1、单元三 坯釉料配方及其计算本单元学习要点 掌握确定坯、釉料配方的依据和配方基础计算方法，包括吸附水的计算、灼减量的计算、坯釉料配方坯式、釉式的计算和粘土原料与坯料示性矿物组成的计算；掌握制定坯、釉料配方的原则、方法和步骤以及熔块的配制原则；了解坯、釉料配方的组成及其表示方法；通过例题学会如何进行坯、釉料配方的计算和原料替换时配方的计算；学会陶瓷配方实验设计方法。3.1坯、釉料配方3.1.1 坯、釉料配方的表示方法 坯、釉料组成的表示方法常用的有:配料比表示法、化学组成表示法、坯釉式（又称实验公式或塞格尔式）表示法、矿物组成（又称示性组成）表示法和三角坐标图法。3.1.1.1 配料比表示法 用配
2、方中所用原料的数量百分数来表示配方组成的方法，叫做配料比表示法，又称生料量配合法。这是一种最常见的表示法，它具体反映了原料的名称和数量，便于直接进行生产和试验。表3-1是用配料比表示的坯料配方。表3-1 用配料比表示的坯料配方 由于这种表示方法简单，直观，易于称量配料和记忆，所以工厂中通常采用这种表示方法。但这种表示方法只适用于某产区的某一或某些工厂，对其它产区的参考意义不大。因为各地原料所含的成分和性质差异较大，因此无法互相对照比较或直接使用。3.1.1.2 化学组成表示法 用坯、釉料中各化学组成的质量百分数来表示其组成的方法，称为化学组成表示法，又称为氧化物质量百分数表示法。表3-2列举了
3、国内个别瓷厂的坯、釉料化学组成。这种表示方法的优点是能比较准确地表示坯、釉料的化学组成，同时能根据其组成含量估计出配方的烧成温度的高低、收缩大小、产品色泽等其它性能的大致情况。但这种表示方法无从知道坯、釉料是由哪些原料配成，因此，也有其局限性，可作为计算配料组成的一种重要依据。3.1.1.3 坯、釉式表示法 根据坯料或釉料的化学组成计算出各氧化物的摩尔数，按照碱性氧化物、中性氧化物和酸性氧化物的顺序列出它们的分子数，这种式子称为实验式（坯式或釉式）。陶瓷原料中的氧化物，按其性质可分为碱性的、中性的和酸性的三类。碱性氧化物有:K2O Na2O Li2O CaO MgO BaO ZnO PbO F
4、eO等；中性氧化物有:Al2O3 Fe2O3 Cr2O3等；酸性氧化物有：SiO2 TiO2 ZrO2 SnO2 MnO2 B2O3 P2O5等；坯式通常以中性氧化物R2O3为基准，令其摩尔数为1，可按下列形式表述。3.1.1.4 矿物组成表示法 在坯、釉料配方中，把天然原料中所含的同类矿物含量合并在一起，以纯理论的粘土、长石及石英三种矿物来表示坯、釉料配方组成，这种方法称为矿物组成表示法，又称示性组成表示法。例如，对不同陶瓷坯料的矿物组成进行分析，可得到如表3-3所示的坯料配方。矿物组成表示法的依据是同类型的矿物在坯料中所起的主要作用基本相同。但实际上，即使是同类型的矿物，它们的性质和在坯体
5、中的作用也有差别，因此，这种方法只能粗略地反映一些情况。通常，把这种方法表示的配方称为理论配方，在生产中并不采用，而只在分析研究配方时参考。3.1.1.5 三角坐标图法 陶瓷工业常用三角坐标图来标出三元配方坯料所在位置，以表示坯料的组成，这种表示方法称为三角坐标图法。三角形的每边分成100等份，按逆时针方向顺序数到各个顶点，既是所代表物质的100%。三角形面积上的任何一点都代表三种物质按一定比例的混合物。但各直线边上的任何一点只代表两种物质按一定比例的混合物。三角坐标图表示法只适用于由较纯的原料所组成的陶瓷坯料。对含有大量杂质的坯料（如砖瓦或烧结砖），也想在三角坐标图上去表示，就变得没有意义。
6、3.1.2 坯、釉料配方组成 3.1.2.1坯料配方组成（1）坯料配方组成 普通陶瓷坯料配方，从矿物成分上看是由石英类矿物、粘土类矿物和熔剂类矿物组成。（2）各种氧化物在瓷坯中的作用 各种氧化物在瓷坯中的作用如下：SiO2：瓷中的SiO2是以“半安定方石英”、“残余石英颗粒”、溶解在玻璃相中的“熔融石英”以及在莫来石晶体中和玻璃态物质中的结合状态存在。SiO2在高温时一部分与Al2O3反应生成针网状莫来石（3Al2O32SiO2）晶体，成为胎体的骨架，提高瓷器的机械强度和化学稳定性。另一部分与长石等原料中的碱金属和碱土金属氧化物形成玻璃态物质，增加液相的粘度，并填充于坯体骨架之间，使瓷坯致密并
