第三章-釉料汇总课件.ppt
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1、 Department of Materials and Chemical Engineering第三章第三章 釉釉 料料 Department of Materials and Chemical Engineering 汉字中的“釉”,其含义是指有油状的光泽,所以古代用“油”字表示陶瓷制品表面的光泽,但又因为“油”字这个字代表食物,后人经过种种考虑,修改结果就取表示光彩的“采”合成为“釉”。陶瓷制品表面多半穿着一件光滑、平滑、漂亮的外衣,“赤膊上阵”的很少。这件五彩缤纷的外衣就是我们所要介绍的”釉“。 Department of Materials and Chemical Engineer
2、ing第一节 釉的作用及特点一、釉的作用 釉的概念: 釉是施于陶瓷坯体表面的一层极薄的物质,它是根据坯体性能的要求,利用天热矿物原料及某些化工原料按着比例配合,在高温作用下熔融而覆盖在坯体表面的富有光泽的玻璃质层(渗彩釉及自然釉例外)。 施釉的目的: 改善坯体的表面性能,提高产品的使用性能,增加产品的美感。 Department of Materials and Chemical Engineering 釉的作用:使坯体对液体和气体具有不透过性,提高其化学稳定性;覆盖于坯体表面,给瓷器以美感;防止玷污坯体;使产品具有特定的物理和化学性能;改善陶瓷制品的性能。 Department of Mat
3、erials and Chemical Engineering二、釉的特点和性质(一)釉的特点一般认为釉是玻璃体,具有与玻璃相似的物化性质。 如各向同性;固态到液态或相反的变化是一个渐变的过程,无固定的熔点;具有光泽;硬度大;能抵抗酸碱的侵蚀;质地致密,不透水和不透气等。但也有和玻璃不同的地方:从釉层显微结构上看,其结构中除了玻璃相外,还有少量的晶相和气泡,其衍射图谱中往往出现晶体的衍射峰。即釉的均匀程度与玻璃不同。釉不是单纯的硅酸盐,还常含有硼酸盐、磷酸盐或其它盐类。 Department of Materials and Chemical Engineering大多数釉中含有较多的氧化铝,
4、即能改善釉的性能,又能提高釉的熔融温度。玻璃中氧化铝的含量相对较少。釉的熔融温度范围一般比玻璃宽一些。影响釉显微结构的主要因素:釉本身的化学组成和矿物组成;高温反应过程中,釉中组分挥发;坯釉之间的反应;烧成温度对釉熔融的影响。 Department of Materials and Chemical Engineering(二) 釉的性质1.釉的化学性质釉的化学性质直接影响坯与釉之间的反应及釉面形成状态。釉的化学组成应与坯体的化学组成既要接近,但又要保持适当的差别。这样,釉与坯体在高温下相互作用,使釉中的组分,特别是碱性氧化物和坯体充分反应而渗入坯体;同时也促进坯体中的成分进入釉层,形成晶体。
5、 Department of Materials and Chemical Engineering釉在坯体表面熔融过程中,会发生一系列物理和化学变化。其中包括: 釉本身的物化反应,如制釉原料脱水、分解、氧化、熔融等。 釉与坯接触处的物化反应。釉料中某些组分渗入坯体,坯体中成分与釉料反应,形成坯釉中间层。一般坯釉中间层从坯体中引入SiO2、Al2O3等成分,而从釉内引入RO和R2O等成分。坯釉中间层的化学组成和性质介于坯釉之间,并逐渐由坯过渡到釉,无明显界限。 Department of Materials and Chemical Engineering为了获得良好的坯釉中间层,在坯体酸性较高
6、的情况下,即SiO2 / RO的摩尔比高,则应该采用中等酸性的釉料;如果坯体的酸性弱,则釉应该是接近中性或弱碱性。否则由于两者之间化学性质相差过大,由于作用强烈,会使釉被坯体吸收,出现“干釉”现象。二、釉的熔融特性1、熔融温度范围概念:釉的熔融温度范围指始熔融到完全熔融之间的温度范围。始熔融温度指釉的软化变形点,称为熔融温度的下限;釉的完全熔融温度,称为熔融温度上限(流动温度)。釉的烧成温度在熔融温度范围内选取,一般选釉充分熔化并在坯上铺展成为平整光滑的釉面时的温度。 Department of Materials and Chemical Engineering影响釉熔融温度范围的因素 主要
