1、,陶瓷材料的設(shè)計(jì) 與 高溫制備,陶 瓷,陶瓷（ceramics）是我們?nèi)粘Ｉ罱佑|較多，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中有許多重要應(yīng)用的無(wú)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(guò)破碎混和成型燒成等過(guò)程而制得的制品,就是常見(jiàn)的日用陶瓷建筑衛(wèi)生陶瓷等普通陶瓷(ordinary ceramics )。 隨著社會(huì)的發(fā)展，出現(xiàn)了有一類(lèi)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(chēng)之為特種陶瓷(specieal ceramics )。,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(cè)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

2、統(tǒng)性，增加學(xué)生動(dòng)腦、動(dòng)手的機(jī)會(huì)，強(qiáng)化技能的訓(xùn)練，調(diào)動(dòng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性和主動(dòng)性，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。 為畢業(yè)論文和將來(lái)工作打下一定的基礎(chǔ),實(shí) 驗(yàn) 目 的,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(guò)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(guò)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(wèn)題、解決問(wèn)題和動(dòng)手能力。,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(cè)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(xiě)出實(shí)驗(yàn)學(xué)術(shù)論文。,1

3、.1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(duì)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(guò)程。 其中 陶瓷組成對(duì)顯微結(jié)構(gòu)、性能起決定作用。,1.2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) .根據(jù)手冊(cè)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

4、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。,1.2陶瓷的理論設(shè)計(jì),.根據(jù)他人（單位）或自己（單位）的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì) .從頭摸索,1.3 陶瓷化學(xué)組成設(shè)計(jì),陶瓷坯料（body material）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(lèi)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(duì)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(lái)源和到廠價(jià)格,1.3 陶瓷化學(xué)組成設(shè)計(jì),傳

5、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(guò)破碎、混合、成形、燒成等過(guò)程而制得的制品。,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,1.3 陶瓷化學(xué)組成設(shè)計(jì),1.3 陶瓷化學(xué)組成設(shè)計(jì),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(chēng)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(chēng)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(lái)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(lái)推斷或比較坯體的某些性能。

6、,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(lèi)礦物原料組成。用這三類(lèi)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(chēng)坯式表示法，它是采用各種氧化物摩爾數(shù)來(lái)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。,1.3 陶瓷化學(xué)組成設(shè)計(jì),四坯體配料計(jì)算 由于坯

7、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。,1.4 陶瓷實(shí)驗(yàn)流程,一. 制備工藝流程 可以歸納如下,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(chēng)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(chēng)量好的料放入快速磨內(nèi)研磨，磨料時(shí)間為2030分鐘。 將磨好的料放入干凈而且干燥的白瓷盤(pán)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2448小時(shí)即可用于壓制成形

8、。,1.4 陶瓷實(shí)驗(yàn)流程,4壓制成形 為方便性能測(cè)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 30 KN . 片狀試樣，24片，13克 / 片（片徑4 cm ），或8克 / 片（片徑3 cm ），成型壓力 30 40 KN 。,壓制成形后立即對(duì)試樣編號(hào)，用游標(biāo)卡尺量尺寸并記錄。,1.4 陶瓷實(shí)驗(yàn)流程,5干燥 將試樣放入100105的烘箱中烘810小時(shí)（也可自然干燥23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糠N產(chǎn)品的燒成溫度都

9、有波動(dòng)。需經(jīng)燒成實(shí)驗(yàn)確定。,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(duì)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。,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

10、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：,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： 地磚和仿花崗巖玻化磚 T燒 = 12001280； 釉面磚 T燒 = 12001280； 低溫快燒的釉面磚 T燒 = 10001080； 耐熱瓷 T燒 = 12801320；,1.4 陶瓷實(shí)驗(yàn)流程,升溫速率與保溫的確定 升溫速率：小于 1000時(shí)， 810/分鐘； 大于 1000時(shí)， 58 /分鐘； 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、

11、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。,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。,1.6 陶瓷試樣性能測(cè)定,四樣品性能的測(cè)定 1. 試樣干燥強(qiáng)度的測(cè)定 2. 試樣干燥線收縮 3. 試樣燒結(jié)強(qiáng)度測(cè)定 4試樣燒成收縮率的測(cè)定 5試樣氣孔率的測(cè)定 6試樣吸水率的測(cè)定 7. 體積密度測(cè)定 ,試樣干燥強(qiáng)度的測(cè)定,試樣吸水率與氣孔率的測(cè)定,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(guò)程氣孔率和收縮率變化 1氣孔率曲線 2線收縮率曲線,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 實(shí)驗(yàn)結(jié)論或心得,實(shí) 驗(yàn) 學(xué) 術(shù) 論 文,改變過(guò)去一個(gè)實(shí)驗(yàn)寫(xiě)一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告的作法，要