陶瓷工艺学复习资料 课件.ppt
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- 陶瓷工艺学复习资料 课件 陶瓷 工艺学 复习资料
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1、一一 陶瓷的概念与分类陶瓷的概念与分类u传统陶瓷(普通陶瓷)传统陶瓷(普通陶瓷)“陶瓷陶瓷”是指所有以粘土为主要原料与其它天然矿物原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。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传统陶瓷的主要原料:取之于自然界的硅酸盐矿物(如如粘土、长石、石英等粘土、长石、石英等),所以传统陶瓷可归属于硅酸盐类材,所以传统陶瓷可归属于硅酸盐类材料和制品。料和制品。陶瓷工业可与玻璃、水泥、搪瓷、耐火材料等工业同陶瓷工业可与玻璃、水泥、搪瓷、耐火材料等工业同属属“硅酸盐工业
2、硅酸盐工业”的范畴。的范畴。陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学 1 1 原料的分类原料的分类根据根据原料的获得方式原料的获得方式分:矿物原料,化工原料。分:矿物原料,化工原料。根据根据工艺特性工艺特性分:可塑性原料,非可塑性原料(瘠性),分:可塑性原料,非可塑性原料(瘠性),熔剂性原料。熔剂性原料。根据根据使用用途使用用途分:坯用原料,釉用原料,色料和彩料。分:坯用原料,釉用原料,色料和彩料。根据根据矿物组成矿物组成分:粘土质原料,硅质原料,长石质原料,分:粘土质原料,硅质原料,长石质原料,钙质原料,镁质原料等。钙质原料,镁质原料等。陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学粘土的分类粘土的分类一次粘土(残留粘土
3、或原生粘土)一次粘土(残留粘土或原生粘土)风化残积型风化残积型二次粘土(沉积粘土或次生粘土)二次粘土(沉积粘土或次生粘土)沉积型沉积型陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学 二二 粘土的组成粘土的组成 粘土的性能取决于粘土的组成,包括粘土的粘土的性能取决于粘土的组成,包括粘土的化学组成、化学组成、矿物组成和颗粒组成。矿物组成和颗粒组成。1 1、粘土的化学组成、粘土的化学组成SiOSiO2 2,AlAl2 2O O3 3,FeFe2 2O O3 3,TiOTiO2 2,CaOCaO,MgOMgO,K K2 2O O,NaNa2 2O O,I.L.I.
4、L.陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学u根据化学组成,可初步估计出粘土的矿物组成、粘土耐根据化学组成,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。火度的高低、粘土的颜色及工艺性能等。陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学粘土是粘土是多矿物组成的混合物多矿物组成的混合物,含有二种或二种以上的粘土,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。混入其它杂质矿物。陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学特点:特点:吸附能力小,可塑性和结合性较差,杂质少、白度吸附能力小,可塑性和结合性较差,杂质少、白度高、耐
5、火度高高、耐火度高 。(1 1)高岭石类矿物)高岭石类矿物陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学(2 2)蒙脱石类矿物)蒙脱石类矿物陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学 3 3、陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学定义:定义:粘土颗粒吸附的离子被其它同性电荷的离子置换,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。发生离子交换的性质称
6、为粘土的离子交换性。陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学粘土在烧结过程中所表现出的各种物理变化粘土在烧结过程中所表现出的各种物理变化及性能。及性能。烧结性:烧结性:气孔率、吸水率、体积密度、收缩率等气孔率、吸水率、体积密度、收缩率等陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学v四四 粘土在陶瓷生产中的作用粘土在陶瓷生产中的作用陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学第三节第三节 石英类原料石英类原料 二氧化硅(二氧化硅(SiOSiO2 2)在地壳中的丰度约为)在地壳中的丰度约为6060。自然界。自然界中的结晶态二氧化硅
