陶瓷工藝學-21-23坯料的類型配料的依據及配料計算-0910課件

第2章坯料及配料第一節(jié)坯料的類型普通陶瓷坯料一般都是以粘土為主要原料，故可通稱為粘土質坯料。由于使用的粘土種類以及熔劑原料的種類不同，所以還可以將坯料進一步加以區(qū)分。如以長石作為主要熔劑原料的坯料稱為長石質坯料。本章以介紹長石質瓷、絹云母質瓷、磷酸鹽質瓷和鎂質瓷坯料為主，同時也介紹一些其它質地的陶瓷坯料（如硅灰石質陶瓷、鋰質陶瓷、葉蠟石質陶瓷等）。一、瓷器坯料（一）長石質瓷坯料

它是以長石作助熔劑的“長石-高嶺土-石英”三組分系統瓷。以長石、石英、高嶺土為主要原料，按一定比例配合成坯料，再在一定的溫度范圍內燒成瓷。燒成特點：燒成溫度范圍比較寬，可在1150~1450℃的溫度范圍內燒成各種瓷器。我國的長石質瓷的燒成溫度一般為1250~1350℃。用途：適合于作餐具、茶具、陳設瓷器、裝飾美術瓷以及一般的工業(yè)技術用瓷器。長石質瓷的瓷胎構成及特點：由玻璃相、莫來石晶相、殘余石英晶相及微量氣孔構成。其瓷質潔白，薄層呈半透明，斷面呈貝殼狀，不透氣，吸水率低，質地堅硬，力學強度高，化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好。一般長石質瓷其燒成溫度在1450℃以下，瓷的相組成范圍為：玻璃相50%~60%，莫來石晶相10%~20%，殘余石英8%~12%，半安定方石英6%~10%。2.各種氧化物在瓷中的作用

①SiO2。瓷中的SiO2以“半安定方石英”、“殘余石英顆?！?、熔解在玻璃相中的“熔融石英”，以及在莫來石晶體和玻璃態(tài)物質中的結合狀態(tài)存在。在瓷中的作用：

SiO2是瓷的主要組份，含量很高，直接影響瓷的強度及其它性能。但其含量不能過高，如果超過75%以上接近80%，瓷器燒結后熱穩(wěn)定性變壞，易出現自行炸裂現象。

②Al2O3。瓷中的Al2O3主要是由長石和高嶺土引入的，是成瓷的主要組分，一部分存在于莫來石晶體中，另一部分熔于熔體中以玻璃相存在。在瓷中的作用：Al2O3可以提高瓷的化學穩(wěn)定性與熱穩(wěn)定性，提高瓷的物理化學性能和力學性能，提高白度。但是含量多會提高瓷的燒成溫度，若過少（低于15%），則瓷坯容易變形。③K2O與Na2O。主要由長石引入，它們也是成瓷的主要組分。起助熔作用，存在于玻璃相中提高其透明度。一般K2O與Na2O的總量控制在5%以下為宜，否則會急劇地降低瓷的燒成溫度及熱穩(wěn)定性。④堿土金屬氧化物（CaO、MgO等）。在一般情況下含量較少，不是特別引入的。在瓷中的作用：在少量情況下，與堿金屬氧化物共同其助熔作用；但引入CaO、MgO等，可以相對地提高瓷的熱穩(wěn)定性和力學強度，提高白度和透明度，改進瓷的色調，減弱鐵、鈦的不良著色影響。⑤著色氧化物（Fe2O3與TiO2）。使制品著色成不好的色澤，影響其外觀品質。因此要求瓷組成中Fe2O3的含量應在1%以下，TiO2的含量應在0.2%以下為宜，并配合一定的工藝措施以減弱它們的有害影響。4.長石質瓷的示性礦物組成與實際配方(1)示性礦物組成是指在能夠成瓷的前提下，理論上的長石、石英、高嶺土三種礦物的配合比例。我國瓷器的示性礦物組成范圍一般為：長石20%~30%，石英25%~35%，粘土物質40%~50%，燒成溫度在1250~1350℃，有些南方瓷廠可達到1400℃。(2)實際配方實際配方是在示性礦物組成的基礎上，考慮具體原料與生產工藝條件等因素而制定的生產配方。

a.為了考慮其成形性能，在使用高嶺土的同時，必須使用一定數量的強可塑性粘土。例如可用膨潤土作為增塑劑，其用量一般在5%以下。也可用其它塑性強的粘土，用量應通過具體實驗而定。有時因為粘土的可塑性太強，而為了提高氧化鋁的引入量，必須大量采用時，可將部分粘土（或高嶺土）煅燒成熟料使用，視其情況可在10%以下。

