注漿機器人,機器人 注漿成型 　　注漿成型，亦稱澆注成型（Slip Casting） 　　定義及原理：是基于多孔石膏模具能夠吸收水分的物理特性，將陶瓷粉料配成具有流動性的泥漿，然后注入多孔模具內(nèi)（主要為石膏模），水分在被模具（石膏）吸入后便形成了具有一定厚度的均勻泥層，脫水干燥過程中同時形成具有一定強度的坯體的，此種方式被稱為注漿成型。其完成過程可分為三個階段：1. 泥漿注入模具后，在石膏模毛細管力的作用下吸收泥漿中的水，靠近模壁的泥漿中的水分首先被吸收，泥漿中的顆粒開始靠近，形成最初的薄泥層。2. 水分進一步被吸收，其擴散動力為水分的壓力差和濃度差，薄泥層逐漸變厚，泥層內(nèi)部水分向外部擴散，當泥層厚度達到注件厚度時，就形成雛坯。3. 石膏模繼續(xù)吸收水分，雛坯開始收縮，表面的水分開始蒸發(fā)，待雛坯干燥形成具有一定強度的生坯后，脫模即完成注漿成型。 　　注漿成型的特點：優(yōu)點：(1)適用性強，不需復雜的機械設(shè)備，只要簡單的石膏模就可成型；(2)能制出任意復雜外形和大型薄壁注件；(3)成型技術(shù)容易掌握，生產(chǎn)成本低。(4)坯體結(jié)構(gòu)均勻。 　　缺點：(1)勞動強度大，操作工序多，生產(chǎn)效率低；(2)生產(chǎn)周期長，石膏模占用場地面積大；(3)注件含水量高，密度小，收縮大，燒成時容易變形。(4)模具損耗大。(5)不適合連續(xù)化、自動化、機械化生產(chǎn)。 　　常規(guī)注漿成型方法： 　　單面注漿：泥漿與模型的接觸只有一面，稱為單面注漿。 　　雙面注漿：泥漿與模型和模芯的工作面兩面接觸，雙面吸水，稱為雙面注漿。 　　 　　改進的注漿成型方法： 　　1. 壓力注漿。對于大型的制品來說，因為制品較大，注漿時間就必然很長，又因為注件壁厚，當石膏模吸水能力不夠時，就不易干涸，多余泥漿倒出后，有時注件內(nèi)壁還很潮濕，注件容易損壞。為了加速水分擴散，加快吸漿速度，提高注件的致密度，縮短注漿時間， 并避免大型或異型注件發(fā)生缺料現(xiàn)象，必須在壓力下將泥漿注入石膏模。一般加壓方法是將注漿斗提高，加大注漿壓力，或用壓縮空氣將泥漿壓入模型。 　　2. 真空注漿。泥漿中一般都含有少量空氣，這些空氣會影響注件的致密度和制品的性能(如機械強度，電性能等)。對質(zhì)量要求高的制品來說，泥漿要用真空處理來排除所含的空氣，有時也可將石膏模置于真空室內(nèi)澆注，這些方法都叫做真空注漿，可加速坯體形成，提高坯體致密度和強度。 　　3. 離心注漿。為提高注件的致密度，去除泥漿中的空氣。使模子作旋轉(zhuǎn)運動，泥漿注入型腔后，由于離心力的作用，能形成很致密的干涸層，對于泥漿中含有的氣泡，因其較輕，當模子旋轉(zhuǎn)時多集中于中心，而后破裂掉。石膏模放在離心機的底座上，在石膏模和底座之間襯一層塑料布，不使泥漿漏掉，塑料布下面再墊一層布。底座中間有一個凹洞，是為了在澆注完畢后把多余泥漿勺出?？杉涌煳鼭{速度，避免泥漿沉淀。 　　注漿成型的應(yīng)用：注漿成型是一種古老和傳統(tǒng)的陶瓷成型方法，應(yīng)用極為廣泛。凡是形狀復雜、不規(guī)則的、壁薄的、體積大且尺寸要求不嚴的器物都可以用注漿法成型。包括一般日用陶瓷類的花瓶、湯碗、菜盤、茶壺，衛(wèi)生潔具類的坐便器、洗面盆，各種形狀的工藝瓷器，還有相當一部分工業(yè)陶瓷、特種陶瓷產(chǎn)品等。 第三篇 陶瓷工藝學 第一章 引言 一.陶瓷的概念和分類 ???傳統(tǒng)上，陶瓷是指以粘士和其它天然礦物為原料，經(jīng)過粉碎、成型、焙燒等工藝過程所制得的各種制品，是陶器、炻器、瓷器等粘士制品的統(tǒng)稱，亦即“普通陶瓷”的概念。 ??? 隨著近代科學技術(shù)的發(fā)展，近百年來許多新的陶瓷品種不斷問世，如氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、電子陶瓷、金屬陶瓷等高溫結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷，它們統(tǒng)稱為“特種陶瓷”或“精密陶瓷”，它們的生產(chǎn)過程雖然基本上還是原料處理成型煅燒這種傳統(tǒng)的陶瓷生產(chǎn)方式，但采用的原料已擴大到化工原料和人工合成礦物原料，其組成范圍也已從傳統(tǒng)的硅酸鹽領(lǐng)域拓展到無機非金屬材料，同時它們對原料處理、成型、燒成等工藝過程比傳統(tǒng)陶瓷提出了更高的要求，從而誕生了許多新工藝、新技術(shù)。因此，廣義的陶瓷概念是無機非金屬固體材料制品的統(tǒng)稱。 ???陶瓷制品種類繁多，陶瓷學者根據(jù)不同的著眼點提出了許多分類方法，日前國際上尚無統(tǒng)一的規(guī)定，本書介紹最普遍采用的兩種分類法。一種是按陶瓷的用途來分，另一種是按基本物理性和原料組成來分。 1.按陶瓷的用途來分 可分為兩大類，即傳統(tǒng)陶瓷（普通陶瓷）和新型陶瓷（特種陶瓷）。 ???普通陶瓷是人們?nèi)粘Ｉ詈蜕a(chǎn)中最常見的陶瓷制品，按其用途不同又可分為日用陶瓷（包括盆、罐、茶具、餐具和藝術(shù)陳設(shè)陶瓷等）建筑衛(wèi)生陶瓷、化工陶瓷、化學瓷、電瓷及多孔陶瓷、其他工業(yè)用陶瓷。這類陶瓷制品所用的原料基本相同，從組成上來看屬鋁硅酸鹽和氧化物材料，其生產(chǎn)工藝技術(shù)也相近，均采用典型的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，本書主要涉及的是這類制品及其生產(chǎn)工藝。 特種陶瓷或新型陶瓷亦稱精密陶瓷，通常是指具有高附加值的陶瓷，其所用原料的組成和要求以及所需的生產(chǎn)工藝技術(shù)與普通陶瓷有很大的差異。 ???特種陶瓷根據(jù)其性能及用途的不同可分為結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷兩大類。結(jié)構(gòu)陶瓷主要利用其機械和熱性能，包括硬質(zhì)、高強度、高韌性、耐磨性、耐熱、耐熱沖擊、隔熱、導熱、低熱膨脹性能等。功能陶瓷則主要利用其電性能、磁性能、半導體性能、光性能、生物—化學性能及核材料應(yīng)用性能等，其實例見表3—1—1所示。 ? 表3—1—1特種陶瓷的性能及用途 性能 材料 應(yīng)用 高絕緣性 介電性 導電性 壓電性 ? 熱釋電性 軟磁性 硬磁性 半導體性 ? ? ? 離子導電性 ? ? 電子發(fā)射性 螢光性 透光性 偏光性 光反射性 紅外反射性 光導性 生物化學 功能 ? 