陶瓷工藝學(xué)1緒論、第一章 原料 課件

陶瓷工藝學(xué)本課程的教學(xué)目的要求：

通過(guò)陶瓷的概念、性質(zhì)、陶瓷生產(chǎn)主要過(guò)程及其原理的系統(tǒng)闡述，初步掌握原料的組成、性質(zhì)和生產(chǎn)工藝與制品組成及結(jié)構(gòu)的關(guān)系，以及制品的組成、結(jié)構(gòu)對(duì)制品性能的影響。從而為今后從事與陶瓷材料生產(chǎn)、科研打下基礎(chǔ)。主要教學(xué)參考書及資料：

教材：無(wú)機(jī)非金屬材料工學(xué)參考書：陶瓷工藝學(xué)（上、下）李家駒中國(guó)輕工業(yè)出版社2001年特種陶瓷工藝學(xué)李世晉武漢工業(yè)大學(xué)出版社1990年

成績(jī)考核方式：閉卷筆試＋實(shí)驗(yàn)＋平時(shí)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的要求：

1.課堂認(rèn)真聽(tīng)課，記好筆記；

2.課后復(fù)習(xí)；

3.按時(shí)完成作業(yè)。緒論1.陶瓷的概念和種類1.1陶瓷的概念1.2陶瓷的分類2.陶瓷技術(shù)的發(fā)展及其對(duì)世界的貢獻(xiàn)2.1中國(guó)陶瓷技術(shù)的發(fā)展2.2中國(guó)陶瓷對(duì)世界的影響3.陶瓷研究的發(fā)展歷程及在現(xiàn)代化建設(shè)中的作用3.1陶瓷研究的發(fā)展歷程3.2陶瓷在現(xiàn)代化建設(shè)中的作用1.陶瓷（ceramics）的概念和種類

1.1陶瓷的概念

陶瓷是用粉狀的天然原料或人工合成化合物，經(jīng)過(guò)成形和高溫?zé)Y(jié)制成，以無(wú)機(jī)非金屬化合物為主體構(gòu)成的多晶固體材料。

傳統(tǒng)陶瓷：所有以粘土為主要原料與其它天然礦物原料經(jīng)過(guò)粉碎-混煉-成形-煅燒等過(guò)程而制成的各種制品。包括陶器和瓷器。又稱硅酸鹽陶瓷。陶器與瓷器的區(qū)別：吸水率、透光率、胎體特征、敲擊聲

特種陶瓷：采用高度精選的原料，具有能精確控制的化學(xué)組成，按照便于進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制制造的方法進(jìn)行制造、加工的，具有優(yōu)異特性的陶瓷。又稱現(xiàn)代陶瓷、高級(jí)陶瓷、精細(xì)陶瓷等。1.2陶瓷的分類—普通陶瓷普通陶瓷日用陶瓷建筑衛(wèi)生陶瓷電瓷化工瓷餐具、茶具等建筑瓷衛(wèi)生瓷壓電陶瓷耐酸磚、耐酸容器等藝術(shù)瓷花瓶雕像等日常生活用瓷返回建筑衛(wèi)生瓷返回藝術(shù)瓷返回1.2陶瓷的分類—特種陶瓷特種陶瓷熱學(xué)功能力學(xué)性能生物功能化學(xué)功能電磁功能光學(xué)功能氧化鋁陶瓷

氧化鋯陶瓷氮化硅陶瓷石英管2.陶瓷技術(shù)的發(fā)展及其對(duì)世界的貢獻(xiàn)

陶瓷是人類綜合利用巖石，粘土礦物及各種天然資源和火創(chuàng)造性的合成人工材料所取得的最古老的技術(shù)成果。它的發(fā)展與人類歷史有極為密切的關(guān)系。特別是瓷器的發(fā)明及其技術(shù)進(jìn)步對(duì)人類生活和文明都產(chǎn)生了巨大的影響，幾乎成為社會(huì)發(fā)展中文化藝術(shù)和技術(shù)進(jìn)步的主要時(shí)代標(biāo)志。2.1中國(guó)陶瓷技術(shù)的發(fā)展8000年前，陶器出現(xiàn)（pottery），標(biāo)志人類文化跨入新石器時(shí)代；5500～3500年前，新石器時(shí)代晚期，出現(xiàn)彩陶、黑陶及白陶等；第一次飛躍：3000年前，商代出現(xiàn)了釉（glaze），為從陶過(guò)渡到瓷創(chuàng)造了必要條件，是陶器到瓷器的過(guò)渡階段，原始青瓷出現(xiàn)；第二次飛躍：2000年前，漢代出現(xiàn)了比較美觀的釉面，南北朝末期青瓷（porcelain）出現(xiàn)，陶瓷制造進(jìn)入發(fā)達(dá)時(shí)代。第三次飛躍：1000年前，宋代出現(xiàn)半透明胎。第四次飛躍：特種陶瓷返回早期陶器彩陶壺白陶器黑陶杯返回青瓷罐（商代）青釉雙系酹（lèi）返回青瓷羊（三國(guó)）青釉繩索紋罐（漢朝）返回熊形尊

