陶瓷原料的配方設(shè)計及燒制成型實驗報告

華南師范大學實驗報告學生姓名：李寶儀、李曉君 學號：20122400136、20122400123專業(yè)： 材料化學 年級、班級: 2012課程名稱：無機非金屬材料實驗實驗項目： 陶瓷的設(shè)計實驗指導老師： 羅穗蓮 實驗評分:一、 實驗目的：1、 了解陶瓷胚料原料的種類和各原料在陶瓷制備中所發(fā)揮的作用2、 通過觀察陶瓷相圖成分，根據(jù)相圖制定制備成分方案3、 掌握制備陶瓷的前期物料處理方法，了解陶瓷的制作原理4、 掌握釉料的制備方法，選擇合適的成分制備釉料5、 掌握釉料的使用操作二、 實驗原理：各種陶瓷產(chǎn)品對坯料和坯料的性能有不同的要求，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)果進行試驗，然后在試驗的基礎(chǔ)上確定產(chǎn)品的最佳配方。并以此為依據(jù)，選擇適當?shù)墓に囘M行坯料的制備。用已有的由化學分析得到的化學組成或已有的坯式為依據(jù)，用原料逐項滿足的方法，雖能保證坯料的化學組成，但可因礦物的組成差異，滿足不了坯料的工藝性能等。而對于以礦物組成為基準原料逐項滿足的方法，又有原料的礦物組成不易求出的不便。故現(xiàn)多用的是經(jīng)驗與理論相結(jié)合的方法。

陶瓷的燒結(jié)，隨著溫度升高，陶瓷坯體中具有比表面大，表面能較高的粉粒，力圖向降低表面能的方向變化，不斷進行物質(zhì)遷移，晶界隨之移動，氣孔逐步排除，產(chǎn)生收縮，使坯體成為具有一定強度的致密的瓷體。燒結(jié)的推動力為表面能。燒結(jié)可分為有液相參加的燒結(jié)和純固相燒結(jié)兩類。燒結(jié)過程對陶瓷生產(chǎn)具有很重要的意義。為降低燒結(jié)溫度，擴大燒成范圍，通常加入一些添加物作助熔劑，形成少量液相，促進燒結(jié)。如添加少量二氧化硅促進鈦酸鋇陶瓷燒結(jié)；又如添加少量氧化鎂、氧化鈣、二氧化硅促進氧化鋁陶瓷燒結(jié)。釉是指覆蓋在陶瓷坯體表面上的一層玻璃態(tài)物質(zhì)。它是根據(jù)瓷坯的成分和性能要求，采用陶瓷原料和某些化工原料按一定比例配方、加工、施覆在坯體表面，經(jīng)高溫熔融而成。一般地說，釉層基本上是一種硅酸鹽玻璃。它的性質(zhì)和玻璃有許多相似之處，但它的組成較玻璃復雜，其性質(zhì)和顯微結(jié)構(gòu)與玻璃有較大差異，其組成和制備工藝與坯料相近。釉的作用在于改善陶瓷制品的表面性能，使制品表面光滑，對液體和氣體具有不透過性，不易沾污；其次，可提高制品的機械強度、電學性能、化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。根據(jù)各原料的作用以及所配制陶瓷的性質(zhì)，設(shè)計陶瓷原料配方如下:原料SiO2A12O3K2ONa2OCaOMgO配比70%26%3%0.4%0.25%0.35%燒制溫度約為1200°C-1300°C本陶瓷配方為普通陶瓷用具，是SiO2-AlO3-RO+RO2型陶瓷其中SiO2、A12O3為主要原料，其余為輔助原料。SiO2在陶瓷坯料中與A1O3在高溫生成針網(wǎng)狀的莫來石成為胎體的骨架，以提高成品的機械強度。另一部分則與堿土金屬氧化物在高溫下形成玻璃物質(zhì)，填充與胎體骨架之間，從而使成品致密，它能夠提高坯體機械強度和制品的透明度，SiO2還有一部分未參加上述反應的則為游離狀態(tài)的，也起骨架作用，亦可避免坯體在玻璃化時產(chǎn)生彎曲，變形缺陷。