研磨性 切削性 強度功能 潤滑功能 耐熱性 絕熱性 導熱性 核功能性 Al2O3、BeO、C（人造金剛石） BaTiO3 SiC、MoSi2 Pb(ZrXTi1-x)O3（定向薄膜） SiO2(單晶薄片) Pb(ZrXTi1-x)O3 Zn1-xMnxFe2O4;-Fe2O3 SrO·6Fe2O3 SnO2 過渡金屬氧化物 ZnO-Bi2O3 BaTiO3 -Al2O3 穩(wěn)定型ZrO2 LaB6 Y2O3,S:Eu Al2O3,SnO2(涂布膜) PLZT TiN SnO2(涂膜) SiO2(高純纖維) Al2O3,Ca5(F,Cl)P3O12 SiO2（孔徑控制多孔體） Al2O3·TiO2（多孔體） Al2O3、B4C、人造金剛石（粉體） C-BN、 TiC 、 WC、TiN Si3N4、SiC C、MoSi2;h-BN Al2O3、ThO2 K2O·nTiO2; CaO·nSiO2 BeO、C、SiC UO2 C（石墨），BeO B4C 基板 電容器 發(fā)熱器 振蕩元件、點火元件、壓電變換器 時鐘用振蕩元件 紅外線檢測元件 磁帶 磁鐵、可塑性磁鐵 氣體傳感器 熱敏電阻 電壓性穩(wěn)定元件，非線性電阻 自控式電阻發(fā)熱元件 ? NaS電池 氧敏感元件 電子槍用熱陰極 熒光體 高壓鈉燈、防霧玻璃 偏光學元件 太陽能聚光器 省能源窗玻璃 光導纖維 人工骨、人工齒 固定化醇素載體 催化劑載體 研磨材料 切削工具 發(fā)動機材料 潤滑劑 耐熱結(jié)構(gòu)材料 絕熱材料 基板 核燃料 減速劑 控制棒材料 2．按基本物理性能特征分 以普通陶瓷中的日用瓷為例，按其基本物理性能如氣孔率、透明性、色澤等進行分類，詳見表3-1-2及表3-1-3所示（見國標GB5001-85）。 表3-1-2 ? 吸水率（%） 透光性 胎體特征 敲擊聲 陶器 一般＞3 不透光 未?；虿；潭炔?，結(jié)構(gòu)不致密、斷面粗糙 沉濁 瓷器 一般≤3 透光 玻化程度高、結(jié)構(gòu)致密、斷面程呈石狀或貝殼狀 清脆 表3-1-3 ? ? 吸水率（%） 特征 陶器 粗陶器 普通陶器 細陶器 ＞15 ≤12 ≤15 不施釉，制作粗糙 斷面顆粒較粗，氣孔較大，表面施釉，制作不夠細 斷面顆粒較細，氣孔較小，結(jié)構(gòu)均勻，制作精細 ? 瓷器 炻瓷器 普通瓷器 細瓷器 ≤3 ≤1 ≤0.5 透光性差,通常胎體較厚,呈色,斷面呈石狀 有一定透光性,斷面呈石狀或貝殼狀 透光性好,斷面細膩,呈貝殼狀 按以上標準來分,衛(wèi)生瓷、電瓷、化工瓷、化學瓷等可屬普通瓷范圍；?；少|(zhì)磚、錦磚、彩釉磚、劈裂磚、化工用炻瓷（耐酸容器、耐酸磚）等屬炻瓷范圍；建筑用磚、釉面磚等內(nèi)墻磚屬陶器范圍。 二、我國陶器工業(yè)發(fā)展概況 ? ???我國陶器工業(yè)有著悠久的歷史和光輝的成就，我國是世界上最早發(fā)明陶器的幾個國家和地區(qū)之一，遠在距今8000年前的新石器時代我國就有了陶器，到了距今3000年的殷商時代發(fā)明了釉料創(chuàng)制了釉陶，從陶器到瓷器是我國陶器生產(chǎn)史上的一個重大飛躍，世界公認瓷器是我國最早發(fā)明的，故瓷器英文與中國同稱“china”，遠在公元1~2世紀的東漢時代，我國就出現(xiàn)了瓷器，比西方開始制造瓷器早15世紀。之后我國制瓷工藝技術(shù)不斷發(fā)展，到了隋唐，瓷器的使用已很普遍。 ???新中國成立后，我國的陶瓷業(yè)得到了迅速的恢復和發(fā)展，各種陶瓷產(chǎn)品的品種、質(zhì)量和產(chǎn)量都得以迅猛發(fā)展，特別是改革開放10余年以來，陶瓷產(chǎn)業(yè)變化更是日新月異，通過從國外引進全套或部分新工藝、裝裝備，通過對這些工藝及裝備的系統(tǒng)消化和吸引，使我國陶瓷的生產(chǎn)水平又有了大大提高。但目前，我國陶瓷工業(yè)總體水平相比還有較大的差距，主要在于品種較少、質(zhì)量低、能耗大，生產(chǎn)的機械化、自動化程度低等。 ??? 僅以陶瓷地磚生產(chǎn)為例，1949年，全國僅一家企業(yè)生產(chǎn)，年產(chǎn)量才0.2萬㎡，到1959年發(fā)展到10家企業(yè)，年產(chǎn)量達228萬㎡，年平均遞增129.3%，從1960年到1978年的近20年中，由于眾所周知的原因，年平均遞增僅為5.4%，產(chǎn)量達到545.8萬㎡/年，企業(yè)數(shù)約50家，生產(chǎn)線的最大規(guī)模為40～60㎡/年，平均規(guī)模為10萬㎡/年。年歷1979年改革開放以來至1992年，生產(chǎn)企業(yè)已多達750家，陶瓷墻地磚平均以30.8的速度遞增，年產(chǎn)量已超過3.1億㎡，生產(chǎn)線的最大規(guī)模達到140萬㎡/年，平均規(guī)模42萬㎡/年。據(jù)最新報導，1994年我國墻地磚生產(chǎn)線達到9.59億㎡/年，已居世界前列。品種也增加很快，有釉面磚、彩釉磚、錦磚、紅地磚、劈裂磚和瓷質(zhì)磚等。產(chǎn)品質(zhì)量也有較大改善。在陶瓷裝備和工藝技術(shù)方面，象大噸位球磨機，大型全自動液壓磚機，多功能全自動施釉線，寬體燃氣、燃油的明焰輥道窯等設(shè)備以及由這些關(guān)鍵設(shè)備組成的彩釉墻地磚國產(chǎn)化示范生產(chǎn)線的研制成功，標志著我國彩釉墻地磚生產(chǎn)方面的工藝技術(shù)水平已達到先進國家80年代的水平。近年來國外陶瓷工業(yè)在激烈的市場競爭中技術(shù)進步很快，在建筑衛(wèi)生陶瓷領(lǐng)域可概括為以下幾個方面。 ???1.生產(chǎn)線規(guī)模大型化。年產(chǎn)400～500萬㎡墻地磚工廠已較普遍，個別工廠甚至高達1250萬㎡。 ???2.產(chǎn)品門類不斷增加，每類產(chǎn)品的花色品種層出不窮。隨著壓機噸位的提高，大規(guī)格產(chǎn)品900㎜×900㎜，1200㎜×600㎜也已出現(xiàn)；還有用擠出-輥壓成型生產(chǎn)線生產(chǎn)出1200㎜×300㎜的超大型瓷板。隨著裝飾法愈來愈高，瓷質(zhì)磚生產(chǎn)中出現(xiàn)了制造大顆粒斑點料和滲花裝飾新技術(shù)，生產(chǎn)出具有特殊裝飾效果的仿花崗巖瓷質(zhì)磚和仿大理石瓷質(zhì)磚，馬賽克出現(xiàn)了施釉、拋光新品種，釉面磚出現(xiàn)了三次燒成彩飾新工藝，產(chǎn)品精美華貴，已近藝術(shù)品，頗具收藏價值。彩釉磚裝飾中采用計算機技術(shù)、分色、制版技術(shù)，使圖案清晰逼真，立體感強。 ???3.工藝技術(shù)多樣化，幾乎每個工序都有不同的工藝并存。 ???4.裝備水平不斷更新，如連續(xù)喂料大噸位球磨機的出現(xiàn)，實現(xiàn)了陶瓷原料制備連續(xù)化生產(chǎn)。各種大噸位液壓壓磚機系列的研制成功。計算機的廣泛應(yīng)用，如用計算機實現(xiàn)窯爐的自控，研究壓機的框架結(jié)構(gòu)等。 衛(wèi)生陶瓷高壓澆注成型設(shè)備，成型壓力1.5～1.7MPa，生產(chǎn)周期10min，采用樹脂模具使用壽命3～5萬次，生產(chǎn)能力為48個/班，可生產(chǎn)衛(wèi)生瓷坐便器、洗面器、立柱等。 用于衛(wèi)生瓷的多通道快速干燥器，干燥周期縮短到3～4h（高壓澆注產(chǎn)品），用輥道窯快速燒成衛(wèi)生瓷的技術(shù)也已完善。 ??? 5.節(jié)能隆耗，如干法制粉、低溫快速燒成、節(jié)能型全自動型液壓壓磚機和壓機二次喂裝備等。 ??? 6.