（西晉）雞頭壺

（東晉）童子誦經(jīng)壺（唐朝）白瓷執(zhí)壺（唐朝）黑釉葵口盞托（北宋）纏枝牡丹紋瓶（元朝）折枝瑞果紋盤（明朝）青花纏枝蓮紋如意耳蒜頭口瓶（清朝）返回2.2中國(guó)陶瓷對(duì)世界的影響唐代：遠(yuǎn)銷日本、印度、波斯、埃及。宋代：遠(yuǎn)銷50余國(guó)，遠(yuǎn)至歐洲。明代：鄭和七次下西洋，將中國(guó)瓷器輸送至世界各國(guó)，與世界各國(guó)在文化、經(jīng)濟(jì)、貿(mào)易、政治上建立了聯(lián)系。中國(guó)瓷器在國(guó)外有：“白如玉，明如鏡，薄如紙，聲如磬”的美譽(yù)，被外國(guó)人視為奇珍異寶。十七世紀(jì)以后，各國(guó)競(jìng)相仿造，并逐漸創(chuàng)立自己的風(fēng)格。中國(guó)瓷器為人類文化的進(jìn)步所做出的重大貢獻(xiàn)，是值得我們引以自豪的。2.3中國(guó)陶瓷的主要產(chǎn)地景德鎮(zhèn)陶瓷

擁有2000多年的制瓷歷史，具有“集天下名窯之大成，匯全國(guó)技藝之精華”的精湛技藝。形成了“白如玉、明如鏡、薄如紙、聲如磬”的獨(dú)特風(fēng)格。自古以來(lái)，景德鎮(zhèn)名瓷“行于九域，施及外洋”，為東西方經(jīng)濟(jì)與文化藝術(shù)交流做出了重大貢獻(xiàn)，并享有舉世公認(rèn)的“瓷都”聲譽(yù)。當(dāng)代的景德鎮(zhèn)陶瓷不僅把沉厚豐富的傳統(tǒng)技藝與現(xiàn)代寓美意識(shí)提煉升華。而且將中西文化藝術(shù)精髓融為一體，以強(qiáng)烈的現(xiàn)代陶瓷藝術(shù)引導(dǎo)陶瓷新潮流。湖南醴陵

所產(chǎn)的瓷器有日用瓷與陳設(shè)瓷，薄胎注漿，瓷質(zhì)潔白，裝飾的主要特色是釉下五彩，聞名中外。另除有釉上貼花和噴花等外，1958年還試制成功一種感光曬花的新裝飾法。建國(guó)以后，這個(gè)地區(qū)的瓷器在技術(shù)方面不斷革新創(chuàng)造，生產(chǎn)發(fā)展很快，已成為全國(guó)重要的瓷區(qū)之一。廣東石灣陶器

相傳有八百多年的歷史。以人物、鳥獸等雕塑陳列品為主。釉色豐富，刻畫細(xì)膩，形象生動(dòng)，別具風(fēng)格。此外還有大量的日用陶器。建國(guó)后，還首創(chuàng)了“結(jié)晶釉”

廣東石灣也是我國(guó)陶器的著名產(chǎn)地之一，以陶塑最為著名。其藝術(shù)風(fēng)格造型古樸，神態(tài)生動(dòng)，充分發(fā)揮坯料和釉料不同質(zhì)地的特長(zhǎng)，獨(dú)具地方風(fēng)格和特色。宜興陶器

以日用陶器為大宗，"蘇缸"、酒壇、砂鍋，質(zhì)堅(jiān)耐用。其中紫砂工藝陶更為著名，品種有:壺、杯、碟、瓶、花盆、雕塑等，質(zhì)地精密，造型大方，裝飾純樸，具有民族風(fēng)格。據(jù)民間傳說(shuō)，紫砂陶器盛暑貯茶不易變味，盆栽花草不易爛根。其傳統(tǒng)造型樣式有掇球、合菱、竹扁、鵝蛋等多種。宜興制陶歷史悠久，舊有"陶都"之稱，建國(guó)后生產(chǎn)發(fā)展迅速，已成為全國(guó)綜合性的主要陶瓷產(chǎn)區(qū)之一。"淄博陶瓷

