1、第八章配料计算及坯料制备陶瓷的组成设计及配料计算1.陶瓷的组成与结构陶瓷的相组成：结晶物质、玻璃态物质、气孔陶瓷烧结体的显微组织结构2.陶瓷性能由陶瓷的化学组成及加工工艺决定。8.1配料方案的确定8.1.1确定配方的重要性8.1.2坯料组成1. 坯料组成的表示方法实际配料比表示矿物组成表示化学组成表示坯式表示矿物组成表示矿物组成表示化学组成表示化学组成表示坯式表示坯式表示坯料的类型坯料的类型2.传统陶瓷的坯料组成 瓷器 炻器 精陶3.特种陶瓷的坯料组成1）主料2）辅料3）改性料8.2坯料配方计算8.2.1坯料配方的确定坯料配方的确定8.2.2坯式及坯料配方的计算坯式及坯料配方的计算一、坯式的计
2、算一、坯式的计算1.1.已知坯料化学组成计算坯式已知坯料化学组成计算坯式例例1.1.已知坯料化学全分析如下（已知坯料化学全分析如下（% %）质量，试计算其坯式）质量，试计算其坯式 若坯料中的化学组分含有灼减，首先应将其换算成不含若坯料中的化学组分含有灼减，首先应将其换算成不含灼减的化学组成灼减的化学组成 用各氧化物的摩尔质量去除该氧化物的质量百分数，得用各氧化物的摩尔质量去除该氧化物的质量百分数，得各氧化物的摩尔数各氧化物的摩尔数 以中性氧化物以中性氧化物R2O3的摩尔数为基准，令其和为的摩尔数为基准，令其和为1，计算各，计算各氧化物的相对摩尔数，作为相应氧化物的系数氧化物的相对摩尔数，作为相
3、应氧化物的系数按照规定顺序排列出坯式按照规定顺序排列出坯式SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2O灼减合计63.3724.870.811.150.322.051.895.54100.00解：解：先将该瓷坯的化学组成换算为不含灼减的化学组成先将该瓷坯的化学组成换算为不含灼减的化学组成SiOSiO2 2：63.37/(100-5.54)=67.0963.37/(100-5.54)=67.09； AlAl2 2O O3 3 ：24.87/(100-5.54)=26.3324.87/(100-5.54)=26.33依此类推得：依此类推得： FeFe2 2O O3 3：0.85750.85
4、75； CaOCaO：1.2171.217； MgOMgO：0.33880.3388 K K2 2O O：2.172.17； NaNa2 2O O：2.0012.001 计算各氧化物的摩尔数（百分比计算各氧化物的摩尔数（百分比/ /分子量）分子量） SiOSiO2 2： 67.09/60.06=1.11667.09/60.06=1.116； AlAl2 2O O3 3 ：26.33/101.94=0.258326.33/101.94=0.2583依此类推得：依此类推得： FeFe2 2O O3 3：0.00540.0054； CaOCaO：0.02170.0217； MgOMgO：0.0084
5、0.0084 K K2 2O O：0.02300.0230； NaNa2 2O O：0.03230.0323 以中性氧化物摩尔数总和为基准，令其为以中性氧化物摩尔数总和为基准，令其为1 1，计算相对摩尔数，计算相对摩尔数 中性氧化物中性氧化物AlAl2 2O O3 3 + Fe+ Fe2 2O O3 3摩尔总和为摩尔总和为: : 0.2583+0.0054 0.2583+0.0054= =0.26370.2637 以此数以此数0.26370.2637除各氧化物的摩尔数可得：除各氧化物的摩尔数可得：SiO2： 1.116/ 0.2637 =4.232； Al2O3 ：0.2583/ 0.2637
6、 =0.9795依此类推得：依此类推得：Fe2O3：0.0205； CaO：0.0823 ； MgO：0.0319 K2O：0.0872； Na2O：0.1224 按碱性、中性、酸性氧化物的顺序排列出坯式按碱性、中性、酸性氧化物的顺序排列出坯式 0.0872K2O 0.1224Na2O 0.9795Al2O3 0.0823CaO 0.0205Fe2O3 0.0319MgO 4.232SiO22.2.已知坯式，求化学组成已知坯式，求化学组成 将坯式中各氧化物的摩尔数，乘以相应氧化物的摩尔将坯式中各氧化物的摩尔数，乘以相应氧化物的摩尔质量，得出各氧化物质量克数质量，得出各氧化物质量克数 由坯式中个
