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1、設(shè)計(jì)材料及加工工藝王智敏王智敏2022-6-18第十二講第十二講 陶瓷及加工工藝陶瓷及加工工藝目錄1212.1 .1 陶瓷概述陶瓷概述1212.2 .2 陶瓷材料的基本性能陶瓷材料的基本性能1212.3 .3 陶瓷的加工工陶瓷的加工工1212.4 .4 設(shè)計(jì)常用的陶瓷材料設(shè)計(jì)常用的陶瓷材料1212.5 .5 陶瓷在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用陶瓷在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用12.1 陶瓷概述陶瓷概述 “陶瓷”為無(wú)機(jī)非金屬材料,是人類利用黏土礦物或巖石等多種天然資源,經(jīng)過火燒制成功的技術(shù)成果。它與人類歷史文明有著十分密切的關(guān)系,尤其是我們瓷器的發(fā)明及其工藝和技術(shù)的輝煌成就,對(duì)于人類文化都曾做出過很大的貢獻(xiàn)。 12.1.1 陶

2、瓷的發(fā)展歷史陶瓷的發(fā)展歷史 人類的材料文明同火有著密切的聯(lián)系,據(jù)說人類在用火是發(fā)現(xiàn)被燒的黏土特別硬而發(fā)明了陶器;而在燒制陶器過程中,發(fā)現(xiàn)還原出的銅,而發(fā)明了冶煉銅,進(jìn)而有了冶煉鐵。袋足內(nèi)模 制陶工具新石器時(shí)代陜西龍山文化 中國(guó)是世界上歷史悠久的文明古國(guó)之一,陶瓷生產(chǎn)有著悠久的歷史和光輝的成就。制陶技藝的產(chǎn)生可追溯到4500年至2500年以前的時(shí)代。 雙格陶調(diào)色盒 繪畫用具 高6.5厘米新石器時(shí)代馬家窯文化 宋代的高溫色釉及碎紋釉、鐵系花釉,如兔豪、油滴、玳瑁斑等。 明清時(shí)期的青花、粉彩、祭紅、郎窯紅等產(chǎn)品都是我國(guó)陶瓷史上光彩奪目的明珠。 唐代的越窯青瓷和邢窯白瓷、唐三彩。4.1.2 陶瓷的分類

3、陶瓷的分類(1)按材料分類:)按材料分類:分為普通陶瓷(傳統(tǒng)陶瓷) 特種陶瓷(現(xiàn)代陶瓷)日用陶瓷建筑陶瓷絕緣陶瓷化工陶瓷多孔陶瓷金屬陶瓷導(dǎo)電陶瓷壓電陶瓷超導(dǎo)陶瓷耐酸陶瓷半導(dǎo)體陶瓷陶瓷(2)按制品特性分類:)按制品特性分類: 陶瓷是陶器與瓷器兩大類產(chǎn)品的總稱。傳統(tǒng)的陶瓷材料是用粘土及其它天然礦物原料經(jīng)粉碎加工、成型、煅燒等生成。陶器通常有一定吸水率,斷面粗糙無(wú)光,不透明,敲之聲粗啞,有的無(wú)釉,有的施釉。 瓷器的坯體致密,基本上不吸水,有一定的半透明性,有釉層, 比陶器燒結(jié)度高。 根據(jù)陶瓷的顏色和吸水率大小不同,普通陶瓷又可分為陶器、炻器、瓷器。介于陶器與瓷器之間的一類產(chǎn)品,國(guó)外通稱炻器,也有稱為

4、半瓷。具體內(nèi)容詳見下表。 陶瓷制品的分類表陶瓷制品的分類表 1 名稱 特點(diǎn) 主 要 制 品顏色吸水率(%) 粗陶器帶色10日用缸器、磚、瓦精陶器石灰質(zhì)長(zhǎng)石質(zhì)白色白色1822912 日用器皿、彩陶日用器皿、衛(wèi)生陶瓷、裝飾釉磚面炻器粗炻器細(xì)炻器帶色白或帶色481 缸器、建筑外墻磚、錦磚、地磚日用器皿、化工及電器工業(yè)用品、瓷質(zhì)磚瓷器長(zhǎng)石瓷絹云母瓷滑石瓷骨灰瓷白色白色白色白色0.50.50.50.5 日用餐茶具、陳設(shè)瓷、高低壓電瓷日用餐茶具、美術(shù)用品日用餐茶具、美術(shù)用品日用餐茶具、美術(shù)用品 名 稱 特 點(diǎn) 主 要 制 品特種瓷高鋁質(zhì)瓷鎂質(zhì)瓷鋯質(zhì)瓷鈦質(zhì)瓷磁性瓷電子陶瓷金屬陶瓷其他 耐高頻、高強(qiáng)度、耐高溫