7、与釉的化学组成、细度、混合均匀程度、烧成温度、烧成时间等有关。 组成对釉熔融温度范围的影响主要取决于釉式中的SiO2、Al2O3和碱组分的含量和配比以及碱组分的种类。其中以熔剂的种类和配比影响最大。v助熔剂在瓷釉中的作用能力有如下关系: 1molCaO相当于1/6mol K2O 1molCaO相当于1/2mol ZnO 1molCaO相当于1/6mol Na2O 1molCaO相当于1mol BaOvAl2O3的含量增加,釉的熔融温度和粘度增加。 vSiO2也是釉中重要的组分,含量也最多,其主要作用是调节釉的熔融温度和粘度。SiO2的含量愈多,釉的烧成温度愈高。 Department of M
8、aterials and Chemical Engineering釉料的颗粒细,混合得均匀,其熔融温度和始熔融温度都相应越低。烧成时如温度不足或时间不足,则釉层熔融不良,光泽差,坯釉中间层形成不良;相反温度超过釉的成熟温度范围,会使坯料过多地熔入釉料,而使釉的膨胀系数小于坯,能使釉层产生剥釉现象,严重时使釉沸腾,造成釉泡、流釉或某些组分的挥发等缺陷。釉的熔融温度的获得:实验方法、酸度系数法、熔融温度系数法。 Department of Materials and Chemical Engineering 实验方法。把磨细的釉料制成3mm高的小圆柱体,用高温显微镜观察,当其受热至棱角变圆时的温度
9、为始熔温度;当软化至与底盘面形成半球时的温度为熔融温度;其高度降至1/2半球高度时的温度称为流动点,亦称为釉的成熟温度(烧成温度)。 酸度系数法。采用酸度系数法只是用来间接比较瓷釉的烧成温度的高低。酸度系数愈大,则烧成温度愈高。酸度系数是指组分中的酸性氧化物与碱性氧化物的摩尔比,一般以C.A表示。 2n(R2O) n(R2O) . = 2n(RO)+ 2n(R2O)+ 6n(R2O3) n(RO)+ n(R2O)+ 3n(R2O3) 表3-2(P149)为计算酸度系数时,各氧化物的分类情况。 Department of Materials and Chemical Engineering熔融温
10、度系数法。首先计算釉的熔融温度系数K,根据计算所得K,再由表3-4查出釉的相应熔融温度t。参见P150。 Department of Materials and Chemical Engineering2、釉熔体的高温粘度、表面张力、润湿性 釉熔体能否在坯体表面平滑的铺展,与其粘度、表面张力和润湿性有关。 粘度。在成熟温度下,釉的粘度过小,流动性大,则容易造成流釉、堆釉及干釉等缺陷;釉的粘度过大,流动性差,则容易引起橘釉、针眼、釉面不平滑、光泽不好等缺陷。流动性适当的釉,不仅能填补坯体表面的一些凹坑,而且还有利于釉与坯之间的相互结合,生成中间层。 Department of Materials
11、 and Chemical Engineering影响釉粘度的最重要因素:釉的组成和烧成温度。a)碱金属氧化物会降低釉的粘度。 降低粘度的作用: Li2ONa2OK2Ob)对于碱土金属氧化物,如CaO、MgO、ZnO 、PbO、BeO等,一般认为在高温下会降低釉的粘度(如引入10%15% CaO在1000 时会使釉的粘度迅速降低),在低温下增大其粘度。c)三价及高价氧化物,如Al2O3、SiO2、TiO2等都会提高釉的粘度。而B2O3对釉粘度的影响比较特殊,常出现“硼反常”现象,当加入量较小(一般 Na+ K+ ; Mg2+ Ca2+ Sr2+ Ba2+ Zn2+ Cd2+2. 三价的氧化物的
12、影响随阳离子半径的增大而增大3. 四价氧化物对表面张力的影响类似于三价氧化物,一般来说,网络形成体降低表面张力,网络外体增加表面张力 Department of Materials and Chemical Engineering阿宾氧化物分类:a. 非表面活性氧化物,提高釉料的表面张力;b. 弱表面活性氧化物,降低硅酸盐熔体的表面张力;c. 强表面活性氧化物,少量引入能降低表面张力2. 烧成温度温度升高,表面张力降低3. 烧成气氛还原气氛下表面张力比氧化气氛大约20%。所以,还原气氛下熔体表面发生收缩,下面的新熔体会浮向表面。应用:a. 在色釉尤其是熔块釉时,采用还原焰可是其均匀 着色。b.