7、统称为石英。由于经历的地质作用及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。成矿条件不同,石英呈现多种状态,并有不同的纯度。陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学vSiOSiO2 2多晶转变的特点多晶转变的特点(1 1)高温型的缓慢转化(横向转化或一级转化)高温型的缓慢转化(横向转化或一级转化)(2 2)低温型的快速转化(纵向转化或二级转变)低温型的快速转化(纵向转化或二级转变)陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学 石英预烧,利于粉碎石英预烧,利于粉碎。陶瓷生产过程中必须注意陶瓷生产过程中必须注意升降温速度升降温速度的问题:在制品烧的问题:在制品烧成和冷却时
8、,处于晶型转化的温度阶段,应适当控制升温成和冷却时,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。与冷却速度,以保证制品不开裂。陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学u釉料中釉料中,SiO,SiO2 2是玻璃质的主要成分,是玻璃质的主要成分,提高釉料的机械强度,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。硬度,耐磨性,耐化学侵蚀性;提高釉料的熔融温度与粘度。u烧成前,烧成前,调节泥料的可塑性调节泥料的可塑性,为生坯水分快速排除提供通路,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,增加渗水性,有利于施釉工艺,降低干燥收缩并加快干燥降低干燥收缩
9、并加快干燥。u烧成时,石英的加热膨胀可部分抵消坯体的收缩;高温时烧成时,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,构成坯体的骨架,防止坯体软化变形防止坯体软化变形。u可提高坯体的机械强度,透光度,白度。可提高坯体的机械强度,透光度,白度。陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学第四节第四节 长石类原料长石类原料一一 长石的种类和性质长石的种类和性质 长石类矿物是长石类矿物是架状结构的碱金属或碱土金属的铝硅架状结构的碱金属或碱土金属的铝硅酸盐。酸盐。陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学2 2 长石
10、的熔融特性长石的熔融特性 陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学注意!注意!陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学高温粘度和高温粘度系数要求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。一般要求高温粘度大,高温粘度系数小。二二 陶瓷工业对长石质量要求陶瓷工业对长石质量要求熔点的要求熔点的要求化学组成的要求化学组成的要求矿物组成的要求矿物组成的要求陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学三三 长石在陶瓷生产中的作用长石在陶瓷生产中的作用陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学第五节第五节 碱土硅酸盐类原料碱土硅酸盐类原料u作用:作用:降低烧成温度,扩大烧成温度范围。降低烧成温度,扩大烧成温度范围。提高坯体白度,透明度,机
11、械强度和热稳定性。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。提高釉的弹性,热稳定性,增加釉的熔融温度范围。陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学陶陶 瓷瓷 工工 艺艺 学学第六节第六节 碳酸盐、硫酸盐及硼酸盐类原料碳酸盐、硫酸盐及硼酸盐类原料配料配料v满足产品的物理、化学性质和使用要求满足产品的物理、化学性质和使用要求 v考虑生产工艺及设备条件考虑生产工艺及设备条件 v拟定配方时应考虑经济上的合理性拟定配方时应
