陶瓷材料的設(shè)計(jì)與高溫制備(與“陶瓷”有關(guān)文檔共29張)

陶瓷

陶瓷（ceramics）是我們?nèi)粘Ｉ罱佑|較多，在國民經(jīng)濟(jì)中有許多重要應(yīng)用的無機(jī)非金屬材料之一。傳統(tǒng)概念的陶瓷是指所有一粘土為主要原料，并與其他礦物原料經(jīng)過破碎混和成型燒成等過程而制得的制品,就是常見的日用陶瓷建筑衛(wèi)生陶瓷等普通陶瓷(ordinaryceramics)。隨著社會的發(fā)展，出現(xiàn)了有一類性能特殊，在電子、航空、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有廣泛用途的陶瓷材料，稱之為特種陶瓷(speciealceramics)。

第1頁，共29頁。陶瓷綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路

將特定的陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造工藝流程與產(chǎn)品性能測定分析結(jié)為一個(gè)有機(jī)的整體。建立起新的實(shí)驗(yàn)體系。加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性、系統(tǒng)性，增加學(xué)生動腦、動手的機(jī)會，強(qiáng)化技能的訓(xùn)練，調(diào)動學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性和主動性，提高分析問題和解決問題的能力。為畢業(yè)論文和將來工作打下一定的基礎(chǔ)

第2頁，共29頁。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1．了解陶瓷各種工藝實(shí)驗(yàn)在生產(chǎn)中的作用與實(shí)際意義。

2．掌握陶瓷主要工藝實(shí)驗(yàn)的原理、方法與一定的操作技能。

3．通過陶瓷工藝綜合實(shí)驗(yàn)了解陶瓷產(chǎn)品的設(shè)計(jì)程序與工藝過程。

4．培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力，提高分析問題、解決問題和動手能力。

第3頁，共29頁。實(shí)驗(yàn)要求

1．掌握陶瓷原料、泥漿性能、坯體干燥性能、燒成性能和產(chǎn)品性能測試原理、方法和影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素。

2．熟悉陶瓷配料計(jì)算。

3．掌握陶瓷產(chǎn)品的試制工藝和分析影響產(chǎn)品性能的因素。

4．寫出實(shí)驗(yàn)學(xué)術(shù)論文。第4頁，共29頁。

陶瓷的組成、結(jié)構(gòu)與性能

陶瓷（材料及其制品）都有特定的性能要求。日用餐具要有一定的強(qiáng)度（strength）、白度（whiteness）、抗熱沖擊性（熱穩(wěn)定性）；電瓷有強(qiáng)度和介電性能要求；特種陶瓷對性能及其熱穩(wěn)定性要求更高。研究表明，陶瓷的性能一方面受到其本征物理量（如熱穩(wěn)定系數(shù)、電阻率、彈性模量等）的影響，同時(shí)又與其顯微結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。而決定顯微結(jié)構(gòu)和本征物理量的是陶瓷的組成及其加工工藝過程。其中陶瓷組成對顯微結(jié)構(gòu)、性能起決定作用。

第5頁，共29頁。陶瓷的理論設(shè)計(jì)根據(jù)材料的使用要求進(jìn)行設(shè)計(jì)１.根據(jù)手冊或其他參考資料進(jìn)行設(shè)計(jì)（相圖是重要的資料）

CaO、Al2O3、Si2O系統(tǒng)包括一系列重要的硅酸鹽工業(yè)產(chǎn)品、高爐礦渣、以及某些礦物與巖石。具有實(shí)際意義。

第6頁，共29頁。陶瓷的理論設(shè)計(jì)２.根據(jù)他人（單位）或自己（單位）的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)３.從頭摸索第7頁，共29頁。1.3陶瓷化學(xué)組成設(shè)計(jì)