7、呈半透明性。余下的SiO2以游离状态存在，亦起骨架作用。Al2O3：提高坯料中的Al2O3含量，可提高制品的烧成温度、白度、化学稳定性和热稳定性。Al2O3含量过少（低于15%），瓷的烧成温度低，但高温中易发生变形。CaO与MgO：在瓷器中的碱土金属氧化物一般含量较少。在含量少的情况下，与碱金属氧化物共同起助熔作用。坯料中引入一定量的CaO、MgO等可以提高瓷的热稳定性和机械强度，提高白度和透光度。K2O与Na2O：碱金属氧化物，主要由长石、瓷土等含有碱金属氧化物的原料引入。K2O与Na2O存在于瓷的玻璃相中，起助熔作用，提高瓷的透光性。钾、钠氧化物含量过高，急剧降低烧成温度与热稳定性。Fe2
8、O3与TiO2：坯料组成中的铁、钛氧化物会使瓷呈色，影响白色瓷的外观质量，通常，铁、钛氧化物是由配料的原料带入。（3）瓷中各氧化物成分之间的关系 瓷坯组成中各成分之间也有一定的比例关系，可采用坯式中的硅铝比坐标图，来加以说明。硅铝比坐标图是以“坯式”中的“R2O+RO”为基础（令其为1），以Al2O3分子数为纵座标，SiO2分子数为横座标，在图中标出一系列瓷坯的组成点。从区域的组成及烧成温度虽然有所不同，但从瓷的成分中Al2O3分子数与SiO2分子数之间的比例关系来看，有一个基本一致的规律。这个规律是：Al2O3/SiO2=1:5左右；坯料中的Al2O3分子数不应低于2。3.1.2.3釉料配方
9、组成 釉料配方原料和基本组成成分与坯料配方原料和组成成分大致相同，由于要求釉料在坯料成瓷的烧成温度下形成玻璃，所以，釉料配方中熔剂类原料较多，粘土类原料较少。釉料中主要氧化物有SiO2、Al2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、BaO、PbO、B2O3、ZrO2等，各氧化物的主要作用如下：SiO2：提高熔融温度和粘度，给釉以高的机械强度（如硬度、耐磨性）、化学稳定性，并降低膨胀系数。通过SiO2与RO+R2O分子比SiO2/（RO+R2O）可判断釉的熔融性能；分子比在2.54.5之间较为易熔，4.5以上的则较难熔。Al2O3：改善釉的性能，提高化学稳定性、硬度和弹性，并降低膨胀系数。但因其
10、会提高玻璃相的熔点及粘度，故用量不易过高。在确定SiO2的含量后，SiO2和Al2O3的分子比控制在710之间，可得到光泽釉；如在34之间，则可得到无光釉。CaO：CaO和SiO2形成玻璃，能改善坯和釉的结合，提高釉的弹性、硬度和光泽，增加釉的高温流动性。CaO用量过多（超过18%）则能使玻璃结晶倾向增加，产生失透现象。MgO：降低膨胀系数，提高弹性，促进坯釉中间层形成，从而减少釉的碎裂倾向；能增加乳浊而提高白度（以白云石引入的MgO不产生乳浊作用），同时改善釉料的悬浮性，增宽熔融温度范围，对气氛不敏感。滑石的用量不宜超过15%，否则将降低其助熔作用，而使釉面光泽变差。Na2O：主要起助熔作用
11、，使釉具有良好的透光性，但Na2O增大玻璃的膨胀系数，降低弹性及化学稳定性和机械强度等。K2O：在釉中主要起助熔作用，使釉具有良好的透光性。ZnO：使釉易熔，对釉的机械强度、弹性、熔融性能和耐热稳定性均能起到良好作用，能增加釉的光泽、白度，并能使釉的成熟范围增大。用量过多则易析晶。BaO：可增加釉的光泽，降低熔融粘度，增加析晶倾向。钡釉比铅釉硬度大、膨胀系数接近。PbO：强烈降低釉的熔融温度。能使釉光亮，硬度低，弹性大，但有毒。一般使用PbO配釉时，应先配成熔快。B2O3：降低熔融物的粘度，增加釉的光泽，降低析晶能力，提高釉的弹性。B2O3可用硼砂或硼酸引入，一般使用B2O3配釉时，应先配成熔
12、快。ZrO2：可提高釉的热稳定性、化学稳定性，提高釉的耐碱、耐磨能力。313 确定坯釉料配方的依据 确定陶瓷坯釉料配方的主要依据有以下几个方面：产品的物理化学性质和使用要求。配方要能满足生产工艺的要求。原料来源与质量稳定性，价格高低。3 32 2 配方基础计算配方基础计算321吸附水计算 某一原料的湿重为G克，经105110干燥至恒重后的质量为G1克，此试样的吸附水含量可以湿基或干基两种方法表示。在实际配方中，一般是根据干料的用量，通过湿基的换算，而求得所需湿原料的质量。322不含灼减量的化学组成计算 在进行坯或釉式的计算时，常将化学分析的结果中的灼减量除去，计算为仅含氧化物的百分数。如某瓷坯