在今山東淄博磁村，故名。七十年代后期發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)小規(guī)模試掘，初步判明始燒于唐而終于元代。該窯在唐代以燒黑瓷為主，宋代燒白瓷，有剔花、刻花裝飾，金代出現(xiàn)蓖劃、絞胎、白地黑花、白釉紅綠彩等新裝飾，碗心也多一圈刮釉，有北方地區(qū)瓷窯風(fēng)格。唐山陶瓷

是中國(guó)重點(diǎn)陶瓷產(chǎn)區(qū)之一，有北方“瓷都”之稱。唐山陶瓷始于明朝永樂(lè)年間，有近六百年的歷史。在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中，唐山陶瓷以工藝美術(shù)瓷和工業(yè)瓷為主，逐步形成了獨(dú)特的地方風(fēng)格。唐三彩

是一種多色彩的低溫釉陶器，它是以細(xì)膩的白色黏土作胎料，用含鉛、鋁的氧化物作熔劑，用含銅、鐵、鈷等元素的礦物質(zhì)作著色劑，其釉色呈黃，綠，藍(lán)，白，紫，褐等多種色彩，但許多器物多以黃，綠，白為主，甚至有的器物只具有上述色彩中的一種或兩種，人們統(tǒng)稱為"唐三彩"。

3.陶瓷研究的發(fā)展歷程及在現(xiàn)代化建設(shè)中的作用3.1陶瓷研究的發(fā)展歷程高鋁質(zhì)、粘土和瓷土的應(yīng)用釉的發(fā)明原料純化陶瓷工藝的發(fā)展陶瓷理論的發(fā)展高溫技術(shù)顯微結(jié)構(gòu)分析的進(jìn)步性能研究的深入無(wú)損評(píng)估的成就相鄰科學(xué)的推動(dòng)陶器陶器傳統(tǒng)陶瓷先進(jìn)陶瓷微米級(jí)納米陶瓷3.2陶瓷在現(xiàn)代化建設(shè)中的作用

除用于日常生活中外，陶瓷作為結(jié)構(gòu)和功能材料廣泛用于科學(xué)技術(shù)和工農(nóng)生產(chǎn)領(lǐng)域的重要性，對(duì)此人們?nèi)詻](méi)有充分的認(rèn)識(shí)。近年來(lái)由于陶瓷科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，具有優(yōu)良性能的陶瓷陸續(xù)出現(xiàn)，對(duì)陶瓷的評(píng)價(jià)也就發(fā)生了變化。陶瓷已從以往處于輔助材料的位置，開始發(fā)展為主要材料的位置，出現(xiàn)很多具有更多實(shí)用價(jià)值功能的陶瓷材料。例如：1.比金屬優(yōu)越的力學(xué)性能2.比玻璃高明的光學(xué)性質(zhì)3.卓越的熱學(xué)性能4.奇妙的聲學(xué)性質(zhì)5.驚人的化學(xué)穩(wěn)定性陶瓷生產(chǎn)一般工藝過(guò)程原料配料坯料制備坯體成型施釉干燥燒成整形檢測(cè)包裝出廠第一章原料最基本原料：石英（quartz）、長(zhǎng)石（feldspar）、粘土（clay）及化工原料。1.1石英類原料1.2長(zhǎng)石類原料1.3粘土類原料1.4其它原料