專業(yè)化生產(chǎn)，坯釉原料，甚至坯料均來自專業(yè)化工廠，色料、熔塊、陶瓷添加劑也來自專業(yè)化工廠，模具、耐火材料、生產(chǎn)線的機械裝備也各由專業(yè)化工廠制造，保證了生產(chǎn)的專業(yè)化和集約化。 但目前，我國陶瓷工業(yè)總體水平與世界先進水平相比仍有較大的差距，其主要在于品種較少，質(zhì)量和裝飾效果較低，能耗大，生產(chǎn)的機械化，生產(chǎn)的機械化、自動化還不高，勞動生產(chǎn)率偏低，市場競爭力不強。地區(qū)發(fā)展水平也不平衡，還有不少設(shè)備落后的小廠。因此，我國陶瓷工作者在提高我國陶瓷科技水平、生產(chǎn)裝備水平，加強生產(chǎn)的科學管理，研究生產(chǎn)新產(chǎn)品，在全國提高我國陶瓷工業(yè)的整體水平方面的工作任重道遠。 三、年產(chǎn)70萬㎡一次燒成彩釉瓷墻地磚生產(chǎn)線簡介 ?1.產(chǎn)品尺寸及技術(shù)性能 產(chǎn)品規(guī)格：100㎜×200㎜×7㎜ 200㎜×200㎜×8㎜ ???????? 300㎜×200㎜×9㎜300㎜×300㎜×9㎜ 產(chǎn)品性能：吸水率＜3%＜6%； 抗拉強度＞22MPa 其他指標符合歐州標準EN177—84； 硬質(zhì)原料粒度控制在0.4㎜以下；軟質(zhì)料經(jīng)揀選，不含雜物，塊度＜100㎜，含水率＜15%，在露天堆料風化六個月后由鏟車送到室內(nèi)料庫，室內(nèi)料庫的貯量為一個月的生產(chǎn)用料量。 ?2.原料的稱量配料由稱量箱一次完成。 ? ? 鏟車依次把各種原料卸入稱量箱中，每種原料按刻度盤指示量計計量。配好的壞料經(jīng)皮帶機和卸料斗加入球磨機中。 將坯料、水及稀劑按一定比裝入球磨機濕磨，球磨機的干料裝載能力為15t。加水量定量高位水箱控制。球磨時間依坯料性質(zhì)及入磨粒度不同而變化，球磨周期約12h。磨機上方設(shè)有電動葫蘆，供添加球石及開閉磨機進出料蓋時起重用。磨好的泥槳借助電動隔膜的抽力及泥漿自重從球磨機中卸出，經(jīng)振動篩過濾后，流入裝有慢速攪拌機的泥漿池，泥漿總貯量為2～3d的生產(chǎn)量，泥漿經(jīng)24h連續(xù)攪拌，除腐合適后，用隔膜泵打入備有慢速攪拌機的工作泥漿池。要求泥漿的容積密度約為1.6㎏/L，含水率約為40%，粘度約（1.0～3.0）×10-1Pa·S. 用高壓泥漿泵把工作泥漿池中的泥漿打入噴霧干燥塔內(nèi)，由噴槍霧滴，與熱煙氣相遇，被干燥成具有一定顆粒級配的粉料。再經(jīng)振動篩、皮帶輸送機、斗式提升機和氣動刮板等送入粉料倉貯存、陳化。粉料倉總貯量約為3d的生產(chǎn)用量。陳化后的粉料經(jīng)旋轉(zhuǎn)卸料器、皮帶輸送機和斗式提升機卸入粉料振動篩，再經(jīng)皮帶輸送機運送到壓機的喂料斗中。 ???粉料由兩臺HYDRA800型全自動液壓壓磚機壓制成型，磚坯由輥道輸送，通過刷子、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，然后排成方陣，經(jīng)輸送輥道送入施釉線。施釉線具有刷灰、除塵、甩釉、噴釉、擦邊、轉(zhuǎn)向、絲網(wǎng)印花、自動補償?shù)榷喾N功能，其未端連接有通往裝載機的輸送線，釉坯通過裝載機自動裝儲坯車。裝滿釉坯的儲坯車經(jīng)鏈式步進機構(gòu)進后，由轉(zhuǎn)移車自動推車線儲存。 利用卸載機、輸送連接段和裝窯機使儲坯車中的釉坯按順序?qū)崿F(xiàn)卸載、輸送和自動入窯。燒成采用一次快燒工藝，選用帶窯下干燥器的標準單層輥道窯，窯長78.81m，有效寬度1.45m，燒成周期約55min，燃料為凈發(fā)生爐煤氣或天然氣。 燒成的制品在輥道窯品處，經(jīng)卸窯機組出磚連接段送去人工揀選包裝，由叉車運送入庫。 釉料制備是將裝的釉用原料分別存放于制釉工段的室內(nèi)料庫，臺秤稱量，然后由電動葫蘆吊裝入球蘑機內(nèi)，由水表計量加水，按預定時間球蘑。磨好的釉漿用隔膜泵從球蘑機中卸出。再經(jīng)過篩、除鐵后，送入帶有慢速攪拌機的儲釉罐中。使用時從儲釉罐中放入木制的送釉桶中，由手推車送往施釉線。 3．生產(chǎn)線工藝流程示意圖見書末插頁圖3-1-1。 4．生產(chǎn)線工藝平面布置圖見書末插頁圖3-1-2。 ? 第二章 原料 第一節(jié) 粘土類原料 粘土類原料為陶瓷制品成型提供必須的可塑性和懸浮性，并在燒成中起重要作用。在配料中是它的用量常達40%以上。 (一).粘土的定義、成因與分類 粘土的定義 ???粘土是一種或多種呈疏松或膠狀密實的含水鋁硅酸鹽礦物的混合物。各類粘土由各種粘土礦物組成，這些粘土礦物是粘土的主體。除了粘土礦物外還有雜質(zhì)礦物，如末風化的巖石碎崤、石英砂、長石、云母、方解石、黃鐵礦、有機物雜質(zhì)等。因為粘土是一種混合物，所以它不能用一個固定化學式來表示，也無一定熔點。 粘土的成因 粘土主要是由鋁硅酸鹽類巖石，如長石、偉晶花崗巖等經(jīng)過長期地質(zhì)年代的自然風化作用或熱液濁變作用而形成的。 ???長石轉(zhuǎn)化為高嶺石的反應(yīng)大致如下： ???2[KAlSi3O8]+H2CO3------Al2Si2O5(OH)4+4SiO2+K2CO3 (二)粘土的分類 1．按成因分類 （1）原生粘土。又稱一次粘土、殘留粘土，它是由母巖風化后殘留在原地形成的。其質(zhì)地較純，顆粒稍粗，可塑性較差，耐火度較高。 （2）次生粘土。又稱二次粘土、沉積粘土，它是由風化形成的粘土受雨水、風力的作用遷移到其他地點沉積而形成的粘土層，這種粘土顆粒很細，而且在遷移過程中入很多雜質(zhì)和有色物質(zhì)。故常呈色，但可塑性較好，耐火度較差。 2．按可塑性分類 （1）高可塑性粘土。又稱軟質(zhì)粘土、球土或結(jié)合粘土，其分散度大，多呈疏松狀或板狀，如膨潤土、木節(jié)土、球土等。 （2）低可塑性粘土。又稱硬質(zhì)粘土，其分散度小，多呈致密塊狀、石狀，如葉臘石、蕉寶石、堿石、瓷石等。 3．按耐火度分類 （1）耐火粘土。其耐火度＞1580℃，是 比較純的粘土，含雜質(zhì)較少，灼燒后多呈白色、灰色或淡黃色，為瓷器、耐火制品的主要原料。 （2）難熔粘土。耐火度為1350~1580℃，含易熔雜質(zhì)在10℃--15℃左右，可作跖器、陶器、耐酸制品、裝飾磚及瓷磚的原料。 （3）易熔粘土。耐火度在1350℃以下，含有大量的各種雜質(zhì)，多用于建筑磚瓦和出粗陶等制品。 4．按構(gòu)成粘土的主要粘土礦物分類 （1）高嶺石類粘土。如蘇州土、紫木節(jié)土。 （2）蒙脫石類粘土。如遼寧黑山和福建連成膨潤土。 （3）水云母類粘土。如河北章村土。 （4）葉臘石類粘土。如浙江青田葉臘石。 （5）水鋁英石類粘土。如唐山A、B、C級礬土。 粘土的組成 ???粘土的組成包括化學組成、礦物組成和顆粒組成。組成粘土的主要化學成分為SiO2 、AL2O3，還有少量堿金屬氧化物（k2O、Na2O）；堿土金屬氧化物（CaO、MgO），著色氧化物（Fe2O3、TiO2）和灼堿量（機械結(jié)合水、化合水、有機物、碳酸物硫酸物等）。