13、料的化学组成为：SiO2 59.94%,Al2O3 21.91%,Fe2O3 0.48%,CaO 2.91%,MgO 0.17%,K2O 2.70%,Na2O 0.68%,灼减量（I.L）11.12%,合计99.91%。将此百分组成换算成不含烧失量的百分组成为：3.2.3坯、釉料配方坯式和釉式的计算3.2.3.1由坯、釉料的化学组成计算坯式和釉式 由化学组成计算坯式、釉式是将坯料、釉料化学成分数据（或配料中各种原料单独分析的结果），计算出符合坯式、釉式所规定的要求。其计算按下述步骤进行：用各氧化物的分子量去除相应氧化物的百分含量，得到各氧化物的分子数。计算坯式时，以中性氧化物R2O3分子数之和
14、去除各氧化物分子数；计算釉式时，以碱性氧化物（R2O+RO）分子数之和去除氧化物分子数；得到的数字就是坯式或釉式中各氧化物前面的系数（相对分子数）。按照碱性氧化物、中性氧化物及酸性氧化物的顺序列出各氧化物的相对分子数即为坯式或釉式。若原始的组成中含有灼减量，则应先将原组成换算为不含灼减量的组成，再按上列步骤计算。【例3-1】某锆质釉配方为：长石25.6%石英32.2%粘土10.0%白垩18.4%氧化锌2%锆英石11.8%各原料的化学组成列于下表3-10，试计算其釉式。解：把釉料组成百分比乘各原料的化学组成即得釉料各氧化物含量，计算结果见下表3-11。釉式的计算见表3-12。用各氧化物的质量百分
15、数除以分子量得各氧化物的分子数；各氧化物的分子数除以R2O和RO分子数之和，即0.287，得釉式中的分子数。3.2.3.2由坯式、釉式计算坯、釉料的化学组成 如果知道某一坯料（釉料）的坯式（釉式），欲求出原化学百分组成，则可用坯式（釉式）中各氧化物的分子数乘以该氧化物的分子量，得出该氧化物的质量。再以各氧化物的质量总和，分别去除各氧化物的质量，乘以100，即得原氧化物的百分含量。【例3-2】有一坯式为：计算其氧化物的百分含量。解：首先计算各氧化物的质量（克）SiO2 60.14.794 =288.12 Al2O3 1020.987 =100.67 Fe2O3 159.70.013=2.076
16、CaO 56.10.073 =4.095 MgO 40.20.010 =0.402 K2O 940.158 =14.85 Na2O 620.121 =7.502 合计417.715 再以各氧化物的质量总和，分别去除各氧化物的质量，乘以100：SiO2 288.12417.715100 =68.98 Al2O3 100.67417.715100=24.10 Fe2O3 2.076417.715100=0.50 CaO 4.095417.715100 =0.98 MgO 0.402417.715100 =0.10 K2O 14.85417.715100 =3.56 Na2O 7.502417.71
17、5100 =1.79则各氧化物的百分含量为：SiO2 68.98%Al2O3 24.10%Fe2O3 0.50%CaO 0.98%MgO 0.10%K2O 3.56%Na2O 1.79%324 粘土原料与坯料示性矿物组成的计算 下面列出粘土原料矿物计算中的处理方法及计算步骤。化学组成中的K2O、Na2O、CaO各与一定数量的Al2O3及SiO2结合为钾长石、钠长石和钙长石。将化学组成中Al2O3总量减去形成长石所需Al2O3的量，剩余的Al2O3可认为形成粘土矿物（以高岭石为代表进行计算）。比较剩余的Al2O3和SiO2含量，如Al2O3较多，则过多的Al2O3可当作水铝石Al2O3H2O来计
18、算。若判断确有碳酸根存在，则MgO可计算为菱镁矿MgCO3，CaO可计算为CaCO3。若不存在碳酸根，则MgO可认为以滑石（3MgO4 SiO2 H2O）或蛇纹石形式存在。Fe2O3可作为赤铁矿（Fe2O3）存在。如组成中的灼烧减量（假定其主要是结晶水）减去高岭石及滑石等矿物中的结晶水量后还有一定数量（也可能是由于有机物引起的），则可把Fe2O3当作褐铁矿Fe2O3 H2O来计算。一般可认为是由金红石提供的。除去以上各种矿物中所含的SiO2含量后，剩余的SiO2可作为游离石英存在。制造细陶瓷产品所用的粘土类原料中所含Fe2O3、TiO2、MgO、CaO都很少，可以不考虑它们所构成的矿物的数量。
