陶瓷工艺学 2.1-2.3 坯料的类型,配料的依据及配料计算-09.10.ppt

第2章 坯料及配料第一节 坯料的类型Ø 普通陶瓷坯料一般都是以粘土为主要原料， 故可通称为粘土质坯料由于使用的粘土种 类以及熔剂原料的种类不同，所以还可以将 坯料进一步加以区分如以长石作为主要熔 剂原料的坯料称为长石质坯料Ø本章以介绍长石质瓷、绢云母质瓷、磷酸盐 质瓷和镁质瓷坯料为主，同时也介绍一些其 它质地的陶瓷坯料（如硅灰石质陶瓷、锂质 陶瓷、叶蜡石质陶瓷等）一、瓷器坯料 （一）长石质瓷坯料 Ø它是以长石作助熔剂的“长石-高岭土-石英”三组分系统 瓷以长石、石英、高岭土为主要原料，按一定比例配 合成坯料，再在一定的温度范围内烧成瓷Ø烧成特点：烧成温度范围比较宽，可在1150~1450℃ 的温度范围内烧成各种瓷器我国的长石质瓷的烧成温 度一般为1250~1350℃ Ø用途：适合于作餐具、茶具、陈设瓷器、装饰美术瓷以 及一般的工业技术用瓷器Ø长石质瓷的瓷胎构成及特点：由玻璃相、莫来石晶相、 残余石英晶相及微量气孔构成其瓷质洁白，薄层呈半 透明，断面呈贝壳状，不透气，吸水率低，质地坚硬， 力学强度高，化学稳定性和热稳定性好Ø一般长石质瓷其烧成温度在1450 ℃以下，瓷的相组成 范围为：玻璃相50%~60%，莫来石晶相10%~20%，残 余石英8%~12%，半安定方石英6%~10%。

1.化学成分v在实际生产中，我国瓷的化学成分一般在下述范围内变 动： SiO2 65%~75%， Al2O319%~25%， R2O+RO 4%~6.5%（KNaO应不低于2.5%）¶国外欧美瓷的组成中，铝含量高些而硅含量相对少些， 因此相应的烧成温度比我国及日本瓷高些2.各种氧化物在瓷中的作用① SiO2 瓷中的SiO2以“半安定方石英”、“残余石英 颗粒”、熔解在玻璃相中的“熔融石英”，以及在莫来石晶体和玻璃态物质中的结合状态存在在瓷中的作用 ： SiO2是瓷的主要组份，含量很高，直接影响瓷的强 度及其它性能但其含量不能过高，如果超过75%以 上接近80%，瓷器烧结后热稳定性变坏，易出现自行炸裂现象②Al2O3 瓷中的Al2O3 主要是由长石和高岭土引入的，是成 瓷的主要组分，一部分存在于莫来石晶体中，另一部分熔于 熔体中以玻璃相存在在瓷中的作用：Al2O3 可以提高瓷的 化学稳定性与热稳定性，提高瓷的物理化学性能和力学性能 ，提高白度但是含量多会提高瓷的烧成温度，若过少（低 于15%），则瓷坯容易变形③ K2O与Na2O主要由长石引入，它们也是成瓷的主要组分 起助熔作用，存在于玻璃相中提高其透明度。

一般K2O与 Na2O的总量控制在5%以下为宜，否则会急剧地降低瓷的烧 成温度及热稳定性④碱土金属氧化物（CaO、MgO等）在一般情况下含量较 少，不是特别引入的在瓷中的作用：在少量情况下，与 碱金属氧化物共同其助熔作用；但引入CaO、MgO等，可 以相对地提高瓷的热稳定性和力学强度，提高白度和透明 度，改进瓷的色调，减弱铁、钛的不良着色影响⑤着色氧化物（Fe2O3与TiO2）使制品着色成不好的色泽， 影响其外观品质 因此要求瓷组成中Fe2O3的含量应在1% 以下， TiO2的含量应在0.2%以下为宜，并配合一定的工艺 措施以减弱它们的有害影响3.瓷中各氧化物成分之间的关系Ø从瓷的组成实例中可以看出，它们的化学组成波动范围 很宽，同时各组分之间也有一定的比例关系为进一步 表征出它们的成分特点以及这种比例关系，可采用坯式 中的硅铝比坐标图来加以说明Ø瓷的组分中Al2O3 与SiO2 摩尔比例关系有一个基本一致的规律：①n(Al2O3 )/n(SiO2 ) = 1：5 左右；②坯料中的Al2O3摩尔数不低于24.长石质瓷的示性矿物组成与实际配方(1)示性矿物组成v是指在能够成瓷的前提下，理论上的长石、石英、高 岭土三种矿物的配合比例。

