瓷亦稱精密陶瓷,通常是指具有高附加值的陶瓷,其所用原料的組成和要求以及所需的生產(chǎn)工藝技術(shù)與普通陶瓷有很大的差異。特種陶瓷根據(jù)其性能及用途的不同可分為結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷兩大類。結(jié)構(gòu)陶瓷主要利用其機械和熱性能,包括硬質(zhì)、高強度、高韌性、耐磨性、耐熱、耐熱沖擊、隔熱、導(dǎo)熱、低熱膨脹性能等。功能陶瓷則主要利用其電性能、磁性能、半導(dǎo)體性能、光性能、生物化學性能及核材料應(yīng)用性能等,其實例見表311所示。 表311特種陶瓷的性能及用途 性能材料應(yīng)用高絕緣性 介電性 導(dǎo)電性 壓電性 熱釋電性 軟磁性 硬磁性 半導(dǎo)體性 離子導(dǎo)電性 電子發(fā)射性 螢光性 透光性 偏光性 光反射性 紅外反射性 光導(dǎo)性 生物化學 功能 研磨性 切削性 強度功能 潤滑功能 耐熱性 絕熱性 導(dǎo)熱性 核功能性Al2O3、BeO、C(人造金剛石) BaTiO3 SiC、MoSi2 Pb(ZrXTi1-x)O3(定向薄膜) SiO2(單晶薄片) Pb(ZrXTi1-x)O3 Zn1-xMnxFe2O4;-Fe2O3 SrO6Fe2O3 SnO2 過渡金屬氧化物 ZnO-Bi2O3 BaTiO3 -Al2O3 穩(wěn)定型ZrO2 LaB6 Y2O3,S:Eu Al2O3,SnO2(涂布膜) PLZT TiN SnO2(涂膜) SiO2(高純纖維) Al2O3,Ca5(F,Cl)P3O12 SiO2(孔徑控制多孔體) Al2O3TiO2(多孔體) Al2O3、B4C、人造金剛石(粉體) C-BN、 TiC 、 WC、TiN Si3N4、SiC C、MoSi2;h-BN Al2O3、ThO2 K2OnTiO2; CaOnSiO2 BeO、C、SiC UO2 C(石墨),BeO B4C基板電容器 發(fā)熱器 振蕩元件、點火元件、壓電變換器 時鐘用振蕩元件 紅外線檢測元件 磁帶 磁鐵、可塑性磁鐵 氣體傳感器 熱敏電阻 電壓性穩(wěn)定元件,非線性電阻 自控式電阻發(fā)熱元件 NaS電池 氧敏感元件 電子槍用熱陰極 熒光體 高壓鈉燈、防霧玻璃 偏光學元件 太陽能聚光器 省能源窗玻璃 光導(dǎo)纖維 人工骨、人工齒 固定化醇素載體 催化劑載體 研磨材料 切削工具 發(fā)動機材料 潤滑劑 耐熱結(jié)構(gòu)材料 絕熱材料 基板 核燃料 減速劑 控制棒材料2按基本物理性能特征分 以普通陶瓷中的日用瓷為例,按其基本物理性能如氣孔率、透明性、色澤等進行分類,詳見表3-1-2及表3-1-3所示(見國標GB5001-85)。 表3-1-2 吸水率(%)透光性胎體特征敲擊聲陶器一般3不透光未?;虿;潭炔?,結(jié)構(gòu)不致密、斷面粗糙沉濁瓷器一般3透光玻化程度高、結(jié)構(gòu)致密、斷面程呈石狀或貝殼狀清脆表3-1-3 吸水率(%)特征陶器粗陶器 普通陶器 細陶器15 12 15不施釉,制作粗糙 斷面顆粒較粗,氣孔較大,表面施釉,制作不夠細 斷面顆粒較細,氣孔較小,結(jié)構(gòu)均勻,制作精細 瓷器炻瓷器 普通瓷器 細瓷器3 1 0.5透光性差,通常胎體較厚,呈色,斷面呈石狀 有一定透光性,斷面呈石狀或貝殼狀 透光性好,斷面細膩,呈貝殼狀按以上標準來分,衛(wèi)生瓷、電瓷、化工瓷、化學瓷等可屬普通瓷范圍;?;少|(zhì)磚、錦磚、彩釉磚、劈裂磚、化工用炻瓷(耐酸容器、耐酸磚)等屬炻瓷范圍;建筑用磚、釉面磚等內(nèi)墻磚屬陶器范圍。 二、我國陶器工業(yè)發(fā)展概況 我國陶器工業(yè)有著悠久的歷史和光輝的成就,我國是世界上最早發(fā)明陶器的幾個國家和地區(qū)之一,遠在距今8000年前的新石器時代我國就有了陶器,到了距今3000年的殷商時代發(fā)明了釉料創(chuàng)制了釉陶,從陶器到瓷器是我國陶器生產(chǎn)史上的一個重大飛躍,世界公認瓷器是我國最早發(fā)明的,故瓷器英文與中國同稱“china”,遠在公元12世紀的東漢時代,我國就出現(xiàn)了瓷器,比西方開始制造瓷器早15世紀。之后我國制瓷工藝技術(shù)不斷發(fā)展,到了隋唐,瓷器的使用已很普遍。新中國成立后,我國的陶瓷業(yè)得到了迅速的恢復(fù)和發(fā)展,各種陶瓷產(chǎn)品的品種、質(zhì)量和產(chǎn)量都得以迅猛發(fā)展,特別是改革開放10余年以來,陶瓷產(chǎn)業(yè)變化更是日新月異,通過從國外引進全套或部分新工藝、裝裝備,通過對這些工藝及裝備的系統(tǒng)消化和吸引,使我國陶瓷的生產(chǎn)水平又有了大大提高。但目前,我國陶瓷工業(yè)總體水平相比還有較大的差距,主要在于品種較少、質(zhì)量低、能耗大,生產(chǎn)的機械化、自動化程度低等。 僅以陶瓷地磚生產(chǎn)為例,1949年,全國僅一家企業(yè)生產(chǎn),年產(chǎn)量才0.2萬,到1959年發(fā)展到10家企業(yè),年產(chǎn)量達228萬,年平均遞增129.3%,從1960年到1978年的近20年中,由于眾所周知的原因,年平均遞增僅為5.4%,產(chǎn)量達到545.8萬/年,企業(yè)數(shù)約50家,生產(chǎn)線的最大規(guī)模為4060/年,平均規(guī)模為10萬/年。年歷1979年改革開放以來至1992年,生產(chǎn)企業(yè)已多達750家,陶瓷墻地磚平均以30.8的速度遞增,年產(chǎn)量已超過3.1億,生產(chǎn)線的最大規(guī)模達到140萬/年,平均規(guī)模42萬/年。據(jù)最新報導(dǎo),1994年我國墻地磚生產(chǎn)線達到9.59億/年,已居世界前列。品種也增加很快,有釉面磚、彩釉磚、錦磚、紅地磚、劈裂磚和瓷質(zhì)磚等。產(chǎn)品質(zhì)量也有較大改善。在陶瓷裝備和工藝技術(shù)方面,象大噸位球磨機,大型全自動液壓磚機,多功能全自動施釉線,寬體燃氣、燃油的明焰輥道窯等設(shè)備以及由這些關(guān)鍵設(shè)備組成的彩釉墻地磚國產(chǎn)化示范生產(chǎn)線的研制成功,標志著我國彩釉墻地磚生產(chǎn)方面的工藝技術(shù)水平已達到先進國家80年代的水平。