SiO2在燒成和冷卻過程會發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，體積變化大，因此，在坯料配方時要適量控制，不宜用量過大，否則易使成品的熱穩(wěn)定性降低。SiO2用量在60%-70%之間，因此SiO2的用量設(shè)為70%。A1O3在坯料中主要與在高溫下生成莫來石，起著骨架作用，并能提高燒成溫度，擴大坯料的燒結(jié)范圍，提高成品的機械強度，化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，還可提高瓷器的白度。如含量低于15%時，則降低燒成溫度并縮小燒結(jié)范圍，易造成制品變形和熱穩(wěn)定性降低。因此設(shè)定A1O3為26%。剩余15%為輔助原料CaO在高溫下能與SiO2形成低共熔物一一偏硅酸鈣，起著助熔作用。它助熔作用強，能降低坯料的燒成溫度，增加坯料的致密度，提高制品的機械強度和透明度以及熱穩(wěn)定性。但含量不能態(tài)度，易影響制品色澤變形、煙熏。因此其含量設(shè)計為0.25%。Na2O、K2O在陶瓷坯料中，能熔融部分而生存玻璃相，填充于胎體骨架的空隙中，并能加速莫來石的成長。可提高瓷器的透明度。由于Na2O的熔融溫度和高溫粘度都比K2O低，變化又快，而且膨脹系數(shù)Na2O比K2O大，若坯料中的Na2O比K2O多，不僅縮小燒成范圍，而且還易引起制品剝釉。在坯料中的含量最好小于1%。因此，Na2O為0.4%，K2O為0.35%。釉料：實驗方案：各組分的質(zhì)量分數(shù)為:Na2OK2OCaOMgOAl2O3CuOSiO214.8%3%8%3%3%0.02%68%三、實驗藥品與儀器實驗藥品：碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鈣、堿式碳酸鈣、氧化鋁、石英砂、氧化鐵（均為化學純）儀器：爐子，烘箱四、實驗步驟1、 按照坯式計算所需各種原料的質(zhì)量（以100g的坯土為標準），稱量碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鈣、堿式碳酸鈣、氧化鋁、石英各種原料所需質(zhì)量。2、 將各種原料均勻混合，并逐步加入一定量的水，使得坯土具有一定塑性。將具有一定塑性的坯土進行初步定型，定型完成后，加坯土放入到烘箱中，減少坯土所含水分。3、 兩天后，按照釉料坯式計算所需各種原料的質(zhì)量（以20g的釉料為標準），稱量碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鈣、堿式碳酸鈣、氧化鋁、石英、氧化鐵各種原料所需質(zhì)量。4、 均勻混合后，逐步加入一定量的水，使得釉料有一定的水性。將配好的釉料用刷子均勻涂抹于具有初步形態(tài)的陶瓷中，保證釉料在表面均勻分布。5、 完成釉料涂抹工作后，可以再放入烘箱暫存。最后放入爐子進行燒制。五、實驗現(xiàn)象與分析實驗現(xiàn)象：燒制出來的陶瓷表面不均勻，出現(xiàn)許多孔洞，表面沒有形成玻璃質(zhì)的釉面，并且由于釉料涂抹不均勻而且部分釉料仍為溶解分散均勻，導致表面凹凸不平，結(jié)構(gòu)十分稀疏。而玻璃內(nèi)部也沒有形成致密結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)十分稀疏，有大量孔洞，陶瓷的燒結(jié)沒有達到預期效果?，F(xiàn)象分析：1、 本實驗所燒制的陶瓷成型失敗，主要的原因是燒制溫度過高，超過了坯體的熔點，不僅不能使陶瓷很好地燒結(jié)成致密的陶瓷結(jié)構(gòu)，反而會出現(xiàn)了坯體熔化，無法成型的現(xiàn)象。2、 可能由于塑