根據(jù)化學組成可以初步判斷粘土的一些性能，如含Al2O3多（＞36％）的粘土難燒結(jié)；如SiO2含量＞70％，則該粘土中含有石英；K2O和Na2O總量＞2％，，則此粘土可能是水云母質(zhì)粘土，其燒結(jié)溫度較低；Fe2O3含量＞0.8％時，制品白度降低，呈灰白色、黃色，甚至暗紅色；TiO2含量＞0.2％時，制品在還原氣氛下燒成，易呈黃色。 ???粘土按其主要粘土礦物的不同可分為高嶺石類、蒙脫石類和伊利石類三大類別。對于一種粘土來說，并不是只含有一種，而往往同時含有兩種或兩種以上的粘土礦物，只是其中一種是主要的。高嶺石（Al2O3?2SiO2?2H2O）是一般粘土中最常見的粘土礦物，由其作為主要成分的純凈粘土稱為高嶺土。它的吸附能力小，可塑性和結(jié)合性較差，雜質(zhì)少、白度高、耐火度高。江蘇的蘇州土、湖南的界牌土、山西的大同土和江西的星子土都是以高嶺石為主要礦物的高嶺土，是優(yōu)質(zhì)的陶瓷原料。 ???蒙脫石（Al2O3?4SiO2?nH2O，n＞2）遇水體積膨脹形成膠狀物，具有很強的吸附力和陽離子交換能力，以蒙脫石為主要礦物的粘土稱為膨潤土，其顆粒細小，可塑性極強，能提高坯料可塑性和干坯強度，但雜質(zhì)多、收縮大、燒結(jié)溫度低，坯料中膨潤土的用量一般在5％以下。 ???伊利石（K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O·nH2O）屬水云母礦物。它是云母水解成高嶺石的中間產(chǎn)物，以伊利石為主要礦物的瓷石是良好的制瓷原料，可以分兩組甚至單組分成瓷。江西的南港瓷石、安徽的祈門瓷石都含有大量石英和絹云母。絹云母是受熱液作用而形成的細小鱗片狀白云母，有絲絹光澤，可用以生產(chǎn)絹云母瓷。伊利石類粘土一般可塑性低，干燥后強度小，干燥收縮小，燒結(jié)溫度低，開始燒結(jié)溫度一般在800℃左右，完全燒結(jié)溫度在1000—1150℃。 ???粘土中除粘土礦物外，經(jīng)常伴生一些非粘土礦物，它們通常以細小晶粒及其集合體分散于粘土中。這些雜質(zhì)礦物有石英和母巖殘渣，如長石、云母等，其他還有鐵質(zhì)礦物；碳酸鹽、硫酸鹽等。一般對粘土的性能、制品的質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響，可通過淘洗、磁選等方法除去。很多粘土中含有不同數(shù)量的有機物質(zhì)，有褐煤、蠟、腐蝕酸黏生物等，這些有機物質(zhì)其含量的多少和種類的不同，可使粘土呈灰至黑等各種顏色。但它們愛煅燒時能被燒掉，因此只要不含別的著色物質(zhì)，粘土燒后呈白色。有的有機物質(zhì)（如腐殖質(zhì)）有著顯著的膠體性質(zhì)，可以增加粘土的可塑性和泥漿的流動性。但有機物質(zhì)過多時也有可能造成瓷器表面起泡與針孔，須在燒成中加強氧化來解決這個矛盾。 ???顆粒組成指粘土含有不同大小顆粒的百分比含量。粘土礦物粒徑在2㎜以下的細顆粒中，石英、長石等雜質(zhì)多半是較粗的顆粒。蒙脫石、伊利石粘土的顆粒比高嶺石類粘土細小，粘土的顆粒越細，可塑性越強，干坯強度、干燥收縮也越大。表3-2-1表示粘土顆粒細度對其工藝性能的影響。 表3-2-1粘土顆粒大小對其物理性質(zhì)的影響 三、粘土的工藝性質(zhì) ???粘土的工藝性質(zhì)主要取決于它的礦物組成、化學組成和顆粒組成。 ???可塑性和結(jié)合性:粘土物料加一定量水膨潤后，可捏練成泥團。在外力作用下，它變形但不開裂，可塑造成所需要的形狀，在外流除去后，仍保持該形狀，這種性能稱為可塑性。粘土的可塑性指數(shù)或塑性指標表示。塑性指數(shù)是粘土的液性限度（由塑性狀態(tài)進入流動狀態(tài)的最高水量）與塑性限度（由固體狀態(tài)進入塑性狀態(tài)的最低含水量）之間的差值。塑性指標是指在工作水平下，泥料受外力作用最初出現(xiàn)裂紋時應(yīng)力和變力的乘積。粘土按其可塑性好壞可分為以下四種：強塑性粘土：指數(shù)＞15或指標＞3.6。 中塑性粘土：指數(shù)7—15或指標2.5—3.6。 弱塑性粘土：指數(shù)1—7或指標＜2.5。 非塑性粘土：指數(shù)＜1。 ???對粘土具有可塑性有多種解釋。一般認為是粘土在水中分散成細小顆粒，由于離子吸附，粘土顆粒周圍形成適當厚度的水化薄膜，受力作用時水膜起潤滑作用，可任意滑移變形，又因粘土顆粒間形成毛細管，水膜又成了張緊膜，使發(fā)生滑移的顆粒不致脫離分開，起保形作用。顯然，只有當泥料的水分適中時，才能在粘土顆粒周圍形成一定厚度的連續(xù)水膜，粘土的可塑性才最好。最佳含水量在松結(jié)合水和自由水之間，可塑性較好的粘土最佳含水量較大。不同的粘土礦物，可塑性也不相同，蒙脫石類粘土較高嶺石、伊利石類的可塑性好。永遠的粘土，其顆粒越細，有機質(zhì)含量越高，可塑性越好。此外，粘土顆粒吸附的陽離子種類、濃度與可塑性關(guān)系很大，吸附的陽離子濃度大，離子半徑小、電價高（如Ca·2+，H+），則吸附水膜較厚，可塑性較好。 ???在生產(chǎn)過程中為提高坯料的可塑性常采用以下措施： 1.將粘土原礦進行淘洗，或長期風。 ???把濕潤了的粘土或坯料施以長期陳腐。對泥料進行真空練泥。摻用少量是強可塑性粘土。加入增塑劑，如糊精、羧甲基纖維素等。結(jié)合性是指粘土結(jié)合瘠性原料形成可塑泥料并具有一定的干坯強度的能力。一般可塑性好的粘土，其結(jié)合性也好。 2. 離子交換性 ???粘土顆粒由于其表面層的斷鍵和晶格內(nèi)部離子的被置換而帶有電荷，它能吸附其他異性離子。在水溶液中，這種被吸附的離子又可被其他相同電荷的離子所置換。這種性質(zhì)稱為粘土的離子交換性。 ???離子交換能力的大小可用離子交換容量來表示。它指pH=7時每100g干粘土所吸附能夠交換的陽離子或陰離子的毫摩爾數(shù)，單位為mmol/100g。離子交換容量的大小和粘土的種類有關(guān)，如表3-2-2所示。此外還取決于分散度大小。粘土的分散度越大，其晶格結(jié)構(gòu)缺陷越多。斷鍵和同晶取代也越多，故離子交換容量也越大，如表3-2-3所示。 表3-2-2不同粘土的交換容量（mmol/100g） ? 粘土種類 吸附離子種類 ? 粘土種類 吸附離子種類 陽離子 陰離子 陽離子 陰離子 高齡土 3～9 — 伊利石類粘土 10～40 — ? ? 高齡土類粘土 ? 9～20 7～20 敘永土 15～40 — ? 膨潤土 40～150 20～50 式中：P0—泥團開始承受的負荷，N；Pn—經(jīng)過一定時間后，球體或錐體壓入相同深度時泥團承受的負荷，N。粘土的觸變性主要取決于粘土的礦物組成，粒度大小、形狀、水分含量、使用電解質(zhì)種類與用量，以及泥漿（或可塑泥料）的溫度等。對高齡石和伊利石顆粒加水時，水分子僅滲入顆粒間；而蒙脫石顆粒加水時，水分子除進入顆粒間，還可滲入單位晶胞之間，故其遇水后膨脹要比前者大，觸變性比前者大。 3.粘土顆粒的大小與形狀對觸變性的影響 ???表現(xiàn)為顆粒愈細，形狀愈不對稱，愈易成觸變結(jié)構(gòu)。此外觸變性大小與吸附陽離子的種類和數(shù)量有關(guān)。吸附陽離子的價數(shù)愈小，或價數(shù)相同，離子半徑愈小者，其觸變性愈大。