19、若Na2O含量比K2O少得多，则可把两者的含量计算为钾长石。【例3-3】某粘土的化学组成如下：试计算其矿物组成。解：（1）求各氧化物的摩尔数（灼减当作结晶水计算），计算结果见表3-13。表3-13 粘土中氧化物摩尔数的计算结果（2）将各氧化物的摩尔数按下列顺序排列，计算其矿物组成，表3-14。表3-14 粘土矿物组成的计算 *表中算例：钾长石（K2O AL2O36SiO2）中含1摩尔K2O、1摩尔AL2O3、6摩尔SiO2。原料中含K2O 0003摩尔，故可能构成钾长石的数量为：1（K2O）：1（钾长石）=0003（K2O摩尔）：x（钾长石）x =摩尔 同理，随0003摩尔钾长石带入的AL2O
20、3为0003摩尔，随0003摩尔钾长石带入的SiO2为0018摩尔。（3）各矿物的质量及质量百分数，见表3-15。表3-15 粘土中矿物质量百分数003.011003.0 （4）各种长石和铁矿物均作为熔剂，一并列为长石矿物。故得到该粘土的矿物组成如下：粘土质矿物 62.00%长石质矿物 1.67%+2.11%+1.12%+0.16%=5.06%石英质矿物 32.94%同理，若由坯料的矿物组成计算其化学组成或坯式，可按例3-3反向计算。坯料的矿物示性组成计算，可按照原料矿物示性组成同样的计算方法，将组成坯料的各种原料的矿物组成计算出来，最后进行归并而得出。但长石质瓷，钾、钠应由长石引入；如绢云母
21、质瓷，钾、钠应由绢云母引入。矿物示性组成计算的误差较大，在采用矿物示性组成计算进行配料时，必须配合其它工艺试验同时进行。325 坯釉料酸性系数的计算坯釉料酸性系数是指酸性氧化物的分子数与碱性氧化物和中性氧化物分子数的比值，以C.A表示。C.A=（3-6）式中：RO2SiO2、TiO2、B2O3、P2O3等酸性氧化物分子数；R2O碱性氧化物分子数；RO碱土金属氧化物分子数；R2O3Al2O3、Fe2O3等中性氧化物。酸性系数是一个重要性能指标，可以用来评价坯、釉的高温性能和坯釉适应性。一般酸性系数大，说明坯易软化，烧成时变形倾向大，烧成温度低。但瓷的性能上，透明度提高，热稳定性降低。不同的制品，
22、酸性系数波动范围宽，但不能超过2。釉料的酸性系数还可参考7.2.2.1的内容。32223ORROORRO3.3 3.3 坯料配方的制定原则、方法及其计算坯料配方的制定原则、方法及其计算331制定坯料配方的原则、方法与步骤3311制定坯料配方的原则、方法 在首先保证设计的配方能充分满足生产需要和产品质量要求的同时，还应当根据“因地制宜、就地取材、降低成本、提高效率”的原则，尽量选用当地原料或替代原料。目前在制定坯料配方有以下几种方法：利用化学分析数据或以坯式为基准，用原料逐项去满足的方法，以求得原料量。此法能够在成分上保证坯的化学组成，但往往成分上满足了而其他工艺性能和物理性能却不一定相应地满足
23、，如能在选用原料（特别是粘土）方面充分考虑，也是可以满足这些性能要求的。利用理论示性矿物组成为基准，用原料逐项去满足的方法，以计算原料量。此法困难之处是难以准确得出各种原料的示性矿物组成比例。例如，遇到一种具体粘土，用普通方法就很难测定其中的石英与长石含量。因此这一方法普遍使用有局限性。“经验配方的改用与理论调整”相结合的方法。这一方法是利用一些工厂或研究单位积累的数据、经验和各种类型的陶瓷材料和产品都有的经验性组成范围，并加上试验研究，多方面综合来确定配方。3.3.1.2确定坯料配方的步骤 （1）掌握第一手资料 确定坯料配方首先要在分析、测定和研究的基础上掌握第一手资料，主要有以下几个方面：
24、研究了解制品的性能要求和特点，以便确定瓷坯的化学组成并决定特殊成分的引入。对现有生产设备和生产条件进行分析，以便确定工艺条件、分析工艺因素，确定生产方法。考察原料矿山，了解原料的产地、储量、日开采量、质量品位、运输和价格等情况，以便确定所使用的原料。分析和测定原料的一些性能，主要包括化学成分、可塑性、结合性、烧结性、烧后白度、收缩和加热过程中的变化（差热分析）等。了解各种原料对产品性能和坯料性能的影响，以便调整泥料性能，决定原料的选用。现有经验和资料的分析、研究，以便总结经验，不断改进同类产品质量。（2）选择初步坯料配方 在掌握第一手资料的基础上，选择初步配方。首先选定化学组成，确定坯式，先按