b.長石與石英的用量主要是根據瓷的性能要求而決定，其次應考慮到成形和干燥性能所要求的減粘作用。瓷坯組成中主要是采用鉀長石，它的特點是高溫粘度大，熔融范圍寬，有利于成瓷，可防止產品變形。而鈉長石的高溫粘度小，產品易于變形，燒成中不易控制，但它有利于晶體的發(fā)育成長。石英在低溫下主要起減粘作用，降低坯體的收縮，利于干燥，防止變形。在高溫下則參與成瓷反應，溶解在長石玻璃中，提高粘度，構成骨架，提高強度。（二）絹云母質瓷它是以絹云母為熔劑的“絹云母-石英-高嶺土”系統瓷。燒成溫度視其瓷石與高嶺土用量比例，可在1250~1450℃選擇，在實際生產中一般為1350℃以下。絹云母質瓷的瓷質由“石英、方石英、莫來石、玻璃相”構成。瓷質除具有長石質瓷的一般性能特點外，還有透明度較高，加之采用還原焰燒成，外觀呈“白里泛青”的特色和風格。適用與餐具、工藝美術瓷等。1、化學成分它的組成與長石質瓷大體一致，其組成范圍為：(R2O+RO)4.5%~7%，Al2O322%~30%，SiO260%~70%。2、示性礦物組成按照目前擁有的資料通過計算，可提出如下的范圍：絹云母30%~50%，石英15%~25%，高嶺土30%~50%，其它礦物5%~10%。在上述這一組成范圍內，均可成瓷。3、實際配方中國傳統的生產方法，開始是以單一的水云母、絹云母粘土作為原料，以后隨著工藝技術的發(fā)展及新材料的采用，逐漸地由單一組分配料演變?yōu)榇墒c高嶺土的二組分配料。這種配料是以一種高嶺土和一種瓷石，或以幾種高嶺土和幾種瓷石配合組成配料。上述的配料中，由于瓷石中含有大量的絹云母、水云母、石英等礦物，少量的多水高嶺土、碳酸鹽礦物等，因而，實際的組成則主要是絹云母、石英和高嶺土。這里絹云母起著助熔作用，長石與石英的作用與在長石質瓷中的作用相同。目前絹云母質瓷已不局限于二組分配料，逐漸增加了長石含量，兼有長石質瓷的一些配方特點在品質上有了進一步的改進和提高。燒后瓷質主要由鈣長石，-Ca3(PO4)2，方石英，莫來石和玻璃相所構成。該瓷的白度高，透明度好，瓷質軟，光澤柔和，但脆性大，熱穩(wěn)定性較差，而且燒成范圍窄，不易控制。實際配方：骨灰瓷坯料的原料配比一般為：骨灰20%~60%，長石8%~22%，高嶺土25%~45%，石英9%~20%。（四）鎂質瓷鎂質瓷是以含MgO的鋁硅酸鹽為主晶相的瓷。按照瓷坯的主晶相不同，它可以分為：原頑輝石瓷（即滑石瓷）、鎂橄欖石瓷、尖晶石瓷及堇青石瓷。二、精陶坯料(一)陶器的種類陶器分為粗陶器、普通陶器和細陶器。精陶是一種細陶器制品。胎體顆粒細而均勻，燒結程度較差，吸水率一般在8%~20%。精陶制品常用于日用制品，稱為日用精陶；用于建筑材料上，稱為建筑精陶。（3）混合質細陶器：它是同時引入石灰石和長石作熔劑的。其坯料的性能介于上述兩種精陶之間，既可以作日用陶器，也可以生產建筑用的內墻磚。（二）精陶的化學組成我國生產的日用精陶大多屬長石質精陶，坯料配方屬粘土-石英-長石三元組分體系。在生產特大型制品時，為了減少變形開裂等缺陷的產生，往往可以引入10%~30%的熟料。我國生產的日用精陶坯料，根據加入原料的情況基本上可分為高鋁坯料（氧化鋁含量為30%左右）和高硅質坯料（SiO2含量為70%以上）兩種，由于所采用的粘土多為含SiO2較高的粘土，因此實際配方屬高硅質。建筑精陶系指用于裝飾或裝備建筑物的墻面、地面等的各類精陶制品。釉面磚就是其中最典型的精陶制品，釉面磚又稱釉面內墻磚，主要用于建筑物內墻裝飾。其主要物理性能為：吸水率≤22%，一般為16%~19%；熱穩(wěn)定性，置于溫差130℃環(huán)境下進行熱交換一次不開裂；白度不小于78%；彎曲強度不低于16.67MPa。精陶器一般都采用兩次燒成，第一次素燒溫度在1200~1300℃，第二次釉燒溫度在1050~1150℃。由于使用了低溫熔塊釉，坯釉之間的化學組成差別較大，釉的膨脹系數較高，致使坯釉適應性變差，極易產生早期釉層龜裂。選用彈性較大的鉛-硼釉，能在一定范圍內抵消坯釉熱膨脹所造成的有害影響，但卻使精陶器又具有了鉛溶出量過大的缺點。三、其它陶瓷器坯料（一）硅灰石質陶瓷