近年來國外陶瓷工業(yè)在激烈的市場競爭中技術(shù)進步很快,在建筑衛(wèi)生陶瓷領(lǐng)域可概括為以下幾個方面。 1.生產(chǎn)線規(guī)模大型化。年產(chǎn)400500萬墻地磚工廠已較普遍,個別工廠甚至高達1250萬。 2.產(chǎn)品門類不斷增加,每類產(chǎn)品的花色品種層出不窮。隨著壓機噸位的提高,大規(guī)格產(chǎn)品900900,1200600也已出現(xiàn);還有用擠出-輥壓成型生產(chǎn)線生產(chǎn)出1200300的超大型瓷板。隨著裝飾法愈來愈高,瓷質(zhì)磚生產(chǎn)中出現(xiàn)了制造大顆粒斑點料和滲花裝飾新技術(shù),生產(chǎn)出具有特殊裝飾效果的仿花崗巖瓷質(zhì)磚和仿大理石瓷質(zhì)磚,馬賽克出現(xiàn)了施釉、拋光新品種,釉面磚出現(xiàn)了三次燒成彩飾新工藝,產(chǎn)品精美華貴,已近藝術(shù)品,頗具收藏價值。彩釉磚裝飾中采用計算機技術(shù)、分色、制版技術(shù),使圖案清晰逼真,立體感強。 3.工藝技術(shù)多樣化,幾乎每個工序都有不同的工藝并存。4.裝備水平不斷更新,如連續(xù)喂料大噸位球磨機的出現(xiàn),實現(xiàn)了陶瓷原料制備連續(xù)化生產(chǎn)。各種大噸位液壓壓磚機系列的研制成功。計算機的廣泛應(yīng)用,如用計算機實現(xiàn)窯爐的自控,研究壓機的框架結(jié)構(gòu)等。 衛(wèi)生陶瓷高壓澆注成型設(shè)備,成型壓力1.51.7MPa,生產(chǎn)周期10min,采用樹脂模具使用壽命35萬次,生產(chǎn)能力為48個/班,可生產(chǎn)衛(wèi)生瓷坐便器、洗面器、立柱等。 用于衛(wèi)生瓷的多通道快速干燥器,干燥周期縮短到34h(高壓澆注產(chǎn)品),用輥道窯快速燒成衛(wèi)生瓷的技術(shù)也已完善。 5.節(jié)能隆耗,如干法制粉、低溫快速燒成、節(jié)能型全自動型液壓壓磚機和壓機二次喂裝備等。 6.專業(yè)化生產(chǎn),坯釉原料,甚至坯料均來自專業(yè)化工廠,色料、熔塊、陶瓷添加劑也來自專業(yè)化工廠,模具、耐火材料、生產(chǎn)線的機械裝備也各由專業(yè)化工廠制造,保證了生產(chǎn)的專業(yè)化和集約化。 但目前,我國陶瓷工業(yè)總體水平與世界先進水平相比仍有較大的差距,其主要在于品種較少,質(zhì)量和裝飾效果較低,能耗大,生產(chǎn)的機械化,生產(chǎn)的機械化、自動化還不高,勞動生產(chǎn)率偏低,市場競爭力不強。地區(qū)發(fā)展水平也不平衡,還有不少設(shè)備落后的小廠。因此,我國陶瓷工作者在提高我國陶瓷科技水平、生產(chǎn)裝備水平,加強生產(chǎn)的科學管理,研究生產(chǎn)新產(chǎn)品,在全國提高我國陶瓷工業(yè)的整體水平方面的工作任重道遠。 三、年產(chǎn)70萬一次燒成彩釉瓷墻地磚生產(chǎn)線簡介1.產(chǎn)品尺寸及技術(shù)性能 產(chǎn)品規(guī)格:1002007 2002008 30020093003009產(chǎn)品性能:吸水率3%6%; 抗拉強度22MPa 其他指標符合歐州標準EN17784; 硬質(zhì)原料粒度控制在0.4以下;軟質(zhì)料經(jīng)揀選,不含雜物,塊度100,含水率15%,在露天堆料風化六個月后由鏟車送到室內(nèi)料庫,室內(nèi)料庫的貯量為一個月的生產(chǎn)用料量。 2.原料的稱量配料由稱量箱一次完成。 鏟車依次把各種原料卸入稱量箱中,每種原料按刻度盤指示量計計量。配好的壞料經(jīng)皮帶機和卸料斗加入球磨機中。 將坯料、水及稀劑按一定比裝入球磨機濕磨,球磨機的干料裝載能力為15t。加水量定量高位水箱控制。球磨時間依坯料性質(zhì)及入磨粒度不同而變化,球磨周期約12h。磨機上方設(shè)有電動葫蘆,供添加球石及開閉磨機進出料蓋時起重用。磨好的泥槳借助電動隔膜的抽力及泥漿自重從球磨機中卸出,經(jīng)振動篩過濾后,流入裝有慢速攪拌機的泥漿池,泥漿總貯量為23d的生產(chǎn)量,泥漿經(jīng)24h連續(xù)攪拌,除腐合適后,用隔膜泵打入備有慢速攪拌機的工作泥漿池。要求泥漿的容積密度約為1.6/L,含水率約為40%,粘度約(1.03.0)10-1PaS. 用高壓泥漿泵把工作泥漿池中的泥漿打入噴霧干燥塔內(nèi),由噴槍霧滴,與熱煙氣相遇,被干燥成具有一定顆粒級配的粉料。再經(jīng)振動篩、皮帶輸送機、斗式提升機和氣動刮板等送入粉料倉貯存、陳化。粉料倉總貯量約為3d的生產(chǎn)用量。陳化后的粉料經(jīng)旋轉(zhuǎn)卸料器、皮帶輸送機和斗式提升機卸入粉料振動篩,再經(jīng)皮帶輸送機運送到壓機的喂料斗中。粉料由兩臺HYDRA800型全自動液壓壓磚機壓制成型,磚坯由輥道輸送,通過刷子、翻轉(zhuǎn)機構(gòu),然后排成方陣,經(jīng)輸送輥道送入施釉線。施釉線具有刷灰、除塵、甩釉、噴釉、擦邊、轉(zhuǎn)向、絲網(wǎng)印花、自動補償?shù)榷喾N功能,其未端連接有通往裝載機的輸送線,釉坯通過裝載機自動裝儲坯車。裝滿釉坯的儲坯車經(jīng)鏈式步進機構(gòu)進后,由轉(zhuǎn)移車自動推車線儲存。 利用卸載機、輸送連接段和裝窯機使儲坯車中的釉坯按順序?qū)崿F(xiàn)卸載、輸送和自動入窯。燒成采用一次快燒工藝,選用帶窯下干燥器的標準單層輥道窯,窯長78.81m,有效寬度1.45m,燒成周期約55min,燃料為凈發(fā)生爐煤氣或天然氣。 燒成的制品在輥道窯品處,經(jīng)卸窯機組出磚連接段送去人工揀選包裝,由叉車運送入庫。 釉料制備是將裝的釉用原料分別存放于制釉工段的室內(nèi)料庫,臺秤稱量,然后由電動葫蘆吊裝入球蘑機內(nèi),由水表計量加水,按預(yù)定時間球蘑。磨好的釉漿用隔膜泵從球蘑機中卸出。再經(jīng)過篩、除鐵后,送入帶有慢速攪拌機的儲釉罐中。使用時從儲釉罐中放入木制的送釉桶中,由手推車送往施釉線。