12、考虑经济上的合理性 v借鉴成熟配方借鉴成熟配方 v各原料在陶瓷材料中的作用各原料在陶瓷材料中的作用 坯料组成的表示方法v实际配料量(比)表示法实际配料量(比)表示法v化学组成表示法化学组成表示法v实验公式实验公式(赛格式赛格式)表示法表示法v矿物组成(示性组成)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、坯料的种类一、坯料的种类 (1 1)注浆坯料,含水率)注浆坯料,含水率282835%35%;(2 2)可塑坯料,含水率)可塑坯料,含水率181825%25%;(3 3)压制坯料,含水率)压制坯料,含水率3 36%6%(干压坯料);(干压坯料);含水率含水率7 715%15%(半干压
13、坯料);(半干压坯料);坯料:坯料:陶瓷原料经配料和一定的工艺加工,得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、坯料的品质要求二、坯料的品质要求 坯料的总体质量要求坯料的总体质量要求配方准确配方准确 组分均匀组分均匀 细度合理细度合理空气含量少空气含量少 u良好的可塑性良好的可塑性u满足成型和半成品的干燥强度满足成型和半成品的干燥强度u细度细度u含水量适当含水量适当u空气含量空气含量u干燥强度高干燥强度高u收缩率小收缩率小可塑泥料的品质要求可塑泥料的品质要求2 2、注浆坯料的品质要求、注浆坯料的品质要求 流动性好。流动性好。
14、悬浮性好。悬浮性好。触变性恰当。触变性恰当。滤过性好。滤过性好。泥浆含水量少。泥浆含水量少。脱模性好。脱模性好。3 3、压制粉料的品质要求、压制粉料的品质要求 流动性好流动性好 堆积密度大堆积密度大 含水率及水分均匀性含水率及水分均匀性形状、大小及粒度分布形状、大小及粒度分布坯料制备的主要工序及设备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u根据粉碎后粉料的粒度可分为:根据粉碎后粉料的粒度可分为:粗碎粗碎(40-50mm40-50mm)
15、,),颚式破碎机颚式破碎机;中碎中碎(0.3-0.5mm0.3-0.5mm),),轮辗机轮辗机、雷蒙机;、雷蒙机;细碎细碎(60m60m),),球磨机球磨机、雷蒙机;、雷蒙机;超细粉碎超细粉碎(几个(几个mm),振动磨、气流粉碎等。),振动磨、气流粉碎等。u原料粉碎:原料粉碎:块状固体物料在机械力的作用下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。而破碎使块度或粒度达到要求的操作。粉碎的四种方法粉碎的四种方法压碎;研磨;劈裂;撞击压碎;研磨;劈裂;撞击球磨机球磨机u陶瓷行业多采用陶瓷行业多采用间隙式球间隙式球磨机,采用湿磨磨机,采用湿磨。u影响效率的主要因素:影响效率的主要因
16、素:球磨转速、研磨介质(多少、大小、形状、级配、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。密度)、料球水比、加料粒度、加料方式。1 1、压滤脱水、压滤脱水(机械脱水):(机械脱水):2020-25%25%间歇式间歇式压滤机压滤机2 2、喷雾干燥脱水、喷雾干燥脱水(热风脱水):(热风脱水):喷雾干燥塔喷雾干燥塔v 真空练泥的作用真空练泥的作用 经真空练泥后,可经真空练泥后,可排除空气排除空气,使,使泥料水分、组成分布均匀泥料水分、组成分布均匀,收缩减小,提高干燥强度,收缩减小,提高干燥强度,提高泥料的可塑性、致密度。提高泥料的可塑性、致密度。v 练泥分为练
17、泥分为粗练和真空练泥(精练)粗练和真空练泥(精练)。(真空)练泥机(真空)练泥机v影响泥料质量的因素影响泥料质量的因素 1 1)泥饼的水分高低及均匀性)泥饼的水分高低及均匀性。2 2)加料速度。)加料速度。3 3)真空度。)真空度。4 4)泥饼的温度和练泥机室内的温度。)泥饼的温度和练泥机室内的温度。5 5)练泥机结构。)练泥机结构。1)1)颗粒取向的定义: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。最大方向(长轴方向)重叠排列。这种颗粒在平面内择优取这种颗粒在平面内择优取向的现象就是颗粒
18、取向。向的现象就是颗粒取向。v可塑泥团的颗粒取向可塑泥团的颗粒取向3 3)颗粒取向与收缩、变形的关系)颗粒取向与收缩、变形的关系无定向排列:无定向排列:在任何方向上颗粒取向是统计地均匀排列。在任何方向上颗粒取向是统计地均匀排列。定向排列:定向排列:颗粒沿一个方向排列。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。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,则各方向收缩越定向排列收缩有差异,定向化程度越高,则各方向收缩越大。大。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,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。性能提