13、 采用还原焰烧成能消除釉中气泡。 Department of Materials and Chemical Engineering表面张力计算公式:a. 表面张力与温度的关系 T温度下的表面张力, N/m;0T0温度下的表面张力, N/m;TT-T0, K; b -经验常数b. 表面张力与化学组成的关系 釉熔融釉的表面张力,N/m;wa1,wa2,-不同组分氧化物的质量分数,%1, 1-不同组分的表面张力,N/m.)1 (0Tb33221a1wwaaw釉 Department of Materials and Chemical Engineering润湿性。釉熔体对坯体的润湿性可以用釉熔体与坯
14、体的接触角来表示。其测定方法可将干釉制成直径10mm、高10mm的圆柱形试样,置于坯体上,烧后测定其接触边角,以此来判别它的润湿性。l Department of Materials and Chemical Engineeringl从图3-1(P154)可以看出熔融釉与坯体接触边角90o时,熔体不能将坯体润湿;90o时,则坯表面被完全润湿;=0o时,熔体扩散开。值愈大,润湿性愈不好。 Department of Materials and Chemical Engineering3. 机械强度和硬度机械强度也是釉的重要性质。通常釉抵抗张应力的能力比抵抗压应力能力小许多倍,因此,必须使釉受压应
15、力而不受张应力。可以通过调整坯釉的膨胀系数来达到(釉坯) 。釉的抗张强度为110350MPa,抗压强度为400700MPa。 Department of Materials and Chemical Engineering划痕硬度就是餐具瓷釉面能否承受刀叉的经常磨刻而不致出现刻痕的一种性能。为了提高划痕硬度,釉成分可以作如下调整: 减少B2O3的含量。 用Li2O置换部分K2O,用Li2O和BeO置换Na2O。 用ZnO、BaO及MgO置换PbO。 此外,适当的B2O3含量以及增加Al2O3、BeO、MgO都对划痕硬度有利。釉面硬度一般采用莫氏硬度和显微硬度(维氏硬度)来表示。瓷器釉面的硬度为
16、:莫氏硬度78,维氏硬度520750kgf/mm2。 Department of Materials and Chemical Engineering4、化学稳定性在使用过程中,施釉的陶瓷制品常和水、酸液或碱液接触。釉的表面不同程度地和这些介质发生离子交换、溶解或吸附效应,结果降低釉面光泽,甚至溶出釉中的一些阳离子。 釉层受水侵蚀的机理 碱对釉的侵蚀 酸对釉的侵蚀 Department of Materials and Chemical Engineering(2) 釉的组成与化学稳定性设计合适的釉的组成以提高其化学稳定性十分重要。可以适当的引入B2O3制成无铅熔块,可使釉的化学稳定性增强;此
17、外,氧化铝、氧化锌会提高釉的耐碱性,氧化钙、氧化镁、氧化钡能有效地提高釉的化学稳定性,含大量的锆的釉特别耐酸和碱的侵蚀。 Department of Materials and Chemical Engineering5、膨胀系数和弹性(1)热膨胀性釉中的膨胀系数大小主要决定于釉结构中离子之间的键力。键力愈大,热膨胀系数愈小;键力愈小,热膨胀系数愈大釉的膨胀系数与温度也有一定关系,在不同温度范围内,测得的膨胀系数值是不相同的。釉的膨胀系数与组成有关。SiO2含量多,网络结构紧密,热膨胀小。碱金属和碱土金属氧化物打断网络结构,导致热膨胀增大。釉的热膨胀系数和组成氧化物的质量分数符合加和原则 De
18、partment of Materials and Chemical Engineering Department of Materials and Chemical Engineering6、光学性质 (1)、光泽度光泽度就是镜面反射方向光线的强度占全部反射光线强度的比例系数。我国国标规定,测定釉面光泽度时,用黑色平板玻璃作为标准板。釉面对黑玻璃平板的相对反射率(釉面反光量与黑玻璃反光量之比)即为釉面的光泽度,用百分比表示。釉的光泽与其折射率有直接的关系。折射率愈大,釉面的光泽愈强,因为高折射率使镜面方向的反射分量增多。而折射率与釉层的密度成正比,TiO2能强烈地提高釉的光泽度。 Depar
19、tment of Materials and Chemical Engineering凡能急剧降低熔体表面张力、增加熔体高温流动性的成分,有助于形成平滑的镜面,从而提高光泽。急冷能提高釉面光泽。原因:急冷时釉层不会失透和析晶的缘故。 Department of Materials and Chemical Engineering(2)、白度u对于日用瓷、卫生瓷和釉面砖,白度是评价其外观性能的重要指标。对于高级日用细瓷,白度要求达到70%以上,而一般细瓷则要求达到65%以上。u白度高低的三个条件:1. 对白光吸收少2. 透过率小3. 有极强的散射u物体呈白色是由于它对白光的选择吸收少,透过率也小