25、成分满足法初步计算组分比例，定出基础坯料配方。然后，在三角坐标图中，参照现有经验配方，选定以三大原料为基元的基础组分，并与上者比较调配，初步确定配方。第三，在初步配方的基础上，调整其他小份原料加入量，如熟料、瓷粉、滑石等等。最后，根据上述考虑，综合各方面情况，按不同区域选定几个配方，以备试验比较。（3）进行小型和扩大工艺试验 按以上配方，首先确定工艺条件，烧成制度，进行小型工艺试验。对瓷质进行鉴定和物性检验，选择优良试样，找出改进方向，进一步试验、比较、调整，选出最佳配方、工艺条件和烧成制度，并进行扩大工艺试验后，制定合适的生产配方方案。（4）确定正式生产配方 在上述试验的基础上，再经过反复多
26、次试制，以其中稳定成熟者，作为生产的坯料配方，在进行了中等规模的生产试验后，投入使用。以上只是一些基本作法，涉及问题很多，还得依靠实践予以解决。3.3.2坯料配方的计算3.3.2.1由化学组成计算坯料配方 当陶瓷产品的化学组成和采用原料的化学组成已知时，可采用下列两种途径进行坯料配方计算：一种是利用组成的数据直接进行计算（简称直接计算法），另一种是先将其组成换算成三个主要成分再进行计算（简称三元系统法）。采用直接计算法时，根据原料性质和形成的要求，参照生产经验先确定一、二种原料的用量（如粘土、膨润土等），再按满足坯料化学组成的要求逐个计算每种原料的用量。计算时要明确某种氧化物主要由哪种或哪几种
27、原料提供。三元系统法是先把坯料及原料的氧化物换算为三元系统（普通陶瓷坯料可换算成系统），然后用代数方法或图解方法计算，这种方法的依据是Richters近似原则，即熔剂氧化物对粘土（主要是杂质较少的粘土）熔点的影响和氧化物的摩尔质量相对应。【例3-4】某厂生产无线电装置零件用的高铝陶瓷及所用原料的化学组成如表3-16。试计算各种原料的配料用量百分比。解：将坯体的化学组成列入表3-16中并进行计算。表3-16 高铝质陶瓷及所用原料的化学组成表3-17 坯料配方的计算确定原料用量的依据为：以碳酸钡满足坯料中的BaO，以石灰石满足，以滑石或菱镁矿满足MgO。根据经验确定膨润土的用量。苏州土和膨润土的用
28、量取决于坯料的可塑性要求和的含量，根据经验，确定引入25份苏州土和4份张家口膨润土。坯料中的主要由煅烧氧化铝来满足。具体计算按表3-17进行。按照表3-17计算出的原料总量为：4.12+4.0+25+3.0+68.67+1.28=106.1份换算为各原料质量百分数，结果为：碳酸钡 膨润土%88.3%1001.10612.4%77.3%1001.1064 苏州土 23.56%石灰石 2.83%煅烧氧化铝 64.92%菱镁矿 1.20%【例3-5】试用表3-18中给定的原料计算出满足下列组成的瓷坯的配料组成。K2O 4.5%Al2O3 26.2%SiO2 69.3%解：（1）根据里奇特尔斯（Ric
29、hters）近似原则，将原料中相应的氧化物换算为、。因为、MgO、转换为时的转换系数分别为：1.68、2.35、1.5，转换为的系数为0.9，故可进行下述计算：大棋山土 K2O 102+(08615)+(006235)=2.45 2.44%Al2O3 1658+（03309）=16.88 16.80%SiO2 =81.15 80.76%100.48 100%双白土 K2O 0.90+（0.5015）+（0.372.35）=2.61 2.59%Al2O3 41.42+(0.270.9)=41.66 41.35%SiO2 =56.46 56.05%100.73 100%揭阳长石 K2O 10.20
30、+（1.361.5）+（0.242.35)（0.221.68）=13.17 13.02%Al2O3 22.63+（0.160.9）=22.77 22.51%SiO2 =65.20 64.47%101.44 100%（2）计算各种原料用量（无灼减）设：配料时用大棋山土x kg，双白土y kg，揭阳长石z kg，则根据坯料组成可列出下列方程组：0.0244x+0.0259y+0.1302z=4.5 0.1680 x+0.4135y+0.2251z=26.2 0.8076x+0.5605y+0.6447z=69.3 解方程得：x=47.14kg；y=33.75kg；z=18.92kg。（3）将无灼减