3生產(chǎn)線工藝流程示意圖見書末插頁圖3-1-1。 4生產(chǎn)線工藝平面布置圖見書末插頁圖3-1-2。 第二章 原料第一節(jié) 粘土類原料粘土類原料為陶瓷制品成型提供必須的可塑性和懸浮性,并在燒成中起重要作用。在配料中是它的用量常達40%以上。(一).粘土的定義、成因與分類粘土的定義粘土是一種或多種呈疏松或膠狀密實的含水鋁硅酸鹽礦物的混合物。各類粘土由各種粘土礦物組成,這些粘土礦物是粘土的主體。除了粘土礦物外還有雜質(zhì)礦物,如末風化的巖石碎崤、石英砂、長石、云母、方解石、黃鐵礦、有機物雜質(zhì)等。因為粘土是一種混合物,所以它不能用一個固定化學式來表示,也無一定熔點。 粘土的成因 粘土主要是由鋁硅酸鹽類巖石,如長石、偉晶花崗巖等經(jīng)過長期地質(zhì)年代的自然風化作用或熱液濁變作用而形成的。長石轉(zhuǎn)化為高嶺石的反應(yīng)大致如下:2KAlSi3O8+H2CO3-Al2Si2O5(OH)4+4SiO2+K2CO3(二)粘土的分類1按成因分類(1)原生粘土。又稱一次粘土、殘留粘土,它是由母巖風化后殘留在原地形成的。其質(zhì)地較純,顆粒稍粗,可塑性較差,耐火度較高。(2)次生粘土。又稱二次粘土、沉積粘土,它是由風化形成的粘土受雨水、風力的作用遷移到其他地點沉積而形成的粘土層,這種粘土顆粒很細,而且在遷移過程中入很多雜質(zhì)和有色物質(zhì)。故常呈色,但可塑性較好,耐火度較差。2按可塑性分類(1)高可塑性粘土。又稱軟質(zhì)粘土、球土或結(jié)合粘土,其分散度大,多呈疏松狀或板狀,如膨潤土、木節(jié)土、球土等。(2)低可塑性粘土。又稱硬質(zhì)粘土,其分散度小,多呈致密塊狀、石狀,如葉臘石、蕉寶石、堿石、瓷石等。3按耐火度分類(1)耐火粘土。其耐火度1580,是 比較純的粘土,含雜質(zhì)較少,灼燒后多呈白色、灰色或淡黃色,為瓷器、耐火制品的主要原料。(2)難熔粘土。耐火度為13501580,含易熔雜質(zhì)在10-15左右,可作跖器、陶器、耐酸制品、裝飾磚及瓷磚的原料。(3)易熔粘土。耐火度在1350以下,含有大量的各種雜質(zhì),多用于建筑磚瓦和出粗陶等制品。4按構(gòu)成粘土的主要粘土礦物分類(1)高嶺石類粘土。如蘇州土、紫木節(jié)土。(2)蒙脫石類粘土。如遼寧黑山和福建連成膨潤土。(3)水云母類粘土。如河北章村土。(4)葉臘石類粘土。如浙江青田葉臘石。(5)水鋁英石類粘土。如唐山A、B、C級礬土。粘土的組成粘土的組成包括化學組成、礦物組成和顆粒組成。組成粘土的主要化學成分為SiO2 、AL2O3,還有少量堿金屬氧化物(k2O、Na2O);堿土金屬氧化物(CaO、MgO),著色氧化物(Fe2O3、TiO2)和灼堿量(機械結(jié)合水、化合水、有機物、碳酸物硫酸物等)。根據(jù)化學組成可以初步判斷粘土的一些性能,如含Al2O3多(36)的粘土難燒結(jié);如SiO2含量70,則該粘土中含有石英;K2O和Na2O總量2,則此粘土可能是水云母質(zhì)粘土,其燒結(jié)溫度較低;Fe2O3含量0.8時,制品白度降低,呈灰白色、黃色,甚至暗紅色;TiO2含量0.2時,制品在還原氣氛下燒成,易呈黃色。粘土按其主要粘土礦物的不同可分為高嶺石類、蒙脫石類和伊利石類三大類別。對于一種粘土來說,并不是只含有一種,而往往同時含有兩種或兩種以上的粘土礦物,只是其中一種是主要的。高嶺石(Al2O3?2SiO2?2H2O)是一般粘土中最常見的粘土礦物,由其作為主要成分的純凈粘土稱為高嶺土。它的吸附能力小,可塑性和結(jié)合性較差,雜質(zhì)少、白度高、耐火度高。江蘇的蘇州土、湖南的界牌土、山西的大同土和江西的星子土都是以高嶺石為主要礦物的高嶺土,是優(yōu)質(zhì)的陶瓷原料。蒙脫石(Al2O3?4SiO2?nH2O,n2)遇水體積膨脹形成膠狀物,具有很強的吸附力和陽離子交換能力,以蒙脫石為主要礦物的粘土稱為膨潤土,其顆粒細小,可塑性極強,能提高坯料可塑性和干坯強度,但雜質(zhì)多、收縮大、燒結(jié)溫度低,坯料中膨潤土的用量一般在5以下。伊利石(K2O3Al2O36SiO22H2OnH2O)屬水云母礦物。它是云母水解成高嶺石的中間產(chǎn)物,以伊利石為主要礦物的瓷石是良好的制瓷原料,可以分兩組甚至單組分成瓷。江西的南港瓷石、安徽的祈門瓷石都含有大量石英和絹云母。絹云母是受熱液作用而形成的細小鱗片狀白云母,有絲絹光澤,可用以生產(chǎn)絹云母瓷。伊利石類粘土一般可塑性低,干燥后強度小,干燥收縮小,燒結(jié)溫度低,開始燒結(jié)溫度一般在800左右,完全燒結(jié)溫度在10001150。粘土中除粘土礦物外,經(jīng)常伴生一些非粘土礦物,它們通常以細小晶粒及其集合體分散于粘土中。這些雜質(zhì)礦物有石英和母巖殘渣,如長石、云母等,其他還有鐵質(zhì)礦物;碳酸鹽、硫酸鹽等。一般對粘土的性能、制品的質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響,可通過淘洗、磁選等方法除去。很多粘土中含有不同數(shù)量的有機物質(zhì),有褐煤、蠟、腐蝕酸黏生物等,這些有機物質(zhì)其含量的多少和種類的不同,可使粘土呈灰至黑等各種顏色。但它們愛煅燒時能被燒掉,因此只要不含別的著色物質(zhì),粘土燒后呈白色。有的有機物質(zhì)(如腐殖質(zhì))有著顯著的膠體性質(zhì),可以增加粘土的可塑性和泥漿的流動性。但有機物質(zhì)過多時也有可能造成瓷器表面起泡與針孔,須在燒成中加強氧化來解決這個矛盾。顆粒組成指粘土含有不同大小顆粒的百分比含量。粘土礦物粒徑在2以下的細顆粒中,石英、長石等雜質(zhì)多半是較粗的顆粒。蒙脫石、伊利石粘土的顆粒比高嶺石類粘土細小,粘土的顆粒越細,可塑性越強,干坯強度、干燥收縮也越大。表3-2-1表示粘土顆粒細度對其工藝性能的影響。表3-2-1粘土顆粒大小對其物理性質(zhì)的影響三、粘土的工藝性質(zhì)粘土的工藝性質(zhì)主要取決于它的礦物組成、化學組成和顆粒組成??伤苄院徒Y(jié)合性:粘土物料加一定量水膨潤后,可捏練成泥團。在外力作用下,它變形但不開裂,可塑造成所需要的形狀,在外流除去后,仍保持該形狀,這種性能稱為可塑性。粘土的可塑性指數(shù)或塑性指標表示。