陶瓷坯料（bodymaterial）一般是由幾種不同的原料配只制而成的。性能不同的陶瓷產(chǎn)品，其所用原料的種類和配比不同，也即所謂坯料組成或配方不同。

一.成分設(shè)計(jì)原則

1．

根據(jù)科研需要或用戶的要求確定產(chǎn)品（充分考慮產(chǎn)品的物理化學(xué)性能和實(shí)用性能要求）；

2．參考前人的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)；

3．了解各種原料對產(chǎn)品性質(zhì)的影響

；

4．應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的要求；

5．了解原料的品位、來源和到廠價(jià)格

第8頁，共29頁。1.3陶瓷化學(xué)組成設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)概念的陶瓷是指所有以粘土為主要原料，并與其他礦物原料經(jīng)過破碎、混合、成形、燒成等過程而制得的制品。第9頁，共29頁。4．應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的要求；改變過去一個(gè)實(shí)驗(yàn)寫一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告的作法，要求按陶瓷制備工藝流程和性能測定將整個(gè)實(shí)驗(yàn)串聯(lián)起來完成一篇學(xué)術(shù)性論文。性能不同的陶瓷產(chǎn)品，其所用原料的種類和配比不同，也即所謂坯料組成或配方不同。按計(jì)算結(jié)果，用藥用天平準(zhǔn)確稱量，精確到小數(shù)點(diǎn)后2位。而決定顯微結(jié)構(gòu)和本征物理量的是陶瓷的組成及其加工工藝過程。試樣吸水率與氣孔率的測定條狀試樣，6條，3克/條，成型壓力20～30KN.為方便性能測試，可分別壓制成條、片的試樣。2．掌握陶瓷主要工藝實(shí)驗(yàn)的原理、方法與一定的操作技能。論文要有分析，比較和判斷，而不只是實(shí)驗(yàn)操作的記錄或參考資料的簡單堆積。3．通過陶瓷工藝綜合實(shí)驗(yàn)了解陶瓷產(chǎn)品的設(shè)計(jì)程序與工藝過程。將稱量好的料放入快速磨內(nèi)研磨，磨料時(shí)間為20～30分鐘。改變過去一個(gè)實(shí)驗(yàn)寫一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告的作法，要求按陶瓷制備工藝流程和性能測定將整個(gè)實(shí)驗(yàn)串聯(lián)起來完成一篇學(xué)術(shù)性論文。4陶瓷實(shí)驗(yàn)流程陶瓷的組成、結(jié)構(gòu)與性能1.3陶瓷化學(xué)組成設(shè)計(jì)二.本次實(shí)驗(yàn)的參考資料第10頁，共29頁。1.3陶瓷化學(xué)組成設(shè)計(jì)第11頁，共29頁。1.3陶瓷化學(xué)組成設(shè)計(jì)第12頁，共29頁。1.3陶瓷化學(xué)組成設(shè)計(jì)三．坯體組成的表示方法坯體組成的表示方法可分為4

種1.配料量表示法

配料量表示法也稱配料比表示法，是生產(chǎn)中常用的方法。它直接列出所用原料的名稱和質(zhì)量比（各種原料質(zhì)量比之和應(yīng)為100）。這種方法便于工廠計(jì)量配料，直觀方便。

2.化學(xué)組成表示法即用坯料中各種化學(xué)組分所占質(zhì)量百分?jǐn)?shù)來表示坯料組成。其優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)坯料中化學(xué)成分的多少來推斷或比較坯體的某些性能。

第13頁，共29頁。1.3陶瓷化學(xué)組成設(shè)計(jì)3.

示性礦物組成表示法普通陶瓷坯體一般是由粘土、石英及熔劑類礦物原料組成。用這三類礦物的百分含量可表示坯料的組成，這樣的表示方法叫示性礦物表示法。它有助于了解坯料的一些工藝性能，比如燒成性能等。

4.實(shí)驗(yàn)式表示法

實(shí)驗(yàn)式表示法也稱坯式表示法，它是采用各種氧化物摩爾數(shù)來表示坯料組成的一種方法，將坯料中的氧化物分為堿性、中性和酸性氧化物，并計(jì)算出其摩爾數(shù)后按比例排列。坯式是陶瓷理論研究中常用的方法，它可以明顯地表示出各組分之間的數(shù)量關(guān)系，進(jìn)而分析坯料的性能。實(shí)際工作中，往往是同時(shí)用兩種或兩種以上的方法表示組成。

第14頁，共29頁。1.3陶瓷化學(xué)組成設(shè)計(jì)四．坯體配料計(jì)算由于坯料組成有多種表示方法，故必須了解這幾種不同表示方法之間的換算。

由產(chǎn)品的化學(xué)組成和原料的化學(xué)組成進(jìn)行計(jì)算上面給出產(chǎn)品的配方組成（參考）和實(shí)驗(yàn)室所供應(yīng)原料的組成，利用這些數(shù)據(jù)可以順利進(jìn)行坯體配料的計(jì)算。第15頁，共29頁。1.4陶瓷實(shí)驗(yàn)流程一.制備工藝流程可以歸納如下第16頁，共29頁。1.4陶瓷實(shí)驗(yàn)流程1．配料按計(jì)算結(jié)果，用藥用天平準(zhǔn)確稱量，精確到小數(shù)點(diǎn)后2位。每份料的總量為300克。2．研磨、造粒將稱量好的料放入快速磨內(nèi)研磨，磨料時(shí)間為20～30分鐘。將磨好的料放入干凈而且干燥的白瓷盤內(nèi)，用噴水壺噴入少量的水，造粒。3．陳腐將造好的粒用塑料袋（保鮮袋）裝好，密封袋口，貼上標(biāo)簽，存放24～48小時(shí)即可用于壓制成形。