因為離子半徑愈小，水化半徑愈大，水化膜愈厚。 泥料的觸變性還與含水量有關(guān)，含水量大的泥漿，不易形成觸變結(jié)構(gòu)，反之易成觸變結(jié)構(gòu)。 溫度升高，粘土質(zhì)點的熱運動劇烈，使粘土顆粒間的作用力減弱，不易建立觸變結(jié)構(gòu)，從而觸變性也小。 4. 膨化性 ???粘土加水后體積膨脹的性質(zhì)成為膨化性。膨化性的大小可用膨脹容來表示，它由兩三個部分組成：即內(nèi)膨脹容——指結(jié)構(gòu)層間；外膨脹容——指顆粒間。膨脹容通常用1g干粘土吸水膨脹后的體積（cm3）來表示。 如祖堂山粘土為6.5cm3/g，黑山膨潤土為3.7cm3/g，敘永土為3.0cm3/g，界牌土為2.5cm3/g，紫木節(jié)土為1.05cm3/g。 5.收縮 ???粘土經(jīng)110℃干燥后,自由水及吸附水相繼排出,粘土顆粒之間的距離縮短而產(chǎn)生收縮,稱為干燥收縮。 干燥后的粘土經(jīng)高溫煅燒，因產(chǎn)生脫水分解作用和液相填充在空隙中并將顆粒粘結(jié)起來，同時又生成一些新的結(jié)晶物質(zhì)，使體積進一步收縮，稱之為燒成收縮。 收縮有線收縮（制品的長度變化百分率）和體收縮（制品的體積變化百分率）兩種，體收縮值大約是線收縮的3倍。 試樣的總收縮率與干燥收縮率、燒成收縮率的關(guān)系為： S燒=×100%（3-2-3） 測定收縮是研制模型及制作生坯尺寸放尺的依據(jù)。坯體的配方不同收縮也不同，此外，同一個坯體水平收縮與垂直收縮、上部與底部的收縮也不同。 6. 燒結(jié)溫度與燒結(jié)范圍 ???粘土是多種礦物的混合物，沒有固定的熔點，當粘土加熱到一定溫度后（>900℃）開始出現(xiàn)液相并逐漸增加，在液相表面張力作用下，未熔顆粒相互靠攏，使體積收縮，氣孔率下降，密度提高。對應(yīng)體積開始劇烈變化的溫度稱為開始燒結(jié)溫度T1；當粘土完全燒結(jié)，其氣孔率降至最低值，收縮率達最大值，該溫度稱為燒結(jié)溫度T2；如果繼續(xù)升溫，試樣因液相外多發(fā)生變形，出現(xiàn)這種情況的最低溫度稱為軟化溫度T3。燒結(jié)溫度至軟化溫度之間的溫度區(qū)間稱為燒結(jié)溫度范圍。在此范圍內(nèi)粘土可燒結(jié)致密。粘土中雜質(zhì)礦物特別是含堿礦物含量較高時，燒結(jié)溫度較低，燒結(jié)范圍較窄，純的高齡土燒結(jié)溫度范圍為200℃，不純的粘土為150℃，伊利石類粘土僅為50～80℃，制瓷所用粘土要求燒結(jié)溫度范圍較寬，以100～150℃為宜。 ?四、我國的粘土原料 ???我國北方的粘土多為次生粘土，含有機質(zhì)較多，吸附力強，可塑性好。游離石英和鐵質(zhì)較少。有時含水鋁石類礦物，所以，AL2O3、TiO2含量較高，耐火度較高，一般不需淘洗，制得的干坯強度大，坯體內(nèi)外可同時上釉，一次燒成。由于鐵質(zhì)少，有機質(zhì)多，大多采用氧化焰燒成。南方的粘土多是原生粘土，有機質(zhì)含量少，可塑性差，游離石英多，含鈦少而含鐵多，一般需淘洗處理。因生坯強度低，一般分兩次上釉，即施內(nèi)釉、外釉或兩次燒成。采用強還原焰燒成，以提高制品的白度和色澤。 第二節(jié) 石英類原料 一、石英類原料的種類和性質(zhì) 1.石英原料的種類 ???在陶瓷工業(yè)中常用的石英類原料有以下幾種：脈石英 屬火成巖。脈石英外觀色純白，半透明，呈油脂光澤，斷口呈貝殼狀；SiO2含量高達99%，是生產(chǎn)日用細瓷的良好原料。 2.砂巖 ???砂巖是石英顆粒被膠結(jié)物膠結(jié)而成的一種碎屑沉積巖。砂巖的顏色有白、黃、紅等色，其SiO2含量為90%～95%。 3. 石英巖 ???石英巖是一種變質(zhì)巖。系硅質(zhì)砂巖經(jīng)變質(zhì)作用，石英顆粒再結(jié)晶的巖石。含SiO2>97%，是制造一般陶瓷的良好原料。 4.石英砂 ???石英砂是花崗巖、偉晶巖等風化成細粒后，由水流沖擊沉積而成，其中雜質(zhì)含量較多，用時須進行控制。 二、石英的晶型轉(zhuǎn)化 ???石英在加熱過程中活發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，同時伴隨體積變化。其晶型與晶型間的轉(zhuǎn)變溫度如下：高溫型轉(zhuǎn)化的體積變化 ，但轉(zhuǎn)化速度慢，又有液相緩沖，所以危害不很大（如圖3-2-2中橫向轉(zhuǎn)化。低溫型的轉(zhuǎn)化體積變化小，但轉(zhuǎn)化速度快，由是在無液相出現(xiàn)的條件下進行轉(zhuǎn)化，因而破壞性強，必須注意。 ???實際上在有礦化劑存在的情況下，礦化劑產(chǎn)生的液相就會沿著裂縫侵入內(nèi)部，促使半安定方英轉(zhuǎn)化為鱗石英。假如無礦化劑存在或礦化劑很少時，就轉(zhuǎn)化為方石英，而顆粒內(nèi)部仍保持部分半安定方石英。普通陶瓷由于燒成溫度打不到使之充分轉(zhuǎn)化所必須的溫度（約1400℃），所以陶瓷燒成后得到少量是半安定性方石英，大多數(shù)石英顆粒仍保持石英的晶形。 ???掌握石英的理論轉(zhuǎn)化與實際轉(zhuǎn)化規(guī)律，對指導生產(chǎn)很有實際意義。如可利用它的加熱膨脹作用，對石英原料進行預煅燒，便于下一步的粉碎。一般預煅燒溫度在1000℃左右。此外，在制品燒成和冷卻時，處于晶型轉(zhuǎn)化的溫度階段，應(yīng)適當控制升溫與冷卻速度，以保證制品不開裂。 三、石英在陶瓷生產(chǎn)中的作用 1.加快干燥 ???在燒成前，石英是瘠性原料，可降低泥料的可塑性，減少成型水分，降低干燥收縮并加快干燥。 2.減小坯體變形 ???石英在高溫時部分溶于液相，提高液相粘度，石英晶型轉(zhuǎn)變的體積膨脹可抵消坯體的部分收縮，從而減小坯體變形。 3.增加機械強度 ???殘余石英可以與莫來石一起構(gòu)成坯體骨架，增加機械強度，同時，石英也能提高坯體的白度和透光度。 4.提高釉的耐磨與耐化學侵蝕性 ???在釉料中SiO2是生成玻璃的主要組分，增加釉料中石英含量能提高釉的熔融溫度和粘度，降低釉的熱膨脹系數(shù)，提高釉的耐磨性、硬度和耐學腐蝕性。長石是陶瓷原料中最常用的熔劑原料， 用量較大， 是陶瓷三大原料之一。 第三節(jié) 長石類原料 一 、長石的種類 ???自然界中的長石種類很多，其中大多數(shù)是以下幾種長石的混合礦物：鉀長石 K2O·Al2O2·6SiO2； 鈉長石 Na2O·Al2O3·6SiO2 ； 鈣長石CaO·Al2O3·2SiO2 ； 鋇長石 BaO·Al2O2·2SiO2 ； 陶瓷工業(yè)主要使用正長石亞族中的正長石、微斜長石、透長石等。生產(chǎn)中所稱的鉀長石，實際上是以含鉀為主的鉀鈉長石，而所稱的鈉長石實際上是以含鈉為主的鉀鈉長石。 ? 二、長石的作用 ???長石在陶瓷原料中是作為熔劑使用的。 1.降低燒成溫度 長石是坯、釉中堿金屬氧化物(k2O、Na2O)的主要來源，從而降低陶瓷的燒成溫度。 2 ．提高機械強度和化學穩(wěn)定性熔融后的長石熔體能溶解部分高嶺土分解產(chǎn)物和石英顆粒，促進莫來石晶體的形成和長大，提高瓷體的機械強度和化學穩(wěn)定性。 