陶瓷工業(yè)中使用的原料品種繁多，按其來(lái)源可分為天然礦物原料和化工原料兩類。原料在一定程度上決定著工藝流程和工藝條件的選擇以及產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。日用陶瓷工業(yè)生產(chǎn)中用的最基本原料是屬于天然礦物原料的石英、長(zhǎng)石和粘土三大類。1.1石英類原料主要礦石來(lái)源：石英巖常用的石英類原料有石英砂、脈石英、砂巖、石英巖。石英是由[SiO4]4-互相以頂點(diǎn)連接而成的三維空間架狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽。對(duì)石英原料的技術(shù)要求：SiO2＞97％，F(xiàn)e2O3+TiO2＜0.5％第一章原料1.1.1石英晶型轉(zhuǎn)變溫度和體積變化537℃α－鱗石英α－石英α－方石英β－石英熔體β－鱗石英γ－鱗石英β－方石英870℃16.0％0.1％1713℃4.7％1470℃0.2％163℃0.82％117℃2.8％180～270℃0.2％石英的晶型轉(zhuǎn)變和體積變化圖1.1.2石英在陶瓷生產(chǎn)中的應(yīng)用1.是瘠性料，可調(diào)節(jié)可塑性，減少收縮變形，加快干燥；2.在高溫時(shí)可部分熔于長(zhǎng)石玻璃中，增加液相粘度，減小高溫時(shí)的坯體變形；3.未熔石英與莫來(lái)石一起，可構(gòu)成坯體骨架，增加強(qiáng)度。4.釉料中增加石英含量可提高釉的熔融溫度和粘度提高釉的耐磨性和抗化學(xué)腐蝕性。1.2長(zhǎng)石類原料長(zhǎng)石是不含水的堿金屬和堿土金屬鋁硅酸鹽。1.2.1礦石種類長(zhǎng)石種類很多，歸納起來(lái)都是下述四種基本長(zhǎng)石類型組合而成。長(zhǎng)石之間因結(jié)構(gòu)關(guān)系彼此可以混合成固溶體。結(jié)構(gòu)式化學(xué)式礦物含量鈉長(zhǎng)石Na[AlSi3O8]Na2O·Al2O3·6SiO2居多鉀長(zhǎng)石K[AlSi3O8]K2O·Al2O3·6SiO2鈣長(zhǎng)石Ca[Al2Si2O8]CaO·Al2O3·2SiO2鋇長(zhǎng)石Ba[Al2Si2O8]BaO·Al2O3·2SiO2較少1.2.1礦石種類市場(chǎng)上的鉀長(zhǎng)石與鈉長(zhǎng)石的XRD圖譜1.2.2長(zhǎng)石的熔融特性長(zhǎng)石屬架狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽，其中存在堿金屬和堿土金屬氧化物，可使硅酸鹽多相混溶系統(tǒng)出現(xiàn)液相的溫度大大降低。特性作用鉀長(zhǎng)石熔化溫度較高，熔融溫度范圍很寬，高溫下熔體粘度高，隨溫度升高降低慢,1130-1450℃保證高溫下制品不易變形，燒成時(shí)易控制鈉長(zhǎng)石與鉀長(zhǎng)石正好相反,1120-1250℃高溫下易引起變形，不易控制燒成，但晶體在其中容易生長(zhǎng)發(fā)育，透光性增強(qiáng)鈣長(zhǎng)石熔點(diǎn)較高（1550℃），熔融溫度范圍窄，高溫下熔體不透明，粘度小,1250-1550℃由于其高溫下的缺點(diǎn)，在陶瓷生產(chǎn)中多不采用鋇長(zhǎng)石熔點(diǎn)高（1710℃），熔融溫度范圍較窄普通瓷制品不選用1.2.3長(zhǎng)石類原料在陶瓷生產(chǎn)中的作用1）長(zhǎng)石是熔劑型原料，可降低燒成溫度，減少燃料消耗。高溫下熔化后能填充坯體的孔隙，熔解粘土及石英類原料，有利于促進(jìn)莫來(lái)石晶體的形成和長(zhǎng)大，促進(jìn)成瓷反應(yīng)，增大密度，提高產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度；冷卻后的長(zhǎng)石熔體以透明玻璃態(tài)存在于瓷坯中，提高瓷坯光澤與透明度。

2）長(zhǎng)石原料在燒制前是瘠性原料，使坯體的干燥收縮變小，有利于提高干燥速度。1.3粘土類原料粘土是自然界中硅酸鹽巖石（如長(zhǎng)石、云母）經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期風(fēng)化作用而形成的一種土狀礦物混合體，為細(xì)顆粒的含水鋁硅酸鹽，具有層狀結(jié)構(gòu)。粘土的分類：1.按成因分類：原生粘土、次生粘土2.按可塑性分類：軟質(zhì)粘土、硬質(zhì)粘土3.按耐火度分類：耐火粘土、難熔粘土、易熔粘土1.3.1粘土的組成化學(xué)組成主要化學(xué)成分SiO2、Al2O3和結(jié)晶水次要化學(xué)成分K2O、Na2O、CaO、MgO

、Fe2O3、TiO2、LOI礦物組成

主礦物高嶺石類Al2O3·2SiO2·2H2O蒙脫石類Al2O3·4SiO2·nH2O(n＞2)伊利石類（水云母）云母（K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O）水解成高嶺石的中間產(chǎn)物