5、耐高頻、高強(qiáng)度、低介電損失高強(qiáng)度、高介電損失高電容率、鐵電性、壓電性高電阻率、高磁致伸縮系數(shù)有導(dǎo)電性、電光性高強(qiáng)度、高熔點(diǎn)、高韌性、抗氧化 硅線石瓷、剛玉瓷等滑石瓷鋯英石瓷鈦酸鋇、鈦酸鍶、金紅石瓷鐵淦氧瓷、鎳鋅磁性瓷電子元器件等鐵、鎳、鈷金屬陶瓷,如火箭噴嘴氧化物、碳化物、硅化物瓷等陶瓷制品的分類表陶瓷制品的分類表 2 常用功能陶瓷的組成、特性及應(yīng)用常用功能陶瓷的組成、特性及應(yīng)用 種類種類 性能特征性能特征 主要組成主要組成 用途用途 介電陶瓷 絕緣性 Al2O3、Mg2SiO4 集成電路基板 熱電性 PbTiO3、BaTiO3 熱敏電阻 壓電性 PbTiO3、LiNbO3 振蕩器 強(qiáng)介電性

6、BaTiO3 電容器 光學(xué)陶瓷 熒光、發(fā)光性 Al2O3CrNd玻璃 激光 紅外透過性 CaAs、CdTe 紅外線窗口 高透明度 SiO2 光導(dǎo)纖維 電發(fā)色效應(yīng) WO3 顯示器 磁性陶瓷 軟磁性 ZnFe2O、-Fe2O3 磁帶、各種高頻磁心 硬磁性 SrO6 Fe2O3 電聲器件、儀表及控制器件的磁芯 半導(dǎo)體陶瓷 光電效應(yīng) CdS、Ca2Sx 太陽(yáng)電池 阻抗溫度變化效應(yīng) VO2、NiO 溫度傳感器 熱電子放射效應(yīng) LaB6、BaO 熱陰極 12.2 陶瓷的基本性能陶瓷的基本性能具高熔點(diǎn)、高硬度、高化學(xué)穩(wěn)定性;耐高溫、耐氧化、耐腐蝕。密度小、彈性模量大、耐磨損、強(qiáng)度高等特點(diǎn)。易碎 主要性能指標(biāo)

7、有:強(qiáng)度、硬度、熱性能、電導(dǎo)率、絕緣強(qiáng)度、白度、透光度、光澤度、化學(xué)性能、氣孔率、吸水率等顯著特征顯著特征 性性 能能(1)硬度硬度 是各類材料中最高的。(高聚物20HV,淬火鋼500-800HV,陶瓷 1000-5000HV)(2)剛度:剛度:是各類材料中最高的 (塑料1380MN/m2,鋼207000MN/m2)(3)強(qiáng)度:強(qiáng)度:理論強(qiáng)度很高(E/10-E/5);由于晶界的存在,實(shí)際強(qiáng)度比理論值低的多。 (E/1000-E/100)。耐壓(抗壓強(qiáng)度高),抗彎(抗彎強(qiáng)度高),不耐拉耐壓(抗壓強(qiáng)度高),抗彎(抗彎強(qiáng)度高),不耐拉(抗拉強(qiáng)度很低,比抗壓強(qiáng)度低一個(gè)數(shù)量級(jí))較高的高溫強(qiáng)度較高的高溫強(qiáng)

8、度。(4) 塑性:塑性: 在室溫幾乎沒有塑性。(5) 韌性:韌性:差,脆性大差,脆性大。是陶瓷的最大缺點(diǎn)。(6) 熱膨脹性:熱膨脹性:低低。導(dǎo)熱性差,多為較好的絕熱材料(=10-210-5w/mK)(7) 熱穩(wěn)定性:熱穩(wěn)定性:抗熱振性(在不同溫度范圍波動(dòng)時(shí)的壽命)急冷到水中不破裂所能承受的最高溫度。陶瓷的抗熱振性很低(比金屬低的多,日用陶瓷220)(8) 化學(xué)穩(wěn)定性:化學(xué)穩(wěn)定性:耐高溫,耐火,不可燃燒,抗蝕(抗液體金屬、酸、堿、鹽)(9) 導(dǎo)電性:導(dǎo)電性:大多數(shù)是良好的絕緣體,同時(shí)也有不少半導(dǎo)體(NiO,F(xiàn)e3O4等)(10)其它:其它:不可燃燒,高耐熱,不老化,溫度急變抗力低。4.3 陶瓷的