3 ．提高透光度長石熔體填充于各顆粒間，促進坯體致密化。其液相過冷成為玻璃相，提高了陶瓷制品的透光度。 ?三、長石的代用原料 ???天然礦物中優(yōu)質(zhì)的長石資源并不多，工業(yè)生產(chǎn)中常使用一些長石的代用品，只要有偉晶花崗巖正長石。偉晶花崗巖是一種顆粒很粗的巖石，其礦物組成主要是石英和正長石、斜長石，以及少量的白云母等。一般石英含量為25%~30%，長石含量為60%~70%，其余雜質(zhì)較少。一般要求Fe2O3含量控制在0.5%以下，K2O、Na2O含量≥8%，CaO含量≥2%，游離石英≥30%，K2O／Na2O≥2% 霞石正長石的礦物組成中主要為長石類(正長石、微斜長石、鈉長石)及霞石(Na,K)AlSiO4的固溶體。次要礦物為輝石、角閃石等。霞石正長石巖中Al2O3的含量比正長石高，且?guī)缀醪缓坞x石英。其熔融后的粘度較高，故用其制用的制品不易變形，熱穩(wěn)定性和機械強度也較高。但是含鐵量較高，必須進行精選。 第四節(jié) 其他原料 一、碳酸鹽類原料 ???這類原料在高溫下起熔劑作用，其中最常見的是含氧化鈣和氧化鎂的原料。 ???1．碳酸鈣類 ???這類原料主要有方解石、石灰石、大理石、白堊等。方解石含雜質(zhì)較少，一般為乳白色或無色。石灰石為方解石微晶或潛晶聚集塊體，無解理。含雜質(zhì)較多，多呈灰白色、黃色等。大理石是微細的碳酸鈣晶粒在高溫、高壓下經(jīng)在結(jié)晶而形成的變質(zhì)巖。白堊是海底含石灰石的微生物或貝殼的遺骸沉積而成，含有機物較多。 ???2.菱鎂礦 ???菱鎂礦的主要成分是MgCO3，常含鐵、鈣、錳等雜質(zhì)，因此多呈白、灰、黃、紅等色。有玻璃光澤，硬度為3.5～4，密度為2.8～2.9g/cm3，分解溫度為730～1000℃,但在陶瓷坯料中CO2完全脫離MgCO3的溫度要到1100℃左右,用菱鎂礦代替部分長石，可降低坯料的燒成溫度，并減少液相量。此外，MgO還可減弱坯體中由于鐵、鈦等化合物所產(chǎn)生的黃色，提高瓷坯的半透明性和坯體的機械強度。在釉料中加入MgO，可增寬熔融范圍，改善釉層的彈性和熱穩(wěn)定性. ???3.白云石 ???白云石是碳酸鈣和碳酸鎂的固溶體。其化學式為CaCO3·MgCO3 ,常含鐵、錳等雜質(zhì)，一般為灰白色，有玻璃光澤，硬度為3.5～4.0，密度為2.8～2.9g/cm3,分解溫度為730～830℃，首先分解為游離氧化物鎂與碳酸鈣，950℃左右碳酸鈣分解。白云石在坯體中能降低燒成溫度，增加坯體透明度，促進石英的熔解及莫來石的生成。它也是瓷釉的重要原料，可代替方解石，且能提高釉的熱穩(wěn)定性以及在一定程度上防止吸煙。 二、滑石 ???滑石是天然的含水硅酸鎂礦物，其化學式為3MgO·4SiO2·H2O ,成分中常含有鐵、鋁、錳、鈣等雜質(zhì)。純凈的滑石為白色，含雜質(zhì)的一般為淡綠、淺黃、淺灰、淺褐等色。具有脂肪光澤，富有滑膩感，多呈片狀或塊狀。莫氏硬度為1，密度為2.7～2.8g/cm3.滑石用于制造陶瓷釉料或滑石質(zhì)細瓷、工業(yè)瓷的坯料。在釉料中加入滑石可改善釉層的彈性、熱穩(wěn)定性，增寬熔融范圍；在坯料中加入少量滑石，可降低燒成溫度，在較低的溫度下形成液相，加速莫來石晶體的生成，同時擴大燒結(jié)溫度范圍，提高白度、透明度、機械強度和熱穩(wěn)定性。在精陶坯體中用滑石代替長石，可降低釉的后期龜裂。 三、硅灰石 ???硅灰石是偏硅酸鈣類礦物，其化學式為CaO·SiO2，天然硅灰石常與透輝石、石榴石、 方解石、石英等共存，故其組成中含量Fe2O3 、Al2O3、MgO、MnO及K2O、Na2O等雜質(zhì)。 硅灰石單晶呈斑狀或片狀，集合體呈片狀、纖維狀、塊狀或柱狀等。顏色常呈白色及灰色，具有玻璃光澤。硬度4.5～5，密度2.8～2.9g/cm3,熔點1540℃。 硅灰石在陶瓷生產(chǎn)中常作為低溫快燒配方的主要原料使用。它與粘土配成硅灰石質(zhì)坯料。由于硅灰石本身不含有機物和結(jié)合水，干燥收縮和燒成收縮很小，其熱膨脹系數(shù)也?。?.7×10-6/℃）,因此適宜于快速燒成。燒成后，瓷坯中的針狀硅灰石晶體交叉排列成網(wǎng)狀，使制品的機械強度提高，同時形成含堿土金屬氧化物較多的玻璃相，其吸濕膨脹也小，可用來制造釉面磚、日用陶瓷、低損耗無線電陶瓷等。也有用來生產(chǎn)衛(wèi)生陶瓷、磨具、火花塞等。 四、透輝石和透閃石 ???透輝石是偏硅酸鈣鎂，化學式為CaMg[Si2O6],它和硅灰石一樣多屬于鏈狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物。透輝石常與含鐵的鈣鐵輝石系列礦物共存，故常含有鐵、錳、鉻等成分。晶體呈短柱狀，集合體粒狀、柱狀、放射狀。常呈淺綠或淺灰色，具有玻璃光澤，硬度6～7，密度3.8g/cm3 。 ???透輝石在陶瓷中應(yīng)用與硅灰石類似，既可作為助熔劑使用，也可作為主要原料。適合于低溫快速燒成。由于透輝石中的Mg2+離子可與Fe2+離子進行離子交換，天然產(chǎn)出的透輝石都含有一定量的鐵，所以在生產(chǎn)白色陶瓷制品時，必須進行挑選。 ???透閃石為含水的鈣鎂硅酸鹽，其化學式為Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2 ,此外還有FeO和少量的鈉、鉀、鎂等的氧化物，F(xiàn)eO的含量最高可達3% ，其中OH-也可由F-、Cl-等置換。其集合體常呈柱狀、放射狀或纖維狀。有時形成致密隱晶粒塊狀體，稱之為軟玉。透閃石色白或灰，硬度5～6，密度在3g/cm3左右。透閃石作為鈣鎂硅酸鹽在陶瓷中的應(yīng)用與硅灰石、透輝石相似，常作為釉面磚的主要原料使用。但因其含有少量結(jié)構(gòu)水，且結(jié)構(gòu)水的排出溫度較高(1050℃左右)，故不適于一次低溫快燒工藝。 第三章 配料及計算 各種陶瓷產(chǎn)品對坯料和釉料的性能有不同的要求，各地可供選用的原料也各異，在生產(chǎn)過程中原料的成分、性能也會發(fā)生變化，因此，配料方案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)果進行實驗，然后在試驗的基礎(chǔ)上確定產(chǎn)品最佳的配方。 第一節(jié) 配料的依據(jù) ?? 單獨一種原料，一般很難直接用來制造陶瓷，更難以滿足產(chǎn)品的特定要求。通常都是采用多種原料互相配合，才能制造出符合特定要求的陶瓷產(chǎn)品。在擬定原料配方時，應(yīng)遵循以下各項原則。 ?一、坯料和釉料的組成應(yīng)滿足產(chǎn)品的物理-化學性質(zhì)和使用要求 ???如釉面磚要求有一定的吸水率，才能牢固地粘貼在墻面上；在使用環(huán)境下反復升降溫不致開裂、剝落，壽命長；釉面光滑平整，顏色均一，尺寸規(guī)格一致，不僅能使建筑物整體美觀，而且便于施工。地磚要求吸水率較小，但應(yīng)耐磨、耐酸堿腐蝕和防滑等。日用瓷要求有一定的白度和透明度，并對釉面鉛的溶出量有嚴格限制。