31、原料化为有灼减的生料配比大棋山土：=48.86kg 45.89%双白土：=38.26kg 35.94%揭阳长石：=19.35kg 18.17%106.47kg 100%（4）从以上计算得出各原料配比为：大棋山土：45.89%双白土：35.94%揭阳长石：18.17%于根据近似原则进行换算，换算后各氧化物的效果要通过配方试验来检验。当用三种以上原料配方时，这种方法便受到限制。)0353.01(14.47)1179.01(75.33)0223.01(92.18【例3-6】用图解法计算【例3-5】的配方 解：（1）利用【例3-5】换算的结果，将各原料按K2O、Al2O3、SiO2的组成汇集成下表。（
32、2）将坯料、原料的成分在K2O-AI2O3-SiO2三元系统图中表示出来，如图3-10所示。D为坯料成分点，连接AD并使之延长后与BC线交于R点，测得各线段的长度为：AD=10.8 DR=9.8 AR=20.6 CR=11.2 RB=5.0 CB=16.2（3）根据杠杆原理可算出各种原料的配料比。大棋山土：A%=47.57%双白土：B%=36.2%揭阳长石：C%=16.17%（4）将无灼减量的配料换算为有灼减量的生料配比。大棋山土：=49.31 45.89%双白土：=41.04 38.39%揭阳长石：=16.54 15.47%106.89 99.99%1006.208.9%100ARDR%10
33、06.208.102.1611%100ARADCBCR%1006.208.102.165%100ARADCBRB)0353.01(57.47)1179.01(2.36)0223.01(17.16 利用图解法，可根据坯料成分点与原料成分点的相对位置作一些判断，误差主要是由于作图和度量线段长度不精确引起的。3.3.2.2由矿物组成计算坯料配方 已知坯料的矿物组成及原料的化学组成时，须先将原料的矿物组成计算出来，然后再进行配料计算。若两者的矿物组成均已知，则可直接计算配方。【例3-7】试用化学组成为表3-19所示的原料，配成含粘土矿物63.08%、长石矿物28.62%、石英矿物8.30%的坯料。解：
34、（1）按照【例3-3】的方法计算各种原料的矿物组成，其结果列入表3-20中。坯料的粘土矿物由高岭土及粘土两种原料供给。计算前应将两种原料的用量确定。考虑这两种粘土原料的可塑性、收缩率、烧后颜色等各项工艺性能，初步确定坯料中的粘土矿物的一半由高岭土供给，而另一半由粘土供给。这样便可计算出：高岭土用量：=32.59%粘土用量：=35.15%32.59%高岭土中含长石矿物：32.59%0.0196=0.64%含石英矿物：32.59%0.0126=0.41%32.15%粘土中含长石矿物：35.15%0.0766=2.69%含石英矿物：35.15%0.0262=0.92%78.96100%)08.632
35、1(72.89100%)08.6321(综合起来，高岭土与粘土共引入石英：0.41%0.92%=1.33%。除去1.33%外，坯料中的石英矿物8.30%全由石英供给，故石英用量为：（8.30%1.33%）=7.29%7.29%石英中引入的长石矿物量为：7.29%0.044=0.32%由高岭土、粘土、石英引入的长石矿物量为：0.64%2.69%0.32%=3.65%长石需要量为：28.62%3.65%=24.97%由计算结果可得原料配合比例为：高岭土 32.59%、粘土 35.14%、长石 24.97%、石英 7.29%60.951003.3.2.3由实验式计算坯料配方 【例3-8】今欲采用表3
36、-21中的原料，配成满足下述坯式的坯料，试计算其配料组成。.表3-21 原料的化学组成MgOCaOONaOK02.0025.0032.0144.022320.1OAl292.4SiO解：（1）先算出各种原料的矿物组成（方法见【例3-3】）。为了简化计算过程，可将K2O、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3、TiO2均视为熔剂成分，作为长石矿物计算。（2）由坯式计算长石、粘土、石英矿物的百分组成。坯式中的K2O、Na2O、CaO、MgO均粗略归并为K2O，则坯式可写成：0.22R2O 1.0Al2O34.92SiO2。满足上式所需的粘土、长石、石英矿物数量的计算如表3-23。各类矿物需要量的质量