9、加工工藝陶瓷的加工工藝陶瓷的加工工藝;陶瓷的加工工藝;將陶瓷原料按一定比例配制、混合,經(jīng)成型和表面處理后燒制而成。常用的成型方法有兩種:常用的成型方法有兩種:一種是半干法成型,另一種是澆注法。焙燒陶瓷的窯爐常用輥道窯、隧道窯。用半干法成型的陶瓷面磚的典型生產(chǎn)工藝。 半干法成型的陶瓷磚生產(chǎn)工藝 12.3 陶瓷的加工工藝陶瓷的加工工藝 大部分陶瓷是通過粉體成型和高溫?zé)Y(jié)來成形的。陶瓷所用原料,首先是保證陶瓷制品的各結(jié)構(gòu)物的生成,其次是必須具有加工所需的各工藝性能。12.3.1 12.3.1 原料配制原料配制普通陶瓷所需原料可歸納為三大類,即具有可塑性的粘土類原料、具有非可塑性的石英類原料(瘠性原料

10、)和熔劑原料。 除了上述普通陶瓷所需的三大原料外,陶瓷釉料還常常需用各種特殊的熔劑原料,包括采用各種化工原料。 (1)可塑成型法)可塑成型法旋坯滾壓法擠壓(做管、棒)拉坯(車坯)雕塑與印坯工業(yè)上使用最較多的是旋壓和滾壓兩種工業(yè)上使用最較多的是旋壓和滾壓兩種 1212.3.2 .3.2 陶瓷成型陶瓷成型旋壓和滾壓拉坯(2)注漿法和干壓法)注漿法和干壓法空心注漿法示意圖 有空心注漿法、實(shí)心注漿法、壓力注漿和離心注漿法實(shí)心注漿法示意圖 手工陶藝手工制碗手工制碗普京制陶(3)干壓法)干壓法 干壓成型是利用壓力,將干粉坯料在模中加壓成致密坯體的一種成型方法。干壓成型、等靜壓成型和熱壓成型,都是新出現(xiàn)的成

11、型方法。其中干壓成型過程簡(jiǎn)單,產(chǎn)量大,缺陷少,并便于機(jī)械化,對(duì)成型形狀簡(jiǎn)單的小型坯體,有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。由于干壓成型的坯料水分少,壓力大,坯體致密,因此能獲得收縮小,形狀準(zhǔn)確,易于干燥的生坯。 干壓成型常用于特種陶瓷特種陶瓷的生產(chǎn)。成型后的坯體經(jīng)干燥干燥、裝飾裝飾、上釉上釉和焙燒工藝焙燒工藝后制成產(chǎn)品。a)單向加壓?jiǎn)蜗蚣訅?b)雙向加壓圖雙向加壓圖干壓成形干壓成形1212.3.3 .3.3 上上 釉釉上上 釉釉 所謂釉是指附著于陶瓷坯體表面的連續(xù)玻璃質(zhì)層。釉料是在坯體燒結(jié)的溫度下成熟。陶瓷施釉的目的在于改善坯體的表面性能,提高力學(xué)強(qiáng)度。上釉分釉下彩和釉上彩。上釉分釉下彩和釉上彩。釉下彩:釉下彩

12、:在生坯 (或素?zé)耘?上進(jìn)行彩繪,然后施一層透明釉,最后釉燒即為釉下彩繪。釉上彩:釉上彩:在釉燒過的陶瓷釉上用低溫顏料進(jìn)行彩繪,然后在不高的溫度下 (660900度)彩燒的裝飾方法。釉下彩明青花瓷釉上彩清乾隆八仙圖12.4 設(shè)計(jì)常用的陶瓷材料設(shè)計(jì)常用的陶瓷材料傳統(tǒng)陶瓷 特種陶瓷日用器皿建筑陶瓷絕緣陶瓷衛(wèi)浴潔具美術(shù)陶瓷園林陶瓷烹飪陶瓷氧化物陶瓷非氧化物陶瓷玻璃陶瓷功能陶瓷設(shè)計(jì)常用的陶瓷材料4.5 陶瓷應(yīng)用實(shí)例陶瓷應(yīng)用實(shí)例 陶瓷材料的發(fā)展,不僅像以往那樣生活實(shí)用器皿,擺設(shè)的工藝品,而且大量制成建筑用材,用于各種不同的工藝結(jié)構(gòu)和藝術(shù)形式的大型壁畫、雕刻和室內(nèi)外的景觀,其工藝效果與藝術(shù)魅力是其它材料望塵莫及的,是一個(gè)既傳

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