塑性指數(shù)是粘土的液性限度(由塑性狀態(tài)進入流動狀態(tài)的最高水量)與塑性限度(由固體狀態(tài)進入塑性狀態(tài)的最低含水量)之間的差值。塑性指標是指在工作水平下,泥料受外力作用最初出現(xiàn)裂紋時應(yīng)力和變力的乘積。粘土按其可塑性好壞可分為以下四種:強塑性粘土:指數(shù)15或指標3.6。 中塑性粘土:指數(shù)715或指標2.53.6。 弱塑性粘土:指數(shù)17或指標2.5。 非塑性粘土:指數(shù)1。對粘土具有可塑性有多種解釋。一般認為是粘土在水中分散成細小顆粒,由于離子吸附,粘土顆粒周圍形成適當厚度的水化薄膜,受力作用時水膜起潤滑作用,可任意滑移變形,又因粘土顆粒間形成毛細管,水膜又成了張緊膜,使發(fā)生滑移的顆粒不致脫離分開,起保形作用。顯然,只有當泥料的水分適中時,才能在粘土顆粒周圍形成一定厚度的連續(xù)水膜,粘土的可塑性才最好。最佳含水量在松結(jié)合水和自由水之間,可塑性較好的粘土最佳含水量較大。不同的粘土礦物,可塑性也不相同,蒙脫石類粘土較高嶺石、伊利石類的可塑性好。永遠的粘土,其顆粒越細,有機質(zhì)含量越高,可塑性越好。此外,粘土顆粒吸附的陽離子種類、濃度與可塑性關(guān)系很大,吸附的陽離子濃度大,離子半徑小、電價高(如Ca2+,H+),則吸附水膜較厚,可塑性較好。在生產(chǎn)過程中為提高坯料的可塑性常采用以下措施:1.將粘土原礦進行淘洗,或長期風。把濕潤了的粘土或坯料施以長期陳腐。對泥料進行真空練泥。摻用少量是強可塑性粘土。加入增塑劑,如糊精、羧甲基纖維素等。結(jié)合性是指粘土結(jié)合瘠性原料形成可塑泥料并具有一定的干坯強度的能力。一般可塑性好的粘土,其結(jié)合性也好。2. 離子交換性粘土顆粒由于其表面層的斷鍵和晶格內(nèi)部離子的被置換而帶有電荷,它能吸附其他異性離子。在水溶液中,這種被吸附的離子又可被其他相同電荷的離子所置換。這種性質(zhì)稱為粘土的離子交換性。離子交換能力的大小可用離子交換容量來表示。它指pH=7時每100g干粘土所吸附能夠交換的陽離子或陰離子的毫摩爾數(shù),單位為mmol/100g。離子交換容量的大小和粘土的種類有關(guān),如表3-2-2所示。此外還取決于分散度大小。粘土的分散度越大,其晶格結(jié)構(gòu)缺陷越多。斷鍵和同晶取代也越多,故離子交換容量也越大,如表3-2-3所示。 表3-2-2不同粘土的交換容量(mmol/100g) 粘土種類 吸附離子種類粘土種類 吸附離子種類陽離子陰離子陽離子陰離子高齡土39伊利石類粘土1040? 高齡土類粘土 920 720敘永土1540? 膨潤土401502050式中:P0泥團開始承受的負荷,N;Pn經(jīng)過一定時間后,球體或錐體壓入相同深度時泥團承受的負荷,N。粘土的觸變性主要取決于粘土的礦物組成,粒度大小、形狀、水分含量、使用電解質(zhì)種類與用量,以及泥漿(或可塑泥料)的溫度等。對高齡石和伊利石顆粒加水時,水分子僅滲入顆粒間;而蒙脫石顆粒加水時,水分子除進入顆粒間,還可滲入單位晶胞之間,故其遇水后膨脹要比前者大,觸變性比前者大。 3.粘土顆粒的大小與形狀對觸變性的影響表現(xiàn)為顆粒愈細,形狀愈不對稱,愈易成觸變結(jié)構(gòu)。此外觸變性大小與吸附陽離子的種類和數(shù)量有關(guān)。吸附陽離子的價數(shù)愈小,或價數(shù)相同,離子半徑愈小者,其觸變性愈大。因為離子半徑愈小,水化半徑愈大,水化膜愈厚。 泥料的觸變性還與含水量有關(guān),含水量大的泥漿,不易形成觸變結(jié)構(gòu),反之易成觸變結(jié)構(gòu)。 溫度升高,粘土質(zhì)點的熱運動劇烈,使粘土顆粒間的作用力減弱,不易建立觸變結(jié)構(gòu),從而觸變性也小。4. 膨化性粘土加水后體積膨脹的性質(zhì)成為膨化性。膨化性的大小可用膨脹容來表示,它由兩三個部分組成:即內(nèi)膨脹容指結(jié)構(gòu)層間;外膨脹容指顆粒間。膨脹容通常用1g干粘土吸水膨脹后的體積(cm3)來表示。 如祖堂山粘土為6.5cm3/g,黑山膨潤土為3.7cm3/g,敘永土為3.0cm3/g,界牌土為2.5cm3/g,紫木節(jié)土為1.05cm3/g。5.收縮粘土經(jīng)110干燥后,自由水及吸附水相繼排出,粘土顆粒之間的距離縮短而產(chǎn)生收縮,稱為干燥收縮。 干燥后的粘土經(jīng)高溫煅燒,因產(chǎn)生脫水分解作用和液相填充在空隙中并將顆粒粘結(jié)起來,同時又生成一些新的結(jié)晶物質(zhì),使體積進一步收縮,稱之為燒成收縮。 收縮有線收縮(制品的長度變化百分率)和體收縮(制品的體積變化百分率)兩種,體收縮值大約是線收縮的3倍。 試樣的總收縮率與干燥收縮率、燒成收縮率的關(guān)系為: S燒=100%(3-2-3) 測定收縮是研制模型及制作生坯尺寸放尺的依據(jù)。坯體的配方不同收縮也不同,此外,同一個坯體水平收縮與垂直收縮、上部與底部的收縮也不同。6. 燒結(jié)溫度與燒結(jié)范圍 粘土是多種礦物的混合物,沒有固定的熔點,當粘土加熱到一定溫度后(900)開始出現(xiàn)液相并逐漸增加,在液相表面張力作用下,未熔顆粒相互靠攏,使體積收縮,氣孔率下降,密度提高。對應(yīng)體積開始劇烈變化的溫度稱為開始燒結(jié)溫度T1;當粘土完全燒結(jié),其氣孔率降至最低值,收縮率達最大值,該溫度稱為燒結(jié)溫度T2;如果繼續(xù)升溫,試樣因液相外多發(fā)生變形,出現(xiàn)這種情況的最低溫度稱為軟化溫度T3。燒結(jié)溫度至軟化溫度之間的溫度區(qū)間稱為燒結(jié)溫度范圍。在此范圍內(nèi)粘土可燒結(jié)致密。粘土中雜質(zhì)礦物特別是含堿礦物含量較高時,燒結(jié)溫度較低,燒結(jié)范圍較窄,純的高齡土燒結(jié)溫度范圍為200,不純的粘土為150,伊利石類粘土僅為5080,制瓷所用粘土要求燒結(jié)溫度范圍較寬,以100150為宜。 四、我國的粘土原料我國北方的粘土多為次生粘土,含有機質(zhì)較多,吸附力強,可塑性好。游離石英和鐵質(zhì)較少。