19、高。陈腐的作用机理陈腐的作用机理 :1 1)通过)通过毛细管的作用毛细管的作用,使坯体中水分更加均匀。,使坯体中水分更加均匀。2 2)水和电解质的作用水和电解质的作用使粘土颗粒充分水化,发生离子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。交换,同时非可塑性物质转变为粘土,可塑性提高。3 3)有机物:有机物:发酵腐烂可塑性提高。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
20、度分布,以满足坯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。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。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1/51/101/51/10。(三)粉料的堆积性质 拱桥效应拱桥效应颗粒堆积情况颗粒堆积情况(四)粉料的流动性 离心式雾化离心式雾化气流式物化气流式物化压力式雾化压力式雾化坯料制
21、备过程工艺控制 一、原料水分的测定及配料的调配一、原料水分的测定及配料的调配二、球石质量的检查二、球石质量的检查三、泥料的细度控制三、泥料的细度控制四、泥浆性能的控制四、泥浆性能的控制水分、比重、流动性、稠化度水分、比重、流动性、稠化度等。等。五、坯粉性质的控制五、坯粉性质的控制(一一)坯粉干容重坯粉干容重(二二)坯粉流动性坯粉流动性(三三)坯粉水分坯粉水分u常用成形方法:常用成形方法:包括包括可塑法成形、注浆成形和压制成形可塑法成形、注浆成形和压制成形成形概述成形概述u成形:成形:将坯料加工成具有一定形状和尺寸的半成品。将坯料加工成具有一定形状和尺寸的半成品。塑性坯料塑性坯料浆料浆料粉料粉料
22、可塑成形原理:可塑成形原理:利用模具或刀具等的运动所造成的压力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、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,制成坯体使坯料在外力的作用下发生可塑变形,制成坯体。第一节第一节 可塑成形可塑成形塑性变形塑性变形塑性泥团塑性泥团受外力受外力坯体坯体一一 塑性坯料成型性能塑性坯料成型性能1 1、可塑泥团的流变特性、可塑泥团的流变特性 空气空气0.51u可塑性泥团由固相、液相、少量气相组成的弹性可塑性泥团由固相、液相、少量气相组成的弹性塑性系统。塑性系统。粘土泥团的应力应变曲线粘土泥团的
23、应力应变曲线 当应力很小时,受应力当应力很小时,受应力的作用产生形的作用产生形变变,两者呈直线关系,且可逆。,两者呈直线关系,且可逆。当当y y,则出现假塑性变形,不可逆。,则出现假塑性变形,不可逆。假塑性变形:假塑性变形:除去泥团受到的应力,会部分地回复到除去泥团受到的应力,会部分地回复到原来状态(原来状态(用用y y表示表示),剩下的不可逆变形部分),剩下的不可逆变形部分n n叫叫做假塑性变形。做假塑性变形。屈服值:屈服值:由弹性变形过渡到假塑性变形的极限应力由弹性变形过渡到假塑性变形的极限应力y y,称为流动极限(或称流限)称为流动极限(或称流限)强度极限强度极限p p,泥团会开裂破坏,
24、泥团会开裂破坏u泥团的成形性能的评价指标泥团的成形性能的评价指标 一般可以近似地用一般可以近似地用屈服值和最大变形量的乘积屈服值和最大变形量的乘积(评价泥料的成型能力。评价泥料的成型能力。一定含水率一定含水率屈服值随泥团中水分增加而降低屈服值随泥团中水分增加而降低含水量降低,含水量降低,屈服值屈服值y:泥团开始假塑性变形时须加的应力;泥团开始假塑性变形时须加的应力;y高高防受偶然的外力产生变形,保证成型时有足防受偶然的外力产生变形,保证成型时有足够的稳定性够的稳定性u矿物种类矿物种类粘土矿物的结构粘土矿物的结构 伊利石伊利石 高岭石高岭石 蒙脱石蒙脱石u固相颗粒大小和形状固相颗粒大小和形状 颗
25、粒愈细,颗粒愈细,分散度越大,比表面积愈大,颗粒表分散度越大,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,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。可塑性越好。层状、短柱状颗粒层状、短柱状颗粒比球状和立方状颗粒的比球状和立方状颗粒的可塑性可塑性好好(易形成面与面的接触,毛细管半径小(易形成面与面的接触,毛细管半径小力大;力大;对称性低,移动阻力大)对称性低,移动阻力大)2 2、影响泥团可塑性的因素、影响泥团可塑性的因素u吸附阳离子的种类吸附阳离子的种类 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
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