炊具用的耐燒陶瓷，直接經(jīng)受熱源加熱，蒸煮食物，故要求有較好的抗熱震性能和較高的導熱系數(shù)。電瓷要求有較高的機械強度和電絕緣性能等。對某一具體品種，都還有專門的要求，在國家標準、行業(yè)標準中，一般都列出了詳細的產(chǎn)品性能指標。擬定配方時，必須注意滿足這些具體要求。 ?二、擬定配方時應(yīng)考慮生產(chǎn)工藝及設(shè)備條件 ???一般來說，對于坯料總是希望成型性能好，坯體強度高，有較寬的燒成溫度范圍。燒成 溫度、氣氛應(yīng)與窯爐的性能相適應(yīng)。若釉、坯化學性質(zhì)相差過大，燒成易出現(xiàn)坯體吸釉，造成干釉現(xiàn)象。釉的熔融溫度應(yīng)和坯體燒結(jié)溫度相近。釉的熱膨脹系數(shù)應(yīng)比坯體稍小，使冷卻時釉層受到不大的壓應(yīng)力，利于增加產(chǎn)品的機械強度，防止變形。 當采用低溫快速燒成工藝時，配料應(yīng)選用燒成收縮小，燒減小的原料，減少粘土用量，降低坯料中游離石英總量，增加熔劑成分等。 ?三、擬定配方時應(yīng)考慮經(jīng)濟上的合理性 ???我國地域遼闊，陶瓷原料儲量豐富，幾乎各地都有適合生產(chǎn)陶瓷的原料，若舍近求遠， 不僅運費增加，而且投產(chǎn)后也會帶來困難，因此選用原料盡量作到就地取材，綜合利用。近年來一些建筑陶瓷企業(yè)就地利用磷礦渣、高爐礦渣等廢棄物試制面磚成功，不僅經(jīng)濟效益提高，而且減輕環(huán)境污染，帶來很好的社會效益。 ?四、借鑒成熟配方 ???調(diào)查了解有關(guān)廠家正在使用的或研究單位研制的某種產(chǎn)品的成熟配方，可以縮短試過 程,減少人力物力的浪費,但在應(yīng)用外單位的成功配方時,應(yīng)注意具體情況的差異,特別是各地出產(chǎn)的同種原料,性能和成分也可能有很大不同,例如不同礦區(qū)出產(chǎn)的粘土,鋁含量波動范圍就很大(可達13%~40%),因此,不可機械地搬用,一定要慎重分析,并通過試驗驗證,或在成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上進行試驗創(chuàng)新,最后應(yīng)以試驗測定結(jié)果為鑒定的依據(jù)。 ?五、弄清各原料在陶瓷材料中的作用 ???弄清各種原料在陶瓷 材料中的作用及材料性能的影響，是進行配方試驗的基礎(chǔ)。陶瓷坯、釉配方中包含的各種原料，在生產(chǎn)過程中或在材料結(jié)構(gòu)中有著不同的作用，了解這些規(guī)律，可使配方試驗避免盲目性。 第二節(jié) 坯 釉料表示方法 ???坯、釉料組成的表示方法有多種，各種文獻上并不統(tǒng)一，了解常見表示方法及其含義，是分析和計算坯、釉料配方的基礎(chǔ)。 ?一、實際配料比表示 ???這是生產(chǎn)中最常見的表示方法，即是直接列出所用的各種原料的質(zhì)量百分比。如某廠 釉面磚坯體的配方為：磷礦渣50%、蠟石35%、紫木節(jié)土15%。又如衛(wèi)生瓷乳濁釉的配方為：長石33.2%、石英20.4%、蘇州高嶺土3.9%、廣州鋯英石13.4%、氧化鋅4.7%、煅燒滑石9.4%、石灰石905%、堿石5.5%。這種表示方法的優(yōu)點是便于直接進行配料。缺點是由于各廠原料成分不同，因而缺乏可比性，不能直接引用，而且若原料成分變化，則配方也必須作相應(yīng)調(diào)整。 ?二、礦物組成（又稱示性組成）表示 ???把生產(chǎn)所用的各種天然原料中的同類礦物含量合并在一起，換算成粘土、長石、石英三種純礦物的質(zhì)量百分比表示。這是一種理論配方，由于同類型礦物在坯料中所起的主要作用基本相同，而粘土、長石、石英三種礦物在成型、干燥、燒成中所起作用是各不相同的。故礦物組成可以大致反映坯料的性質(zhì)。如一般硬質(zhì)瓷含純粘土物質(zhì)40%~60%，長石20%~30%，石英20%~30%。一般軟質(zhì)瓷含純粘土物質(zhì)20%~40%，長石30%~60%、石英20%~40%等。 ?三、化學組成表示 ???對坯料或釉料進行化學全分析，并以分析結(jié)果表示坯料或釉料的化學組成。一般化學組成項目有SiO2、Al2O、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、灼燒減量等，以質(zhì)量百分數(shù)表示。再結(jié)合原料的化學組成進行配方計算。 根據(jù)化學組成可以看出對坯、釉性質(zhì)起主要作用的氧化物含量，能降低燒成溫度的熔劑含量，雜質(zhì)的含量以及燒成時分解排出的氣體量，從而初步判斷坯、釉的一些基本性質(zhì)，但氧化物與性能之間的關(guān)系復雜，故化學組成表示方法也有局限性。 ?四、實驗公式（塞格爾式）表示 ???根據(jù)坯或釉化學組成中氧化物含量的百分數(shù)，除以各氧化物的摩爾質(zhì)量，得到各組分的摩爾數(shù)，將摩爾數(shù)冠于各氧化物分子式前，再按堿性氧化物（R2O+RO）·中性氧化物（R2O3）·酸性氧化物（R2O）的順序排列起來，并把其中一種的系數(shù)調(diào)整為1，即得實驗式（坯式或釉式）。 為便于進行比較，對于坯式是將中性氧化物（R2O3）摩爾數(shù)調(diào)整為1；對于釉式則是將堿性氧化物（R2O=RO）的摩爾數(shù)綜合調(diào)整為1。這在中國和英國、美國文獻上是如此，而在有些國家則不分坯釉，均將堿性氧化物的系數(shù)總和調(diào)整為1。顯示前者便于區(qū)別，后者便于比較坯、釉的結(jié)合性。 一種釉面磚的坯式為： 若欲將其堿性氧化物摩爾數(shù)總和調(diào)整為1，只須將4種堿性氧化物系數(shù)相加： 0.036+0.027+0.080+0.286=0.411 用其和除各氧化物系數(shù)即得： 式中Al2O3和SiO2的系數(shù)很大，據(jù)此可以判斷上式為坯式。釉式中Al2O3和SiO2的系數(shù)都很小。如： 硬瓷的坯式為：1(R2O+RO)·(3~5)Al2O3·(15~21)SiO2 硬瓷的釉式為：1(R2O+RO)·(0.5~1.2)Al2O3·(10~23)SiO2 軟瓷的坯式為：1(R2O+RO)·(1.8~3.0)Al2O3·(10~230SiO2 軟瓷的釉式為：1(R2O+RO)·(0.1~0.4)Al2O3·(2.0~4.0)SiO2·(0.0~0.5)B2O3 本書后述中凡未加說明的坯式，其中性氧化物系數(shù)和均取1。 借助實驗式，通過計算酸性系數(shù)（C·A）可大致判斷材料的物理性能。酸性系數(shù)以下式計算： C·A=（3-3-1） 硬瓷釉的酸性系數(shù)為1.8~2.5，軟瓷釉為1.4~1.6，可見隨著酸性系數(shù)的增加，軟瓷釉逐漸向硬瓷釉轉(zhuǎn)變。酸性系數(shù)增大，坯體系數(shù)增大，坯體的脆性增加強度降低，高溫易變形，燒成溫度也降低 第三節(jié) 坯料配方計算 一、坯式的計算? 已知坯料化學組成計算坯式計算步驟如下： （1）用個氧化物的相對分子質(zhì)量去除該氧化物的百分含量，得各氧化物的摩爾數(shù)。 （2）以中性氧化物R2O3的摩爾數(shù)為基準，另其和為1，計算各氧化物的相對摩爾數(shù)，并作為相應(yīng)氧化物的系數(shù)。 （3）按照堿性氧化物、中性氧化物、酸性氧化物的順序排列出坯式。 例1已知坯料的化學全分析如下表（%質(zhì)量），試計算其坯式。 SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O 灼減 合計 67.08 21.12 0.23 0.43 0.35 0.16 5.92 1.35 2.44 99.08 解： （1）計算各氧化物的摩爾數(shù) SiO267.8÷60.06=1.1169 Al2O321.12÷101.94=0.2072 Fe2O3 0.23÷159.68=0.0014 TiO20.43÷80.1=0.0054 CaO0.35÷56.08=0.0062 MgO0.16÷40.32=0.0040 K2O5.92÷94.19=0.0629 NaO1.35÷61.99=0.0218 (2)以中性氧化物摩爾數(shù)總和為基準，令其為1，計算相對摩爾數(shù) 中性氧化物Al2O3+Fe2O3摩爾數(shù)總和為： 0.2072+0.0014=0.2086 以此數(shù)除各氧化物的摩爾數(shù)，得： SiO21.1169÷0.2086=5.354 Al2O30.2072÷0.2086=0.9933 Fe2O3 0.0015÷0.2086=0.0072 TiO20.0054÷0.2086=0.0259 CaO0.0062÷0.2086=0.0297 MgO0.0040÷0.2087=0.0192 K2O0.0629÷0.2087=0.3015 NaO0.0218÷0.2087=0.1045 （3）按堿性、中性、酸性氧化物的順序排列出坯式 若化學組成中未包含灼減，則仍照上述程序計算，所得坯式的結(jié)果不變，即灼減對實驗式?jīng)]有影響。 已知坯式，求化學組成（質(zhì)量%）計算步驟如下： 將坯式中各氧化物的摩爾數(shù)，乘以相應(yīng)氧化物的相對分子質(zhì)量，得出各氧化物質(zhì)量克數(shù)。 由坯式中各氧化物質(zhì)量總和為基準，求出各氧化物的不含灼減的化學組成（質(zhì)量%）。 若已知灼減，則可化為包含灼減的化學組成。 求下列坯式的化學組成。 解：（1）求坯式中各氧化物的質(zhì)量 SiO2 = 4.230×60.1=254.22 Al2O3=0.9795 ×101.9=99.81 Fe2O3 = 0.0205× 159.7=3.27 CaO=0.0823×56.1=4.62 MgO=0.0317×40.3=1.28 K2O=0.0875×9402=8.24 Na2o=0.1224×62.0=7.59 （2）根據(jù)以上各氧化物質(zhì)量總和379.03，計算各氧化物質(zhì)量百分比（不含灼減）： SiO2 = 254.22×100÷379.03=67.08% Al2O3=99.81 ×100÷379.03=26.33% Fe2O3 = 3.27×100÷ 379.03=0.86% CaO=4.62×100÷379.03=1.22% MgO=1.28×100÷379.03=0.34% K2O=8.24×100÷379.03=2.17% Na2o=7.59×100÷379.03=2.00% （3）若已知該坯料的灼減為5054%，則包含灼減的化學組成，可將以上各氧化物乘以系數(shù)（100-5054）/100=0.9446并列表如下（%質(zhì)量）： SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2o 灼減 ∑ 63.37 24.87 0.81 1.15 0.32 2.05 1.89 5.54 100.00 ? 二、示性礦物組成計算 ? ???示性礦物組成是反映陶瓷原料或坯體性能的重要數(shù)據(jù)。用電子顯微鏡、X射線衍射儀等一起分析方法可得到準確可靠的結(jié)果，但在只有化學組成的情況下，也可粗略計算出材料的主要礦物組成。計算方法是首先根據(jù)原料的具體情況初步判定所含的主要礦物，如一般粘土原料所含主要礦物是高嶺土、長石、石英，然后根據(jù)礦物的理論組成，把原料的化學組成換算為不同礦物的大致含量。具體步驟如下： 1.若化學組成中含有一定數(shù)量的K2O、Na2O、CaO，則可認為是由長石類礦物引入的。若其中Na2O比K2O含量是好的多，可認為Na2O是雜質(zhì)而把兩者的合量KNaO計算為鉀長石 2.化學組成中Al2O3的總量減去長石帶入的Al2O3，剩余的可認為是由高嶺土引入的，但若化學組成中扣除鉀長石量后Al2O3量不足時，多余的Al2O可認為是有水鋁石Al2O3·H2O引入的。 3．根據(jù)灼燒減量判斷，若原料中有酸根存在，則MgO可認為是由菱鎂礦MgCO3引入， CaO可認為是由石灰石CaCO3引入的。但若不存在碳酸根，則認為灼減量是水，此時MgO可認為由滑石3MgO·4SO2·H2O或蛇紋石3MgO·2SiO2·2H2O引入。 4．若灼燒減量主要是結(jié)晶水，且在扣除高嶺土及滑石等礦物中的結(jié)晶水后還有一定數(shù)量，可認為化學組成中Fe2O3是由褐鐵礦Fe2O3·3H2O引入；若灼燒減量已扣完，則Fe2O3可作赤鐵礦計算。 5．TiO2一般可認為由金紅石提供。 6．除去以上各種礦物中所含的SiO2量后，剩余的SiO2可作為游離石英。 例3某粘土的化學全分析如下表（%質(zhì)量）： SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 灼減 59.25 29.70 0.16 0.28 微量 0.48 0.05 10.08 試計算其礦物組成。 解： 由于化學組成中CaO含量少，灼減全部作結(jié)晶水計算；Na2O含量很少，與K2O合并計算。 求各氧化物的摩爾數(shù)，并列表計算： SiO259.25/60.06=0.987CaO0.28/56.08=0.005 Al2O329.70/101.94=0.291KNaO(0.48+0.05)/94.19=0.006 Fe2O30.16/159.68=0.001H2O10.08/18=0.56 (2)計算礦物組成見表3-3-1，計算過程是首先列出各氧化物及其摩爾數(shù)，由于物中含有氧化鉀，可認為是鉀長石引入的。鉀長石的理論公式是K2O·Al2O3·6SiO2即1mol鉀長石引入1 molK2O+1molAl2O3+6molSiO2,則表中0.006K2O必對應(yīng)0.006mol鉀長石，并隨0.006mol鉀長石引入0.006molAl2O3和6×0.006=0.036mol的SiO2。將以上結(jié)果填入第3行。接著計算各氧化物剩余量，列入第4行。剩余量中0.005molCaO可認為是鈣長石引入的（因預先判定粘土中基本沒有碳酸根，認為灼減是結(jié)晶水量）。鈣長石的理論公式是CaO·Al2O3·2SiO2，即1mol鈣長石帶入1molCaO+1molAl2O3+2molSiO2，則表中0.005molCaO必對應(yīng)0.0