20、,散射量大而造成的。白度可以用下面的公式表示: W=( IR/IO )100% 式中: IR漫反射光强 IO入射光强 Department of Materials and Chemical Engineeringu影响白度的因素主要有以下几方面: 第一,坯釉的化学组成。着色氧化物的含量高,则白度低。一般说来,如果着色氧化物的含量小于0.5%,则白度能达到80%左右。 第二,烧成气氛的影响。原料中如果Fe2O3含量多而TiO2少,用还原气氛烧成会使白度增加(如南方日用瓷)。反之,原料中Fe2O3含量少而TiO2多,则用氧化气氛烧成会使白度增加(如北方日用瓷)。 Department of Ma
21、terials and Chemical Engineering补充材料: 为什么Fe2O3含量多用还原气氛烧成, TiO2多用氧化气氛烧成有利于白度的增加?1、烧成气氛的概念陶瓷产品的烧成气氛是指在烧制的过程中,窑炉内的燃烧产物中所含的游离氧与还原成分的百分比。一般将烧成气氛分为氧化气氛和还原气氛两种。游离氧含量在8%以上的称为强氧化气氛;游离氧含量在4%5%的称为普通氧化气氛;游离氧含量1%1.5%的称为中性气氛;当游离氧的含量小于1%,并且CO含量在3%以下时,称为弱还原气氛;CO含量在5%以上的称为强还原气氛。 Department of Materials and Chemical
22、Engineering2、铁钛含量与烧成气氛的控制氧化铁含量偏多时,当氧化气氛烧成时,釉料中的Fe2O3在含碱量较低的玻璃相中熔解度很低,可析出胶态的Fe2O3使制品显黄色;当还原气氛烧成时,形成的FeO熔化在玻璃相中呈淡青色。 对含钛较高的料应避免用还原气氛烧成,否则部分TiO2会变成蓝色至紫色的Ti2O3,形成色差,还可能形成黑色2FeOTi2O3尖晶石和一系列铁钛混合晶体,从而呈色加深。 Department of Materials and Chemical Engineering Department of Materials and Chemical Engineering第二节
23、釉的分类、制釉氧化物一、釉的种类按坯体类分按坯体类分: 瓷釉、陶釉及炻器釉;瓷釉、陶釉及炻器釉;按烧成温度分按烧成温度分: 低温釉:成熟温度范围小于低温釉:成熟温度范围小于1120中温釉:中温釉:11201300高温釉:成熟温度范围大于高温釉:成熟温度范围大于1300 ; Department of Materials and Chemical Engineering按釉面特征分类按釉面特征分类: 白釉白釉大概是人们出于对银器的钟爱,大概是人们出于对银器的钟爱,颜色釉颜色釉是以其是以其五彩缤纷受到人们的欢迎,五彩缤纷受到人们的欢迎,结晶釉结晶釉的纹样变幻美丽动人,的纹样变幻美丽动人,窑变纹釉窑
24、变纹釉琳琅满目,美不胜收,琳琅满目,美不胜收,裂纹釉裂纹釉清晰古朴、高雅别清晰古朴、高雅别致。除上述外,还有无光釉、乳浊釉、食盐釉等。致。除上述外,还有无光釉、乳浊釉、食盐釉等。 近年来,随着科学技术的发展,出现了千姿百态的流近年来,随着科学技术的发展,出现了千姿百态的流动釉、神奇莫测的变色釉、霞光闪烁的彩虹釉、贵如明珠动釉、神奇莫测的变色釉、霞光闪烁的彩虹釉、贵如明珠的夜光釉等新品种。的夜光釉等新品种。 Department of Materials and Chemical Engineering窑变 窑变:主要是指瓷器在烧制过程中,由于窑内温度发生变化导致其表面釉色发生的不确定性自然变化
25、。 窑变的成因:有很多种,以钧窑为例,比较主要的有以下几种:1 独有的原料钧瓷所用矿物原料均为禹州当地所产,这些原料成分复杂,含有多种微量元素,本身多带有不同的颜色。原料中即使是同一种矿物质,由于所处矿床的位置不同和加工方法的不同,其物理和化学性能也会存在一定的差异。这些原料是钧瓷生产得天独厚的资源,也是钧瓷窑变现象产生的基础。 Department of Materials and Chemical Engineering2 胎质和造型(1)不同种类、不同化学成分组成的泥胎,其性质也不相同。胎质可对钧瓷窑变产生影响,主要反映在釉的颜色、开片、高温流动性几个方面。胎中铁、钛含量的多少,影响着钧
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