37、百分组成为：摩尔数 摩尔质量 质量份数 百分组成长石矿物 022 5568=12249 2743%粘土矿物 078 2581=20131 4510%石英矿物 204 601 =12260 2746%4464 100%（3）根据原料组成计算坯料配料比：设：x 坯料中需加入粘土量%；y 坯料中需加入长石量%；z 坯料中需加入石英量%；则：0.7205 x+0.0283 y+0 z=0.451 0.0836 x+0.9430y+0 z =0.2743 0.1959x+0.0289 y+0.994z=0.2746 解上列方程组可得 x=61.80%；y=23.48%；z=14.71%；这种方法在计算矿
38、物组成过程中，把R2O及RO均作为长石计算，是会引起误差的。这类计算题也可先将坯式换算成化学组成，再进行配方计算。3.43.4釉料配制原则、方法及其计算釉料配制原则、方法及其计算3.4.1釉料配方的制定原则 合理的釉料配方对获得优质釉层是极为重要的，在制定具体釉料配方时要求掌握下面几个原则：根据坯体的性能来调节釉料的熔融性能。釉的熔融性能包括釉料的熔化温度、熔体的性质和釉面特征等三方面的指标。首先釉料必须在坯体烧结的温度下成熟。为了使釉能在坯上很好铺展，一般要求釉的成熟温度接近于坯的烧成温度而略偏低。为避免形成釉泡和针孔等缺陷，釉料应具有较高的始熔温度和不小于30的熔化温度范围。选配与坯体相适
39、应的釉膨胀系数。“正釉”能提高产品的抗张强度和热稳定性，利于坯釉结合，因而釉的膨胀系数应近于坯而略低于坯，两者相差的程度取决于坯釉的种类和性质。选配与坯体相适应的釉的酸碱度。坯釉之间发生一定的相互反应，形成一定厚度并具有要求组织结构的中间层，是保证坯釉紧密结合的必要条件，因而两者在组分上既要有差别，而差别又不能过大。一般要求酸性坯，配以碱性釉；碱性坯，配以酸性釉。酸碱程度可用酸性系数CA来衡量。一般硬瓷坯料的酸性系数变动不大，CA=12，硬瓷釉CA=1.82.5；精陶坯CA=1.21.3，精陶釉CA=1.52.5；含硅量高的坯，配以石灰釉。重视釉的弹性和抗张强度。坯釉结合的情况与釉的弹性和抗张
40、强度也很有关。既要求釉有较高的抗张强度，又要求它具有与坯相匹配的弹性模数。正确选择原料。釉用原料，尤其是易熔釉用原料，较坯用原料复杂的多，既有各类天然矿物原料又有多种化工原料。各氧化物对釉性能的影响是很复杂的，影响的程度与原料的种类有关。同一氧化物往往会对釉的数个性能同时发生影响，所以在确定釉料配方时必须明确主要矛盾所在。在具体操作中还必须借鉴已成功的经验，按具体的坯釉系统而定。3.4.2确定釉料配方的方法与步骤 （1）掌握必要的资料 确定釉料配方首先应掌握下列资料。坯体的煅烧温度、烧成范围和烧成气氛、坯体的主要化学组成；对釉面特征（例如光泽、乳浊、透明等）以及制品机械强度和热稳定性、釉的耐酸
41、碱能力以及硬度等性能指标的具体要求；制釉原料的化学组成、含杂质情况以及工艺性能等。（2）借助三元相图和有效的经验 现以石灰釉和三元相图间的关系为例进行说明。（3）利用釉的组成温度图与有效的经验 Richters的转换系数是在研究粘土熔点时提出的，研究系统都在相图的莫来石区和刚玉区，而釉料组成点却在另一区域，这就必然要引入误差。（4）参考测温锥的组成进行配方 由经验得知，用标准测温锥测定陶瓷坯体的烧成温度时，两者之间总是相差45号锥温，因此在配制釉料时就可按坯的烧成温度选择适当的测温锥的组分作为釉配方的参考。3.4.3釉的配方计算 用釉式或釉的化学组成计算出各原料的配合比称之为釉料配方计算。熔块