有時含水鋁石類礦物,所以,AL2O3、TiO2含量較高,耐火度較高,一般不需淘洗,制得的干坯強度大,坯體內(nèi)外可同時上釉,一次燒成。由于鐵質(zhì)少,有機質(zhì)多,大多采用氧化焰燒成。南方的粘土多是原生粘土,有機質(zhì)含量少,可塑性差,游離石英多,含鈦少而含鐵多,一般需淘洗處理。因生坯強度低,一般分兩次上釉,即施內(nèi)釉、外釉或兩次燒成。采用強還原焰燒成,以提高制品的白度和色澤。第二節(jié) 石英類原料一、石英類原料的種類和性質(zhì)1.石英原料的種類在陶瓷工業(yè)中常用的石英類原料有以下幾種:脈石英 屬火成巖。脈石英外觀色純白,半透明,呈油脂光澤,斷口呈貝殼狀;SiO2含量高達99%,是生產(chǎn)日用細瓷的良好原料。2.砂巖砂巖是石英顆粒被膠結(jié)物膠結(jié)而成的一種碎屑沉積巖。砂巖的顏色有白、黃、紅等色,其SiO2含量為90%95%。3. 石英巖石英巖是一種變質(zhì)巖。系硅質(zhì)砂巖經(jīng)變質(zhì)作用,石英顆粒再結(jié)晶的巖石。含SiO297%,是制造一般陶瓷的良好原料。4.石英砂石英砂是花崗巖、偉晶巖等風化成細粒后,由水流沖擊沉積而成,其中雜質(zhì)含量較多,用時須進行控制。 二、石英的晶型轉(zhuǎn)化石英在加熱過程中活發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變,同時伴隨體積變化。其晶型與晶型間的轉(zhuǎn)變溫度如下:高溫型轉(zhuǎn)化的體積變化 ,但轉(zhuǎn)化速度慢,又有液相緩沖,所以危害不很大(如圖3-2-2中橫向轉(zhuǎn)化。低溫型的轉(zhuǎn)化體積變化小,但轉(zhuǎn)化速度快,由是在無液相出現(xiàn)的條件下進行轉(zhuǎn)化,因而破壞性強,必須注意。實際上在有礦化劑存在的情況下,礦化劑產(chǎn)生的液相就會沿著裂縫侵入內(nèi)部,促使半安定方英轉(zhuǎn)化為鱗石英。假如無礦化劑存在或礦化劑很少時,就轉(zhuǎn)化為方石英,而顆粒內(nèi)部仍保持部分半安定方石英。普通陶瓷由于燒成溫度打不到使之充分轉(zhuǎn)化所必須的溫度(約1400),所以陶瓷燒成后得到少量是半安定性方石英,大多數(shù)石英顆粒仍保持石英的晶形。掌握石英的理論轉(zhuǎn)化與實際轉(zhuǎn)化規(guī)律,對指導(dǎo)生產(chǎn)很有實際意義。如可利用它的加熱膨脹作用,對石英原料進行預(yù)煅燒,便于下一步的粉碎。一般預(yù)煅燒溫度在1000左右。此外,在制品燒成和冷卻時,處于晶型轉(zhuǎn)化的溫度階段,應(yīng)適當控制升溫與冷卻速度,以保證制品不開裂。 三、石英在陶瓷生產(chǎn)中的作用1.加快干燥在燒成前,石英是瘠性原料,可降低泥料的可塑性,減少成型水分,降低干燥收縮并加快干燥。2.減小坯體變形石英在高溫時部分溶于液相,提高液相粘度,石英晶型轉(zhuǎn)變的體積膨脹可抵消坯體的部分收縮,從而減小坯體變形。3.增加機械強度殘余石英可以與莫來石一起構(gòu)成坯體骨架,增加機械強度,同時,石英也能提高坯體的白度和透光度。4.提高釉的耐磨與耐化學侵蝕性在釉料中SiO2是生成玻璃的主要組分,增加釉料中石英含量能提高釉的熔融溫度和粘度,降低釉的熱膨脹系數(shù),提高釉的耐磨性、硬度和耐學腐蝕性。長石是陶瓷原料中最常用的熔劑原料, 用量較大, 是陶瓷三大原料之一。第三節(jié) 長石類原料一 、長石的種類自然界中的長石種類很多,其中大多數(shù)是以下幾種長石的混合礦物:鉀長石 K2OAl2O26SiO2; 鈉長石 Na2OAl2O36SiO2 ; 鈣長石CaOAl2O32SiO2 ; 鋇長石 BaOAl2O22SiO2 ; 陶瓷工業(yè)主要使用正長石亞族中的正長石、微斜長石、透長石等。生產(chǎn)中所稱的鉀長石,實際上是以含鉀為主的鉀鈉長石,而所稱的鈉長石實際上是以含鈉為主的鉀鈉長石。 二、長石的作用長石在陶瓷原料中是作為熔劑使用的。1.降低燒成溫度 長石是坯、釉中堿金屬氧化物(k2O、Na2O)的主要來源,從而降低陶瓷的燒成溫度。2 提高機械強度和化學穩(wěn)定性熔融后的長石熔體能溶解部分高嶺土分解產(chǎn)物和石英顆粒,促進莫來石晶體的形成和長大,提高瓷體的機械強度和化學穩(wěn)定性。3 提高透光度長石熔體填充于各顆粒間,促進坯體致密化。其液相過冷成為玻璃相,提高了陶瓷制品的透光度。 ?三、長石的代用原料天然礦物中優(yōu)質(zhì)的長石資源并不多,工業(yè)生產(chǎn)中常使用一些長石的代用品,只要有偉晶花崗巖正長石。偉晶花崗巖是一種顆粒很粗的巖石,其礦物組成主要是石英和正長石、斜長石,以及少量的白云母等。一般石英含量為25%30%,長石含量為60%70%,其余雜質(zhì)較少。一般要求Fe2O3含量控制在0.5%以下,K2O、Na2O含量8%,CaO含量2%,游離石英30%,K2ONa2O2% 霞石正長石的礦物組成中主要為長石類(正長石、微斜長石、鈉長石)及霞石(Na,K)AlSiO4的固溶體。次要礦物為輝石、角閃石等。霞石正長石巖中Al2O3的含量比正長石高,且?guī)缀醪缓坞x石英。其熔融后的粘度較高,故用其制用的制品不易變形,熱穩(wěn)定性和機械強度也較高。但是含鐵量較高,必須進行精選。第四節(jié) 其他原料一、碳酸鹽類原料這類原料在高溫下起熔劑作用,其中最常見的是含氧化鈣和氧化鎂的原料。1碳酸鈣類這類原料主要有方解石、石灰石、大理石、白堊等。方解石含雜質(zhì)較少,一般為乳白色或無色。石灰石為方解石微晶或潛晶聚集塊體,無解理。含雜質(zhì)較多,多呈灰白色、黃色等。大理石是微細的碳酸鈣晶粒在高溫、高壓下經(jīng)在結(jié)晶而形成的變質(zhì)巖。白堊是海底含石灰石的微生物或貝殼的遺骸沉積而成,含有機物較多。2.菱鎂礦 菱鎂礦的主要成分是MgCO3,常含鐵、鈣、錳等雜質(zhì),因此多呈白、灰、黃、紅等色。有玻璃光澤,硬度為3.54,密度為2.82.9g/cm3,分解溫度為7301000,但在陶瓷坯料中CO2完全脫離MgCO3的溫度要到1100左右,用菱鎂礦代替部分長石,可降低坯料的燒成溫度,并減少液相量。此外,MgO還可減弱坯體中由于鐵、鈦等化合物所產(chǎn)生的黃色,提高瓷坯的半透明性和坯體的機械強度。