用硅灰石原料代替陶瓷坯料中某些長石所制得的陶瓷，具有坯料干燥收縮與燒成收縮小的特點，所以用硅灰石配制的坯料適合快速燒成產品。陶瓷工業(yè)中廣泛使用硅灰石制造釉面磚、日用陶瓷、低損耗無線電陶瓷和釉料等，也有用于生產衛(wèi)生陶瓷、磨具等。用硅灰石配制的坯體的燒成范圍較小，但通過加入Al2O3、ZrO2、SiO2或鋇鋯硅酸鹽等可提高坯體中液相的粘度，擴大硅灰石瓷的燒成范圍。（二）鋰質陶瓷用鋰輝石或其它含鋰的原料代替陶瓷器坯料中長石所制得的陶瓷具有高的熱穩(wěn)定性的特點。鋰質陶瓷能經受急劇的溫度變化而不被破壞的這種性能，使它能用作：感應爐和其他窯爐的磚襯，噴氣機和溫度控制器的元件，熱電偶保護管，渦輪機葉片，實驗室用的器皿，耐熱的廚房用具等。（三）葉蠟石質陶瓷

用葉蠟石作為陶瓷坯料中的主要粘土原料制得的陶瓷器稱為葉蠟石質陶瓷。根據有關部門估計，我國葉臘石的儲量超過了日本，主要分布于東南沿海一帶。陶瓷行業(yè)近年來相繼大量采用葉臘石作為原料來制造陶瓷器。用葉蠟石制造的陶瓷制品具有以下特點：①熱穩(wěn)定性好；②力學強度高；③色調純；④能快速燒成；⑤可節(jié)能；⑥外加助熔劑降低燒成溫度。（五）透輝石質陶瓷用透輝石原料代替陶瓷坯料中長石等熔劑原料所制得的陶瓷制品稱為透輝石質陶瓷。利用透輝石代替長石原料加在普通坯料中，制造釉面磚，其加入量在30%，可使其素燒和釉燒溫度降低120~150℃，達到既低溫快燒、節(jié)約能源，又延長窯爐使用壽命，降低成本，提高經濟效益的目的。利用透輝石原料制得的陶瓷制品在吸水率、抗折強度、熱穩(wěn)定性等性能上均能達到要求的部頒標準。透輝石原料一般含鐵雜質較多，所以燒后坯體白度較差，呈淡黃顏色，但使用遮蓋能力較強的乳濁釉，仍能生產出高白度的產品，并使其釉面平整光滑。（六）高石英質瓷一般的長石質細瓷中，石英的含量為25%~30%，而高于30%的則稱之為高石英瓷。以前的高石英瓷的主要是耐熱震性能差，易出現炸瓷現象，不能進行工業(yè)化生產，只能用于生產陶瓷美術品。近十幾年來，陶瓷研究者通過研究發(fā)現增加中顆粒石英的含量，減少熔劑的含量，發(fā)生適當程度的方石英轉化，能很大程度地提高瓷胎的力學強度和瓷器的耐熱震性。第二節(jié)配料的依據

當生產陶瓷產品的原料選定之后，確定各種原料在坯料和釉料中使用的數量是一項關鍵性的工作，因為它們直接影響到陶瓷產品的品質及其工藝制度的確定。在進行配方計算和配方試驗之前，必須對所使用的原料化學組成、礦物組成、物理性質以及工藝性能進行全面了解，同時對產品的質量要求和性能要求也要全面了解，才能做出科學配方，保證配方最大限度地獲得預期效果。在確定陶瓷配方時，應遵循下列原則：①產品的物理化學性質以及使用性能要求是考慮坯料、釉料組成的主要依據。如日用瓷要求產品有一定的白度和透明度，釉面光澤要好。而電瓷要有較高的力學強度和電氣絕緣性。釉面磚則應規(guī)格一致，釉面光滑平整并有一定的吸水率等。因此在設計配方時，一定要考慮各類陶瓷材料的基本性能要求。②在擬定配方時可采用一些工廠或研究單位積累的經驗和數據，這樣可節(jié)省時間，有助于提高效率。例如各類陶瓷材料和產品都有自己的經驗組成范圍。前人還總結了原料對坯料性質的影響關系，無論是定性的說明或定量的數據都值得參考。由于原料性質的差異和生產條件的不同，則不應機械地搬用。