v我国瓷器的示性矿物组成范围一般为：长石 20%~30%，石英25%~35%，粘土物质40%~50%， 烧成温度在1250~1350 ℃，有些南方瓷厂可达到 1400 ℃2)实际配方实际配方是在示性矿物组成的基础上，考虑具体原料与生产 工艺条件等因素而制定的生产配方a.为了考虑其成形性能，在使用高岭土的同时，必须使用一 定数量的强可塑性粘土例如可用膨润土作为增塑剂，其用量 一般在5%以下也可用其它塑性强的粘土，用量应通过具体实 验而定有时因为粘土的可塑性太强，而为了提高氧化铝的引入量， 必须大量采用时，可将部分粘土（或高岭土）煅烧成熟料使用 ，视其情况可在10%以下b.长石与石英的用量主要是根据瓷的性能要求而决定， 其次应考虑到成形和干燥性能所要求的减粘作用n瓷坯组成中主要是采用钾长石，它的特点是高温粘度 大，熔融范围宽，有利于成瓷，可防止产品变形而 钠长石的高温粘度小，产品易于变形，烧成中不易控 制，但它有利于晶体的发育成长n石英在低温下主要起减粘作用，降低坯体的收缩，利 于干燥，防止变形在高温下则参与成瓷反应，溶解 在长石玻璃中，提高粘度，构成骨架，提高强度c. 除以上三种主要组分外，为了调整和改善瓷的性能， 可考虑加入下述一些少量补充成分：v加入1%~2%的滑石，可降低瓷化温度20~30 ℃，扩大烧结范 围，促进瓷体良好地莫来石化，提高瓷的抗冲击及抗弯曲强 度。

此外，由于熔融滑石的乳浊作用，还可提高制品的白度 ，改变外观品质v采用一定数量的废瓷粉，一方面改善瓷的性能，调节坯釉结 合性另一方面也是利用废物，降低成本用量一般在10% 以下v原料中铁、钛含量高时，配料中可加入少量磷酸盐物料，减 低着色影响具体用量由实验决定此外，如果采用氧化焰 烧成时，可考虑加入微量氧化钴，降低着色作用，一般用量 在0.05%左右二）绢云母质瓷v它是以绢云母为熔剂的“绢云母-石英-高岭土”系统瓷v烧成温度视其瓷石与高岭土用量比例，可在 1250~1450 ℃选择，在实际生产中一般为1350 ℃以 下v绢云母质瓷的瓷质由“石英、方石英、莫来石、玻璃相 ”构成瓷质除具有长石质瓷的一般性能特点外，还有 透明度较高，加之采用还原焰烧成，外观呈“白里泛青 ”的特色和风格适用与餐具、工艺美术瓷等1、化学成分它的组成与长石质瓷大体一致，其组成范围为： (R2O+RO) 4.5%~7%，Al2O3 22%~30% ，SiO2 60%~70%2、示性矿物组成按照目前拥有的资料通过计算，可提出如下的范围： 绢云母 30%~50%，石英 15%~25%，高岭土 30%~50%，其它矿物5%~10%。

在上述这一组成范围 内，均可成瓷3、实际配方Ø中国传统的生产方法，开始是以单一的水云母、绢云母粘土 作为原料，以后随着工艺技术的发展及新材料的采用，逐渐地 由单一组分配料演变为瓷石与高岭土的二组分配料这种配料 是以一种高岭土和一种瓷石，或以几种高岭土和几种瓷石配合 组成配料Ø上述的配料中，由于瓷石中含有大量的绢云母、水云母、石 英等矿物，少量的多水高岭土、碳酸盐矿物等，因而，实际的 组成则主要是绢云母、石英和高岭土这里绢云母起着助熔作 用，长石与石英的作用与在长石质瓷中的作用相同Ø目前绢云母质瓷已不局限于二组分配料，逐渐增加了长石含 量，兼有长石质瓷的一些配方特点在品质上有了进一步的改进 和提高三）磷酸盐质瓷Ø磷酸盐质瓷是以磷酸钙作熔剂的“磷酸盐-高岭土-石英- 长石”系统瓷其中磷酸盐可由骨胶生产的副产品—— 骨磷或骨灰引入，习惯上称这类瓷为骨灰瓷Ø骨灰瓷一般分为两次烧成第一次为低温素烧，温度 为850~900℃ ；第二次为高温釉烧，温度为 1200~1280℃ Ø烧后瓷质主要由钙长石，-Ca3(PO4)2，方石英，莫来 石和玻璃相所构成该瓷的白度高，透明度好，瓷质 软，光泽柔和，但脆性大，热稳定性较差，而且烧成 范围窄，不易控制。