在釉料中加入MgO,可增寬熔融范圍,改善釉層的彈性和熱穩(wěn)定性.3.白云石白云石是碳酸鈣和碳酸鎂的固溶體。其化學式為CaCO3MgCO3 ,常含鐵、錳等雜質(zhì),一般為灰白色,有玻璃光澤,硬度為3.54.0,密度為2.82.9g/cm3,分解溫度為730830,首先分解為游離氧化物鎂與碳酸鈣,950左右碳酸鈣分解。白云石在坯體中能降低燒成溫度,增加坯體透明度,促進石英的熔解及莫來石的生成。它也是瓷釉的重要原料,可代替方解石,且能提高釉的熱穩(wěn)定性以及在一定程度上防止吸煙。 二、滑石滑石是天然的含水硅酸鎂礦物,其化學式為3MgO4SiO2H2O ,成分中常含有鐵、鋁、錳、鈣等雜質(zhì)。純凈的滑石為白色,含雜質(zhì)的一般為淡綠、淺黃、淺灰、淺褐等色。具有脂肪光澤,富有滑膩感,多呈片狀或塊狀。莫氏硬度為1,密度為2.72.8g/cm3.滑石用于制造陶瓷釉料或滑石質(zhì)細瓷、工業(yè)瓷的坯料。在釉料中加入滑石可改善釉層的彈性、熱穩(wěn)定性,增寬熔融范圍;在坯料中加入少量滑石,可降低燒成溫度,在較低的溫度下形成液相,加速莫來石晶體的生成,同時擴大燒結(jié)溫度范圍,提高白度、透明度、機械強度和熱穩(wěn)定性。在精陶坯體中用滑石代替長石,可降低釉的后期龜裂。三、硅灰石硅灰石是偏硅酸鈣類礦物,其化學式為CaOSiO2,天然硅灰石常與透輝石、石榴石、 方解石、石英等共存,故其組成中含量Fe2O3 、Al2O3、MgO、MnO及K2O、Na2O等雜質(zhì)。 硅灰石單晶呈斑狀或片狀,集合體呈片狀、纖維狀、塊狀或柱狀等。顏色常呈白色及灰色,具有玻璃光澤。硬度4.55,密度2.82.9g/cm3,熔點1540。 硅灰石在陶瓷生產(chǎn)中常作為低溫快燒配方的主要原料使用。它與粘土配成硅灰石質(zhì)坯料。由于硅灰石本身不含有機物和結(jié)合水,干燥收縮和燒成收縮很小,其熱膨脹系數(shù)也?。?.710-6/),因此適宜于快速燒成。燒成后,瓷坯中的針狀硅灰石晶體交叉排列成網(wǎng)狀,使制品的機械強度提高,同時形成含堿土金屬氧化物較多的玻璃相,其吸濕膨脹也小,可用來制造釉面磚、日用陶瓷、低損耗無線電陶瓷等。也有用來生產(chǎn)衛(wèi)生陶瓷、磨具、火花塞等。 四、透輝石和透閃石透輝石是偏硅酸鈣鎂,化學式為CaMgSi2O6,它和硅灰石一樣多屬于鏈狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物。透輝石常與含鐵的鈣鐵輝石系列礦物共存,故常含有鐵、錳、鉻等成分。晶體呈短柱狀,集合體粒狀、柱狀、放射狀。常呈淺綠或淺灰色,具有玻璃光澤,硬度67,密度3.8g/cm3 。透輝石在陶瓷中應(yīng)用與硅灰石類似,既可作為助熔劑使用,也可作為主要原料。適合于低溫快速燒成。由于透輝石中的Mg2+離子可與Fe2+離子進行離子交換,天然產(chǎn)出的透輝石都含有一定量的鐵,所以在生產(chǎn)白色陶瓷制品時,必須進行挑選。透閃石為含水的鈣鎂硅酸鹽,其化學式為Ca2Mg5Si4O112(OH)2 ,此外還有FeO和少量的鈉、鉀、鎂等的氧化物,F(xiàn)eO的含量最高可達3% ,其中OH-也可由F-、Cl-等置換。其集合體常呈柱狀、放射狀或纖維狀。有時形成致密隱晶粒塊狀體,稱之為軟玉。透閃石色白或灰,硬度56,密度在3g/cm3左右。透閃石作為鈣鎂硅酸鹽在陶瓷中的應(yīng)用與硅灰石、透輝石相似,常作為釉面磚的主要原料使用。但因其含有少量結(jié)構(gòu)水,且結(jié)構(gòu)水的排出溫度較高(1050左右),故不適于一次低溫快燒工藝。第三章 配料及計算各種陶瓷產(chǎn)品對坯料和釉料的性能有不同的要求,各地可供選用的原料也各異,在生產(chǎn)過程中原料的成分、性能也會發(fā)生變化,因此,配料方案的確定和計算是陶瓷生產(chǎn)的關(guān)鍵問題之一。通常是根據(jù)配方計算的結(jié)果進行實驗,然后在試驗的基礎(chǔ)上確定產(chǎn)品最佳的配方。第一節(jié) 配料的依據(jù) 單獨一種原料,一般很難直接用來制造陶瓷,更難以滿足產(chǎn)品的特定要求。通常都是采用多種原料互相配合,才能制造出符合特定要求的陶瓷產(chǎn)品。在擬定原料配方時,應(yīng)遵循以下各項原則。一、坯料和釉料的組成應(yīng)滿足產(chǎn)品的物理-化學性質(zhì)和使用要求如釉面磚要求有一定的吸水率,才能牢固地粘貼在墻面上;在使用環(huán)境下反復(fù)升降溫不致開裂、剝落,壽命長;釉面光滑平整,顏色均一,尺寸規(guī)格一致,不僅能使建筑物整體美觀,而且便于施工。地磚要求吸水率較小,但應(yīng)耐磨、耐酸堿腐蝕和防滑等。日用瓷要求有一定的白度和透明度,并對釉面鉛的溶出量有嚴格限制。炊具用的耐燒陶瓷,直接經(jīng)受熱源加熱,蒸煮食物,故要求有較好的抗熱震性能和較高的導(dǎo)熱系數(shù)。電瓷要求有較高的機械強度和電絕緣性能等。對某一具體品種,都還有專門的要求,在國家標準、行業(yè)標準中,一般都列出了詳細的產(chǎn)品性能指標。擬定配方時,必須注意滿足這些具體要求。二、擬定配方時應(yīng)考慮生產(chǎn)工藝及設(shè)備條件一般來說,對于坯料總是希望成型性能好,坯體強度高,有較寬的燒成溫度范圍。燒成溫度、氣氛應(yīng)與窯爐的性能相適應(yīng)。若釉、坯化學性質(zhì)相差過大,燒成易出現(xiàn)坯體吸釉,造成干釉現(xiàn)象。釉的熔融溫度應(yīng)和坯體燒結(jié)溫度相近。釉的熱膨脹系數(shù)應(yīng)比坯體稍小,使冷卻時釉層受到不大的壓應(yīng)力,利于增加產(chǎn)品的機械強度,防止變形。當采用低溫快速燒成工藝時,配料應(yīng)選用燒成收縮小,燒減小的原料,減少粘土用量,降低坯料中游離石英總量,增加熔劑成分等。三、擬定配方時應(yīng)考慮經(jīng)濟上的合理性我國地域遼闊,陶瓷原料儲量豐富,幾乎各地都有適合生產(chǎn)陶瓷的原料,若舍近求遠,不僅運費增加,而且投產(chǎn)后也會帶來困難,因此選用原料盡量作到就地取材,綜合利用。