③了解各種原料對產品性質的影響是配料的基礎。陶瓷是多組分材料，每種坯料中都含有多種原料，有的原料構成產品的主晶相，有的是玻璃相的主要來源，還有少量的添加物可以調節(jié)產品的性質。采用多種原料的配方有利于控制產品的性能，制造穩(wěn)定的材料。

④配方應滿足生產工藝的要求。具體來說，坯料應能適應成形、干燥與燒成的要求。坯料要求組成和性能穩(wěn)定，要求成形性能、干燥性能（干坯強度、干燥收縮）和燒成性能（燒結溫度、燒結溫度范圍等）要好。

⑤采用的原料希望來源豐富、性能穩(wěn)定、運輸方便、價格低廉，還應強調就地取材、量材使用、物盡其用。這些都是生產優(yōu)質、低成本產品的基本條件。第三節(jié)配料計算一、坯料組成的表示方法

1、實驗式表示法

2、化學組成表示法3、示性礦物組成表示法4、配料量表示法二、配料計算1、從化學組成計算實驗式2、由實驗式計算坯料的化學組成3、由化學組成計算配料量一、坯料組成的表示方法1、實驗式表示法陶瓷坯料一般為混合物，可以用化學實驗式來表示，即以各種氧化物的摩爾比來表示。這種表示方法叫做化學實驗式表示法，簡稱實驗式。陶瓷工業(yè)常用的氧化物，從性質上可分為三類：堿性的、中性或兩性的、酸性的。實驗式中各氧化物的排列順序如下：aR2O?cR2O3?dRO2bRO

習慣上，對陶瓷坯料的實驗式，往往取中性氧化物的摩爾數之總和為1。例如，我國清代康熙瓷的實驗式：0.860K2O0.120Na2O0.978Al2O34.150SiO20.

082CaO0.022Fe2O30.030MgO在釉料的實驗式中，往往取堿性氧化物的摩爾數的總和為1。例如，我過康熙年間中胎斗彩盤的青花釉的實驗式為：0.548CaO

0.116MgO0.664Al2O30.4879SiO20.151Na2O0.034Fe2O3

0.185K2O化學實驗式表示法反映了各氧化物之間的相互關系，使各類氧化物的組成一目了然，便于識別。此外，還能估計出有害雜質與降低熔融溫度的成分對坯體的影響，還能表明其高溫化學性能。2、化學組成表示法以坯料中各氧化物之間的組成的質量分數來表示配方組成的方法，稱為化學組成表示法。又稱為氧化物質量分數表示法。它列出化學組成中對坯體性能起主導作用的SiO2和Al2O3的含量，有害雜質Fe2O3、TiO2的含量，能降低燒成溫度的熔劑如K2O、Na2O、CaO、MgO的含量以及灼減量的含量。這種表示方法的優(yōu)點是能較準確地表示出坯料的化學組成，同時能根據其含量多少估計出這個配方的燒成溫度的高低、收縮大小、產品色澤以及其它性能的大致情況。例如坯料中的SiO2和Al2O3含量多，說明坯體的燒成溫度較高，坯體難以燒結和?；?；若坯體中K2O和Na2O的含量多，則坯體易燒結，燒成溫度較低；如坯料中Fe2O3和TiO2多，則表示其著色氧化物成分多，產品的白度必然下降等等。3、示性礦物組成表示法

坯料配方組成以理論的粘土、石英、長石等礦物來表示的方法，叫做示性礦物組成表示法，又稱示性分析法，簡稱礦物組成法。普通陶瓷生產中，把使用的各種原料所含的同類礦物合并在一起，用粘土、石英、長石三種礦物的質量百分比計算出來。但這些礦物的種類很多，性質上也有差異，因此只能粗略地反映一些情況。4、配料量表示法用原料的質量百分數（或質量）來表示配方組成的方法，叫做配料量表示法。例如，某廠坯料配料量：石英29%，長石21%，大同砂石32%，界牌土15%，滑石3%。這是最常見的表示方法，列出了每種原料的質量分數。由于這種方法簡單，易于稱量配料，所以