7、氧化物质量总和为基准，求出各氧化物的由坯式中个氧化物质量总和为基准，求出各氧化物的不含灼减的化学组成不含灼减的化学组成 若已知灼减，则可再化为包含灼减的化学组成若已知灼减，则可再化为包含灼减的化学组成3.3.由实际配料比计算实验式由实际配料比计算实验式例例 某厂的坯料配方如下：某厂的坯料配方如下： 石英石英 13%； 长石长石 22%； 宽城土宽城土 65%； 滑石滑石 1%各种原料的化学组分如下表所示：各种原料的化学组分如下表所示：求该坯料的实验式求该坯料的实验式 将各种原料的化学组成换算成不含灼减的化学组成将各种原料的化学组成换算成不含灼减的化学组成 将各种原料的配料量，乘以各氧化物的百分
8、数，即可得到将各种原料的配料量，乘以各氧化物的百分数，即可得到各种氧化物的分质量各种氧化物的分质量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2O灼减灼减合计合计长长 石石石石 英英宽城土宽城土滑滑 石石65.6298.5458.4360.4419.420.7230.001.190.710.270.310.140.200.370.473.10-0.250.4229.028.97-0.48-4.87-0.12-0.41-9.645.32100.18100.1599.9899.21 将各种原料中共同氧化物的质量加在一起，得到坯料中将各种原料中共同氧化物的质量加在一起，得到坯料中各氧化物的总质
9、量各氧化物的总质量 下同一，下同一，1 1解法解法二、由实验式计算配方二、由实验式计算配方例：某瓷坯的实验式要求如下，某地所产原料的种类及化例：某瓷坯的实验式要求如下，某地所产原料的种类及化学组成见下表，试计算其配方学组成见下表，试计算其配方 0.173 K2O 0.035 CaO 0.005 MgO 4.506 SiO20.992 Al2O30.008 Fe2O3 类类 别别 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O 灼灼 减减 钾长石钾长石高岭土高岭土 石石 英英64.0047.00100.0019.0039.000.190.470.300.780.500.1316.001
10、2.6099.9999.98100.001.1.首先将瓷坯的实验式换算为不含灼减的各氧化物化首先将瓷坯的实验式换算为不含灼减的各氧化物化学组成学组成2. 2. 分析瓷坯中某种氧化物应由哪种原料提供，再根分析瓷坯中某种氧化物应由哪种原料提供，再根据这种氧化物在该种原料中的含量，计算其用量据这种氧化物在该种原料中的含量，计算其用量3.3.当某种氧化物由两种或两种以上配料引入时，可根当某种氧化物由两种或两种以上配料引入时，可根据需要的配合比例，逐项从坯料成分中扣除，其对应据需要的配合比例，逐项从坯料成分中扣除，其对应的含量最终剩余量中若某氧化物仍较大时可选用纯原的含量最终剩余量中若某氧化物仍较大时可
11、选用纯原料补足，若无剩余或剩余量甚微则计算结束。料补足，若无剩余或剩余量甚微则计算结束。 类类 别别 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O 灼灼 减减 瓷瓷 坯坯69.0425.800.300.500.204.16100.00钾长石钾长石高岭土高岭土 石石 英英64.0047.00100.0019.0039.000.190.470.300.780.500.1316.0012.6099.9999.98100.00 类类 别别 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O 灼灼 减减 瓷瓷 坯坯69.0425.800.300.500.204.16100.00钾长石钾
12、长石余量余量高岭土高岭土余量余量 石石 英英 余量余量26 16.64 4.94 0.05 0.08 0.13 4.16 52.40 20.86 0.25 0.42 0.07 053.49 25.14 20.86 0.25 0.42 0.07 27.26 0 0 0 027.2627.26 0三、由示性矿物组成计算配方三、由示性矿物组成计算配方将化学组成中的将化学组成中的CaO、MgO、Na2O、K2O、Fe2O3、TiO2均均作为熔剂部分，即作为长石来计算（作为熔剂部分，即作为长石来计算（R2OAl2O36SiO2）例：原料的化学成分如下表，例：原料的化学成分如下表， 类类 别别 SiO2