第17頁，共29頁。1.4陶瓷實(shí)驗(yàn)流程4．壓制成形為方便性能測試，可分別壓制成條、片的試樣。條狀試樣，6條，3克/條，成型壓力20～30KN.片狀試樣，24片，13克/片（片徑4cm），或8克/片（片徑3cm），成型壓力30～40KN。

壓制成形后立即對試樣編號，用游標(biāo)卡尺量尺寸并記錄。第18頁，共29頁。1.4陶瓷實(shí)驗(yàn)流程5．干燥將試樣放入100～105℃的烘箱中烘8～10小時(shí)（也可自然干燥2～3天）后，取出，放入干燥器。試樣冷卻后，量取干燥后的尺寸并記錄，計(jì)算干燥收縮率

。6．燒成上述5種產(chǎn)品種的燒成溫度基本一致，但最高燒成溫度不同。因?yàn)楦鞯卦系某煞植煌?，每種產(chǎn)品的燒成溫度都有波動。需經(jīng)燒成實(shí)驗(yàn)確定。第19頁，共29頁。1.4陶瓷實(shí)驗(yàn)流程二.燒成制度的制定燒成制度包括溫度制度、氣氛制度和壓力制度。對一個(gè)特定的產(chǎn)品而言，制定好溫度制度（建立溫度與時(shí)間的關(guān)系）和控制好燒成氣氛是關(guān)鍵。壓力制度起保證前兩個(gè)制度順利實(shí)施的作用。三者之間互相協(xié)調(diào)構(gòu)成一個(gè)合理的燒成制度。燒成溫度曲線的性質(zhì)決定于下列因素：

（1）燒成時(shí)坯體中的反應(yīng)速度。坯體的組成、原料性質(zhì)以及高溫中發(fā)生的化學(xué)變化均影響反應(yīng)的速度。（2）坯體的厚度、大小及坯體的熱傳導(dǎo)能力。（3）窯爐的結(jié)構(gòu)、型式和熱容，以及窯具的性質(zhì)和裝窯密度。

第20頁，共29頁。1.4陶瓷實(shí)驗(yàn)流程二.燒成制度的制定

因?yàn)槭窃趯?shí)驗(yàn)室進(jìn)行燒成，使用硅碳棒電路或硅鉬棒電爐，主要技術(shù)燒成最高溫度。最高燒成溫度按下式進(jìn)行計(jì)算：第21頁，共29頁。1.4陶瓷實(shí)驗(yàn)流程燒成曲線的制定根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出最高燒結(jié)溫度后，制定燒成曲線。參考數(shù)據(jù)如下：地磚和仿花崗巖?；u

T燒

=1200～1280℃；釉面磚

T燒

=1200～1280℃；低溫快燒的釉面磚

T燒

=1000～1080℃；耐熱瓷

T燒

=1280～1320℃；第22頁，共29頁。1.4陶瓷實(shí)驗(yàn)流程升溫速率與保溫的確定⑴升溫速率：小于1000℃時(shí)，8～10℃/分鐘；大于1000℃時(shí)，5～8℃/分鐘；

⑵保溫與取樣：當(dāng)溫度為100、200、300、400、500、600、700℃各保溫30min，取出樣品；當(dāng)溫度為800、900、1000……℃時(shí)，各保溫60min，取出樣品；當(dāng)溫度為“最高燒成溫度”時(shí)，保溫60min，取出樣品。第23頁，共29頁。1.5確定陶瓷燒結(jié)溫度范圍三．確定燒結(jié)溫度范圍用氣孔率、吸水率、收縮率的數(shù)據(jù)繪制曲線圖，求燒結(jié)溫度范圍。

第24頁，共29頁。1.6陶瓷試樣性能測定四．樣品性能的測定1.試樣干燥強(qiáng)度的測定2.試樣干燥線收縮

3.試樣燒結(jié)強(qiáng)度測定

4．試樣燒成收縮率的測定5．試樣氣孔率的測定6．試樣吸水率的測定7.體積密度測定

……試樣干燥強(qiáng)度的測定試樣吸水率與氣孔率的測定第25頁，共29頁。1.7確定陶瓷燒結(jié)溫度范圍

作圖，確定坯體的燒結(jié)溫度和燒結(jié)溫度范圍

圖34-4試樣加熱過程氣孔率和收縮率變化1．氣孔率曲線2．線收縮率曲線第26頁，共29頁。1.8總結(jié)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與結(jié)論1．

成分設(shè)計(jì)是否合理2．

原料是否符合要求3．

成形是否良好4．

燒成是否成功5．

制品質(zhì)量如何6．