雜質(zhì)礦物石英、長(zhǎng)石、云母、鐵質(zhì)礦物、鈦質(zhì)礦物、碳酸鹽等顆粒組成是指粘土中含不同大小顆粒的百分比含量粘土顆粒組成會(huì)影響其工作性質(zhì)，＜1μm顆粒越多，則可塑性越好，干燥收縮增大，干燥后強(qiáng)度提高，燒結(jié)溫度降低。1.3.1粘土的礦物組成高嶺石結(jié)構(gòu)示意圖蒙脫石結(jié)構(gòu)示意圖1/3Al3+被Mg2+取代1：12：11.3.1粘土的礦物組成高嶺石：Al2O3·2SiO2·2H2O1：1型

Al2O3

：39.5%、SiO2：46.54%、H2O：13.96%蒙脫石：理論化學(xué)式：Al2O3·4SiO2·nH2O(n＞2)

實(shí)際分子式：（Al2-xMgx)[Si4O10(OH)2]·Nax·nH2O云母：K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O（4個(gè)Si4+被1個(gè)被Al3+置換）伊利石（水云母）：云母中鉀離子被H3O+取代絹云母：云母中鉀離子被少量地被Al3+

、Fe3+

、Mn

置換

1.3.2粘土的工藝性質(zhì)粘土的工藝性質(zhì)主要取決于其礦物組成，化學(xué)成分和粒度尺寸。1.可塑性：粘土與適量的水混和以后形成的泥團(tuán)，可在外力的作用下產(chǎn)生變形但不開裂，并在外力除去后，仍能保持原有形狀的性質(zhì)，通常用塑性指數(shù)或塑性指標(biāo)（見(jiàn)下表）來(lái)表示。2.離子交換性：粘土粒子因表面層斷鍵和晶格內(nèi)部離子的不等價(jià)置換而帶電，它能吸附溶液中的異性離子，這種被吸附的離子又可被其它離子所置換。這種性質(zhì)被稱為離子交換性，用離子交換容量來(lái)表示。如高嶺土陽(yáng)離子交換容量為0.3～0.9mmol/g。強(qiáng)塑性粘土中塑性粘土弱塑性粘土非塑性粘土指數(shù)指標(biāo)指數(shù)指標(biāo)指數(shù)指標(biāo)指數(shù)>15>3.67～152.5～3.61～7<2.5<1粘土（坯料）與可塑性的關(guān)系1.3.2粘土的工藝性質(zhì)3.觸變性：粘土泥漿或可塑泥團(tuán)在靜置后變稠和凝固，當(dāng)受到攪拌和震動(dòng)時(shí)，粘度降低而流動(dòng)性增加，再放置一段時(shí)間后又能恢復(fù)原來(lái)的狀態(tài)，這種性質(zhì)稱為觸變性，用泥漿的厚化度和泥團(tuán)的厚化度表示。泥漿的厚化度是泥漿放置30min和30s后其相對(duì)粘度之比。4.結(jié)合性：指粘土結(jié)合瘠性原料形成可塑泥料并具有一定干坯強(qiáng)度的能力。以能形成可塑泥團(tuán)時(shí)所加入的標(biāo)準(zhǔn)石英砂（顆粒組成為0.25～0.15mm占70％,0.15～0.09mm占30％）的數(shù)量來(lái)表示。加砂量在50％時(shí)為結(jié)合力強(qiáng)的粘土，加砂量達(dá)25％～50％時(shí)為結(jié)合力中等的粘土，加砂量在20％以下時(shí)為結(jié)合力弱的粘土。1.3.2粘土的工藝性質(zhì)1.3.2粘土的工藝性質(zhì)5.膨化性：粘土加水后體積膨脹的性質(zhì)稱為膨化性。用膨脹容來(lái)表示。6.收縮性：粘土經(jīng)110℃干燥后，由于自由水及吸附水排出所引起的顆粒間距離減小而產(chǎn)生的體積收縮，稱為干燥收縮。干燥后的粘土經(jīng)高溫煅燒，由于脫水、分解、熔化等一系列的物理化學(xué)變化而導(dǎo)致的體積進(jìn)一步收縮，稱之為燒成收縮。兩種收縮之和即為粘土泥料的總收縮。1.3.2粘土的工藝性質(zhì)7.燒結(jié)特性：

開始燒結(jié)溫度T1

燒結(jié)溫度