Ø实际配方：骨灰瓷坯料的原料配比一般为：骨灰 20%~60%，长石8%~22%，高岭土25%~45%，石英 9%~20%四）镁质瓷镁质瓷是以含MgO的铝硅酸盐为主晶相的瓷按照瓷坯的主晶相不同，它可以分为： 原顽辉石瓷（即滑石瓷）、镁橄榄石瓷、尖 晶石瓷及堇青石瓷二、精陶坯料(一)陶器的种类v陶器分为粗陶器、普通陶器和细陶器精陶是一种细陶 器制品胎体颗粒细而均匀，烧结程度较差，吸水率一 般在8%~20%v精陶制品常用于日用制品，称为日用精陶；用于建筑材 料上，称为建筑精陶目前常见的日用精陶主要有石灰质精陶和长石质精陶两种1）石灰质精陶：又称为软质精陶，是用可塑粘土、高岭土 、石英和石灰石配制而成石灰石是主要的熔剂成分，也可 以是方解石、白云石等其烧成温度范围较窄，强度不高， 吸水率较大，热稳定性较差，因而在日用精陶中很少采用2）长石质精陶：又称为硬质精陶，是用可塑粘土、高岭土 、石英和长石配制而成的为改善坯釉的结合性能和利用废 料，有时也可加入3%~5%的废陶片长石质精陶的烧成温度 较高，力学强度较高，吸水率较小，热稳定性好，因而是生 产日用精陶制品的主要材质3）混合质细陶器：它是同时引入石灰石和长石作熔剂 的。

其坯料的性能介于上述两种精陶之间，既可以作 日用陶器，也可以生产建筑用的内墙砖二）精陶的化学组成v我国生产的日用精陶大多属长石质精陶，坯料配方属 粘土-石英-长石三元组分体系在生产特大型制品时 ，为了减少变形开裂等缺陷的产生，往往可以引入 10%~30%的熟料v我国生产的日用精陶坯料，根据加入原料的情况基本上 可分为高铝坯料（氧化铝含量为30%左右）和高硅质坯 料（SiO2含量为70%以上）两种，由于所采用的粘土多 为含SiO2较高的粘土，因此实际配方属高硅质v建筑精陶系指用于装饰或装备建筑物的墙面、地面等的 各类精陶制品釉面砖就是其中最典型的精陶制品，釉 面砖又称釉面内墙砖，主要用于建筑物内墙装饰其主 要物理性能为：吸水率≤22%，一般为16%~19%；热稳 定性，置于温差130℃环境下进行热交换一次不开裂； 白度不小于78%；弯曲强度不低于16.67MPav精陶器一般都采用两次烧成，第一次素烧温度在 1200~1300 ℃，第二次釉烧温度在1050~1150 ℃v由于使用了低温熔块釉，坯釉之间的化学组成差别较大， 釉的膨胀系数较高，致使坯釉适应性变差，极易产生早期 釉层龟裂v选用弹性较大的铅-硼釉，能在一定范围内抵消坯釉热膨 胀所造成的有害影响，但却使精陶器又具有了铅溶出量过 大的缺点。

v精陶胎体具有一定的气孔率，能从空气中吸收水分，其吸 水率可在9%~12%，最大时可达到17%左右，易造成吸湿 后的体积膨胀，产生釉层的后期龟裂后期龟裂：釉的吸湿膨胀非常小，但是当坯体吸湿膨胀的 程度增大到使釉面处于张应力状态，应力超过釉的抗张强 度时，釉面发生开裂，这种釉裂称为后期龟裂v为了克服精陶坯釉适应性能差、后期龟裂和铅溶出量过大 的三大缺点，要求正确选配坯釉组成合理制定生产工艺， 改革现有的装饰方法和彩料三、其它陶瓷器坯料（一）硅灰石质陶瓷u 用硅灰石原料代替陶瓷坯料中某些长石所制得的陶瓷，具 有坯料干燥收缩与烧成收缩小的特点，所以用硅灰石配制 的坯料适合快速烧成产品u陶瓷工业中广泛使用硅灰石制造釉面砖、日用陶瓷、低损 耗无线电陶瓷和釉料等，也有用于生产卫生陶瓷、磨具等 u用硅灰石配制的坯体的烧成范围较小，但通过加入Al2O3 、ZrO2、SiO2或钡锆硅酸盐等可提高坯体中液相的粘度， 扩大硅灰石瓷的烧成范围二）锂质陶瓷u用锂辉石或其它含锂的原料代替陶瓷器坯料中长石所 制得的陶瓷具有高的热稳定性的特点u锂质陶瓷能经受急剧的温度变化而不被破坏的这种性 能，使它能用作：感应炉和其他窑炉的砖衬，喷气机 和温度控制器的元件，热电偶保护管，涡轮机叶片， 实验室用的器皿，耐热的厨房用具等。

三）叶蜡石质陶瓷 q用叶蜡石作为陶瓷坯料中的主要粘土原料制得的陶瓷器称 为叶蜡石质陶瓷根据有关部门估计，我国叶腊。