近年來一些建筑陶瓷企業(yè)就地利用磷礦渣、高爐礦渣等廢棄物試制面磚成功,不僅經(jīng)濟效益提高,而且減輕環(huán)境污染,帶來很好的社會效益。四、借鑒成熟配方調(diào)查了解有關(guān)廠家正在使用的或研究單位研制的某種產(chǎn)品的成熟配方,可以縮短試過程,減少人力物力的浪費,但在應(yīng)用外單位的成功配方時,應(yīng)注意具體情況的差異,特別是各地出產(chǎn)的同種原料,性能和成分也可能有很大不同,例如不同礦區(qū)出產(chǎn)的粘土,鋁含量波動范圍就很大(可達13%40%),因此,不可機械地搬用,一定要慎重分析,并通過試驗驗證,或在成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上進行試驗創(chuàng)新,最后應(yīng)以試驗測定結(jié)果為鑒定的依據(jù)。五、弄清各原料在陶瓷材料中的作用弄清各種原料在陶瓷 材料中的作用及材料性能的影響,是進行配方試驗的基礎(chǔ)。陶瓷坯、釉配方中包含的各種原料,在生產(chǎn)過程中或在材料結(jié)構(gòu)中有著不同的作用,了解這些規(guī)律,可使配方試驗避免盲目性。第二節(jié) 坯 釉料表示方法坯、釉料組成的表示方法有多種,各種文獻上并不統(tǒng)一,了解常見表示方法及其含義,是分析和計算坯、釉料配方的基礎(chǔ)。一、實際配料比表示這是生產(chǎn)中最常見的表示方法,即是直接列出所用的各種原料的質(zhì)量百分比。如某廠釉面磚坯體的配方為:磷礦渣50%、蠟石35%、紫木節(jié)土15%。又如衛(wèi)生瓷乳濁釉的配方為:長石33.2%、石英20.4%、蘇州高嶺土3.9%、廣州鋯英石13.4%、氧化鋅4.7%、煅燒滑石9.4%、石灰石905%、堿石5.5%。這種表示方法的優(yōu)點是便于直接進行配料。缺點是由于各廠原料成分不同,因而缺乏可比性,不能直接引用,而且若原料成分變化,則配方也必須作相應(yīng)調(diào)整。二、礦物組成(又稱示性組成)表示把生產(chǎn)所用的各種天然原料中的同類礦物含量合并在一起,換算成粘土、長石、石英三種純礦物的質(zhì)量百分比表示。這是一種理論配方,由于同類型礦物在坯料中所起的主要作用基本相同,而粘土、長石、石英三種礦物在成型、干燥、燒成中所起作用是各不相同的。故礦物組成可以大致反映坯料的性質(zhì)。如一般硬質(zhì)瓷含純粘土物質(zhì)40%60%,長石20%30%,石英20%30%。一般軟質(zhì)瓷含純粘土物質(zhì)20%40%,長石30%60%、石英20%40%等。三、化學組成表示對坯料或釉料進行化學全分析,并以分析結(jié)果表示坯料或釉料的化學組成。一般化學組成項目有SiO2、Al2O、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、灼燒減量等,以質(zhì)量百分數(shù)表示。再結(jié)合原料的化學組成進行配方計算。根據(jù)化學組成可以看出對坯、釉性質(zhì)起主要作用的氧化物含量,能降低燒成溫度的熔劑含量,雜質(zhì)的含量以及燒成時分解排出的氣體量,從而初步判斷坯、釉的一些基本性質(zhì),但氧化物與性能之間的關(guān)系復(fù)雜,故化學組成表示方法也有局限性。四、實驗公式(塞格爾式)表示根據(jù)坯或釉化學組成中氧化物含量的百分數(shù),除以各氧化物的摩爾質(zhì)量,得到各組分的摩爾數(shù),將摩爾數(shù)冠于各氧化物分子式前,再按堿性氧化物(R2O+RO)中性氧化物(R2O3)酸性氧化物(R2O)的順序排列起來,并把其中一種的系數(shù)調(diào)整為1,即得實驗式(坯式或釉式)。為便于進行比較,對于坯式是將中性氧化物(R2O3)摩爾數(shù)調(diào)整為1;對于釉式則是將堿性氧化物(R2O=RO)的摩爾數(shù)綜合調(diào)整為1。這在中國和英國、美國文獻上是如此,而在有些國家則不分坯釉,均將堿性氧化物的系數(shù)總和調(diào)整為1。顯示前者便于區(qū)別,后者便于比較坯、釉的結(jié)合性。一種釉面磚的坯式為:若欲將其堿性氧化物摩爾數(shù)總和調(diào)整為1,只須將4種堿性氧化物系數(shù)相加:0.036+0.027+0.080+0.286=0.411用其和除各氧化物系數(shù)即得:式中Al2O3和SiO2的系數(shù)很大,據(jù)此可以判斷上式為坯式。釉式中Al2O3和SiO2的系數(shù)都很小。如:硬瓷的坯式為:1(R2O+RO)(35)Al2O3(1521)SiO2硬瓷的釉式為:1(R2O+RO)(0.51.2)Al2O3(1023)SiO2軟瓷的坯式為:1(R2O+RO)(1.83.0)Al2O3(10230SiO2軟瓷的釉式為:1(R2O+RO)(0.10.4)Al2O3(2.04.0)SiO2(0.00.5)B2O3本書后述中凡未加說明的坯式,其中性氧化物系數(shù)和均取1。借助實驗式,通過計算酸性系數(shù)(CA)可大致判斷材料的物理性能。酸性系數(shù)以下式計算:CA=(3-3-1)硬瓷釉的酸性系數(shù)為1.82.5,軟瓷釉為1.41.6,可見隨著酸性系數(shù)的增加,軟瓷釉逐漸向硬瓷釉轉(zhuǎn)變。酸性系數(shù)增大,坯體系數(shù)增大,坯體的脆性增加強度降低,高溫易變形,燒成溫度也降低第三節(jié) 坯料配方計算一、坯式的計算已知坯料化學組成計算坯式計算步驟如下:(1)用個氧化物的相對分子質(zhì)量去除該氧化物的百分含量,得各氧化物的摩爾數(shù)。(2)以中性氧化物R2O3的摩爾數(shù)為基準,另其和為1,計算各氧化物的相對摩爾數(shù),并作為相應(yīng)氧化物的系數(shù)。(3)按照堿性氧化物、中性氧化物、酸性氧化物的順序排列出坯式。例1已知坯料的化學全分析如下表(%質(zhì)量),試計算其坯式。SiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaOMgOK2ONa2O灼減合計67.0821.120.230.430.350.165.921.352.4499.08解: (1)計算各氧化物的摩爾數(shù)SiO267.860.06=1.1169Al2O321.12101.94=0.2072Fe2O3 0.23159.68=0.0014TiO20.4380.1=0.0054CaO0.3556.08=0.0062MgO0.1640.32=0.0040K2O5.9294.19=0.0629NaO1.3561.99=0.0218(2)以中性氧化物摩爾數(shù)總和為基準,令其為1,計算相對摩爾數(shù)中性氧化物Al2O3+Fe2O3摩爾數(shù)總和為:0.2072+0.0014=0.2086以此數(shù)除各氧化物的摩爾數(shù),得:SiO21.11690.2086=5.354Al2O30.20720.2086=0.9933Fe2O3 0.00150.2086=0.0072TiO20.00540.2086=0.0259CaO0.00620.2086=0.0297MgO0.00400.2087=0.0192K2O0.06290.2087=0.3015NaO0.02180.2087=0.1045(3)按堿性、中性、酸性氧化物的順序排列出坯式若化學組成中未包含灼減,則仍照上述程序計算,所得坯式的結(jié)果不變,即灼減對實驗式?jīng)]有影響。已知坯式,求化學組成(質(zhì)量%)計算步驟如下:將坯式中各氧化物的摩爾數(shù),乘以相應(yīng)氧化物的相對分子質(zhì)量,得出各氧化物質(zhì)量克數(shù)。由坯式中各氧化物質(zhì)量總和為基準,求出各氧化物的不含灼減的化學組成(質(zhì)量%)。 若已知灼減,則可化為包含灼減的化學組成。求下列坯式的化學組成。解:(1)求坯式中各氧化物的質(zhì)量SiO2 = 4.23060.1=254.22Al2O3=0.9795 101.9=99.81Fe2O3 = 0.0205 159.7=3.27CaO=0.082356.1=4.62MgO=0.031740.3=1.28K2O=0.08759402=8.24Na2o=0.122462.0=7.59(2)根據(jù)以上各氧化物質(zhì)量總和379.03,計算各氧化物質(zhì)量百分比(不含灼減):SiO2 = 254.22100379.03=67.08%Al2O3=99.81 100379.03=26.33%Fe2O3 = 3.27100 379.03=0.86%CaO=4.62100379.03=1.22%MgO=1.28100379.03=0.34%K2O=8.24100379.03=2.17%Na2o=7.59100379.03=2.00%(3)若已知該坯料的灼減為5054%,則包含灼減的化學組成,可將以上各氧化物乘以系數(shù)(100-5054)/100=0.9446并列表如下(%質(zhì)量):SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2o灼減63.3724.870.811.150.322.051.895.54100.00?二、示性礦物組成計算 示性礦物組成是反映陶瓷原料或坯體性能的重要數(shù)據(jù)。用電子顯微鏡、X射線衍射儀等一起分析方法可得到準確可靠的結(jié)果,但在只有化學組成的情況下,也可粗略計算出材料的主要礦物組成。計算方法是首先根據(jù)原料的具體情況初步判定所含的主要礦物,如一般粘土原料所含主要礦物是高嶺土、長石、石英,然后根據(jù)礦物的理論組成,把原料的化學組成換算為不同礦物的大致含量。具體步驟如下:1.若化學組成中含有一定數(shù)量的K2O、Na2O、CaO,則可認為是由長石類礦物引入的。若其中Na2O比K2O含量是好的多,可認為Na2O是雜質(zhì)而把兩者的合量KNaO計算為鉀長石2.化學組成中Al2O3的總量減去長石帶入的Al2O3,剩余的可認為是由高嶺土引入的,但若化學組成中扣除鉀長石量后Al2O3量不足時,多余的Al2O可認為是有水鋁石Al2O3H2O引入的。3根據(jù)灼燒減量判斷,若原料中有酸根存在,則MgO可認為是由菱鎂礦MgCO3引入,CaO可認為是由石灰石CaCO3引入的。但若不存在碳酸根,則認為灼減量是水,此時MgO可認為由滑石3MgO4SO2H2O或蛇紋石3MgO2SiO22H2O引入。4若灼燒減量主要是結(jié)晶水,且在扣除高嶺土及滑石等礦物中的結(jié)晶水后還有一定數(shù)量,可認為化學組成中Fe2O3是由褐鐵礦Fe2O33H2O引入;若灼燒減量已扣完,則Fe2O3可作赤鐵礦計算。5TiO2一般可認為由金紅石提供。6除去以上各種礦物中所含的SiO2量后,剩余的SiO2可作為游離石英。例3某粘土的化學全分析如下表(%質(zhì)量):SiO2Al2O3Fe2O3CaO MgOK2ONa2O灼減59.2529.700.160.28微量0.480.0510.08試計算其礦物組成。解: 由于化學組成中CaO含量少,灼減全部作結(jié)晶水計算;Na2O含量很少,與K2O合并計算。求各氧化物的摩爾數(shù),并列表計算: SiO259.25/60.06=0.987CaO0.28/56.08=0.005Al2O329.70/101.94=0.291KNaO(0.48+0.05)/94.19=0.006Fe2O30.16/159.68=0.001H2O10.08/18=0.56(2)計算礦物組成見表3-3-1,計算過程是首先列出各氧化物及其摩爾數(shù),由于物中含有氧化鉀,可認為是鉀長石引入的。鉀長石的理論公式是K2OAl2O36SiO2即1mol鉀長石引入1 molK2O+1molAl2O3+6molSiO2,則表中0.006K2O必對應(yīng)0.006mol鉀長石,并隨0.006mol鉀長石引入0.006molAl2O3和60.006=0.036mol的SiO2。將以上結(jié)果填入第3行。接著計算各氧化物剩余量,列入第4行。剩余量中0.005molCaO可認為是鈣長石引入的(因預(yù)先判定粘土中基本沒有碳酸根,認為灼減是結(jié)晶水量)。鈣長石的理論公式是CaOAl2O32SiO2,即1mol鈣長石帶入1molCaO+1molAl2O3+2molSiO2,則表中0.005molCaO必對應(yīng)0.0
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