13、Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2ONa2O 灼减灼减高岭土高岭土苏州土苏州土长长 石石 石石 英英48.3049.0964.9396.9039.0736.7418.040.110.150.400.120.120.050.110.383.020.020.200.210.180.5214.450.030.111.5412.0912.810.33试用以上四种原料计算出坯料中含粘土矿物试用以上四种原料计算出坯料中含粘土矿物63.08%、长石矿物、长石矿物28.62%、石英矿物、石英矿物8.30%的配料量，已知坯料中粘土矿物一半的配料量，已知坯料中粘土矿物一半由高岭土供给，另一半由苏州土供给
14、由高岭土供给，另一半由苏州土供给1.将各种原料的化学组分换算成示性矿物组分，先将其简化将各种原料的化学组分换算成示性矿物组分，先将其简化如高岭土原料简化为如高岭土原料简化为 SiO2 48.30；Al2O3 39.07；K2O 0.43SiO2Al2O3K2O高岭土高岭土48.3039.070.43粘土粘土(Al2O3 2SiO22H2O)长石长石(K2O Al2O3 6SiO2)石英石英(SiO2)经计算可得原料的矿物组成经计算可得原料的矿物组成粘土矿物粘土矿物长石矿物长石矿物石英矿物石英矿物高岭土高岭土96.78%1.96%1.26%苏州土苏州土89.72%7.66%2.62%长石长石10
15、0%石英石英4.4%95.6%2.由于由于坯料中粘土矿物一半由高岭土供给坯料中粘土矿物一半由高岭土供给高岭土用量高岭土用量（0.563.08）100/96.78=32.59%粘土用量粘土用量（0.563.08）100/89.72=35.15%由由32.59%高岭土引入的长石矿物：高岭土引入的长石矿物：32.590.0196=0.64 石英矿物：石英矿物：32.590.0126=0.41由由35.15%苏州土引入的长石矿物：苏州土引入的长石矿物：35.150.0766=2.69 石英矿物：石英矿物：35.150.0262=0.92高岭土和苏州土共引入的石英矿物：高岭土和苏州土共引入的石英矿物：0
16、.41+0.92=1.33坯中需石英矿物坯中需石英矿物8.30，故石英用量为：，故石英用量为：（8.30-1.33）100/95.60=7.29%由由7.29%石英引入的长石矿物：石英引入的长石矿物：7.290.044=0.32由高岭土、苏州土和石英共同引入的长石：由高岭土、苏州土和石英共同引入的长石：0.64+2.69+0.32=3.65故长石用量为：故长石用量为：28.62%-3.65%=24.97%四四 、用三元系统法计算配方、用三元系统法计算配方 三元系统法是先把坯料和所用原料中氧化物换算为三元系统法是先把坯料和所用原料中氧化物换算为RO2-Al2O3-SiO2三元系统，然后用代数法或
17、图解法计算，三元系统，然后用代数法或图解法计算，换算方法是：换算方法是：1.把化学组成中主要形成熔剂的氧化物把化学组成中主要形成熔剂的氧化物CaO、MgO、Na2O分别乘以分别乘以1.68、2.35、1.5转换成相当转换成相当K2O的含量。的含量。2.把把Fe2O3乘以乘以0.9转化为相当转化为相当 Al2O3的含量。的含量。例：例：用用A、B、C三种原料配成瓷器坯料，现已将其化学三种原料配成瓷器坯料，现已将其化学组成转化为三元系统所要求的形式，如下表示，试用组成转化为三元系统所要求的形式，如下表示，试用代代数法数法求三种原料的配比。求三种原料的配比。解：解： 设坯料设坯料100Kg100Kg
18、时用原料时用原料A A为为x x，原料，原料B B为为y y，原料，原料C C为为z z，则可列出，则可列出方程组方程组类类 别别单单 位位R2OAl2O3SiO2坯坯 料料%4.526.269.3原料原料A原料原料B原料原料C%2.442.5913.0216.8041.3522.5180.7656.0664.47 0.0244x + 0.0259y + 0.1302z = 4.5 0.1680 x + 0.4135y + 0.2251z = 26.2 0.8076x + 0.5606y + 0.6447z = 69.3解方程组得：解方程组得：x=47.14kg；y=33.75kg；z=18.
19、92kg例：试用例：试用图解法图解法计算上例配方计算上例配方。 A D. C B解：作解：作R2OAl2O3SiO2三元系统图，将三元系统图，将坯料、原料坯料、原料A、原料、原料B、原料、原料C分别用分别用D、A、B、C在图上标出在图上标出; 联接联接AD，并延长到，并延长到BC交于点交于点R。如左图。如左图所示：所示：测量各线段的长度：测量各线段的长度：AD=8.8mm；DR=9.8mm；AR=20.6mm； CR=11.2mm；RB=5.0mm；CB=16.2mm；根据杠杆定理算出三种原料的配比：根据杠杆定理算出三种原料的配比： A% = (DR/AR) 100% = (9.8/20.6)
20、 100% = 45.57%含有原料含有原料B和和C的的R = AD/AR；而；而B=(CR/CB) R；C=(RB/CB) R故故 B%=(AD/AR) (CR/CB) 100% = 36.20% C%= (AD/AR) (RB/CB) 100% = 16.17% R习题1原料的矿物组成如表所示，今欲配成下式的坯料，试计算其配料比例。0.144K2O0.032Na2O0.025CaO0.020MgO1.0Al2O34.92SiO2原料原料粘土矿物粘土矿物长石矿物长石矿物石英矿物石英矿物粘土粘土长石长石石英石英72.052.83-8.3694.30-19.592.8799.40原料的矿物组成（
21、质量分数）原料的矿物组成（质量分数）/ %2已知瓷坯及其所选原料的化学组成如表所示，试计算其配方。类别SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2O灼减合计瓷坯69.0425.80 0.300.500.204.15-100.00钾长石高岭土石英64.0047.00100.0019.00 39.00-0.190.47-0.300.78-0.500.13-16.00-12.60-99.9999.98100.003坯料的矿物组成为：粘土矿物60%，长石15%，石英25%。原料粘土的示性分析为：粘土矿物80%，长石12%，石英8%。除此粘土外，长石与石英的差额由纯原料补足。计算各原料的配比。8.3坯料
22、制备 根据成型方法不同，坯料分为 注浆坯料：含水率为28%-35% 可塑坯料：含水率18%-25% 压制坯料：含水率为3%-18% 坯料的要求1）注浆坯料 流动性好 悬浮性好 触变性适当 滤过性好2）可塑坯料 良好的可塑性 一定的形状稳定性 较好的干燥强度3）压制坯料 流动性好 堆积密度大 含水率较小 水分分布均匀 坯料制备过程：原料处理、配料、混合制备8.3.1原料处理1.预烧 作用 帮助碎化原料 减少坯料收缩 改变结构形态 稳定晶型2.精选 作用：除去原料中的各种杂质。 常用方法 物理方法 分级法、磁选、超声波选等。 化学方法 溶解法和升华法 物理化学方法 浮选法和电解法等3.原料破碎 作用： 使原料中的杂质易于分离； 各种原料能够混合均匀； 增大原料的表面积，提高反应速度和降低烧成温度。 粉碎方式 粗碎颚式破碎机（40-60mm） 中碎轮碾机、反击式破碎机(0.7mm) 细碎球磨机(60m)4.过筛和除铁 作用： 控制坯料的粒径和减少产品的色斑 设备 振动筛 磁选机和恒磁铁块除铁5.泥浆陈化作用改善和均化泥浆性能，提高可塑性。6.泥浆脱水和造粒压滤机脱水，轮碾机粉碎喷雾干燥器干燥造粒离心式雾化压力式喷嘴雾化7.练泥及真空处理