42、釉是先将釉料配方中的部分原料按比例配料混合后，经高温熔融、淬冷制成熔块，再与其它生料配料，混合粉磨制成的釉。熔块釉时，首先要掌握熔块的配制原则。制定熔块的配方一般遵循下面的原则：为了使熔块料容易熔化均匀，在确定酸、碱氧化物间的配比时，必须考虑PbO、B2O3和碱金属组分在高温时的挥发量。一般要求熔块中RO2+B2O3/R2O+RO在1：13：1之间；凡是用来引入Na2O和K2O的原料均须置于熔块原料之中，长石有时可以例外。含硼化合物亦须置于熔块成分内；熔块料中的Na2O和K2O的分子数总和必须较其他碱性氧化物分子数总和要小，这样才能制成不溶于水的熔块；对于含硼熔块料，必须使SiO2：B2O32
43、（一般为3），因为硼酸盐溶解度大，增加SiO2即可降低熔块的溶解度；提高熔块料的熔化温度会增加挥发组分的逸失量，故应控制其中Al2O3量，使其小于0.2当量数。Al2O3量过多还使熔体粘度变大，熔块中的物料不易均匀。3 35 5原料替换时配方的计算原料替换时配方的计算 生产中往往由于原料组成发生变化，或者原用的原料供不应求而需采用新的原料，此时需要重新调整配方。【例3-11】某厂原用的卫生陶瓷配方为：高岭土E 28%；可塑粘土F 22%；长石 34%；石英16%。今欲以可塑粘土A、B、C、D及高岭土G取代原用的粘土类原料，试求能维持原有性能的坯料配方。解：（1）根据生产经验，重配卫生瓷坯料时须
44、保证的关键指标及其波动范围为：SiO205%AI2O305%K2ONa2O 摩尔数00670068 云母5%左右 有机物 04%06%1m颗粒05%胶体指数（100克坯料吸附亚甲基蓝数量）02毫克摩尔。（2）通过计算（或测定）列出要求坯料的关键指标值。坯料的关键指标值为：化学组成：SiO2 65.0%;AI2O323.1%;K2O2.68%;Na2O2.41%;矿物组成：蒙脱石3.7%；高岭石32.7%；云母8.8%；石英23.7%；有机物0.46%。工艺性质：1m颗粒25%；胶体指数 3.31毫克摩尔。（3）先计算除去可塑粘土F后成分与性能的变化。由表3-39中可见，胶体指数、云母及有机物含
45、量均明显减少。加入10%可塑粘土D以恢复有机物含量，并增加部分云母和胶体指数；加入5%可塑粘土A以便引入云母和增加胶体指数；采用可塑粘土B及C，进一步调整有机物含量和补充不足的胶体指数。再计算除去高岭土E后成分与性能指标的变化，其结果是明显减少云母量，胶体指数也大为降低。引入高岭土G可增加AI2O3，但颗粒粗，无云母引入，所以还须配入可塑粘土A以恢复云母含量。由于更换粘土类原料后，SiO2含量增多，而熔剂量减少，故须降低石英用量而增加长石数量。由此算出重配的百分组成为：可塑粘土A 14.5%高岭土G 18.5%可塑粘土B 3.0%长 石 37.0%可塑粘土C 4.0%石 英 13.0%可塑粘土
46、D 10.0%3 36 6陶瓷生产实验配方设计方法陶瓷生产实验配方设计方法361 单一组分调节法 假设需配制一种适用于坯体烧成温度为1000的生铅釉，并要求釉与坯的收缩相适应，则可从调整釉式中SiO2的含量着手。首先，根据实践和理论知识或有关资料，拟定该生铅釉的基本釉式为：变动釉中SiO2的含量，即将SiO2分别加、减0.2mol，则可得到两个釉组成。其中一个为高硅釉，其SiO2含量为1.8mol；另一个为低硅釉，SiO2的含量为1.4mol。将这两个基础釉在相同的条件下加工并调至同一密度，然后按一定的体积比进行混合，即可得到一系列不同组成的釉料（表3-40）。将这些釉料施于同种试片上，并在相
47、同条件下烧成，将烧后效果绘于图，由此判断SiO2的最佳加入量（该例中SiO2的最佳加入量为1.65mol）。362 二组分调节法 上述方法也可用于改变坯、釉料配方中两个组分的调试。具体操作时：首先根据经验或有关资料，确定一个基本坯（釉）式，然后再进行调整。例如，欲配制成熟温度为1390的瓷釉，可通过变动釉式中Al203及SiO2二组分的含量来寻找最佳配方。首先根据经验拟定基本釉式如下 假定Al2O3及SiO2的变动范围分别为1.0和4.0，则可得到高铝、低铝、高硅和低硅4个基础釉，其釉式分别如下：将4个基础釉在相同条件下加工并调至相同密度，再按表3-41实验方案以一定的体积比进行混合，可得到2
48、5个组成不同的釉浆（也可以4个基础釉为顶点绘成如图3-13方框图，所以二组分调节法又称作四角配料法），将其分别施在同种试条上煅烧，检查其烧后效果列于表3-42。由表3-42所列结果可知，光泽良好的釉组成为 无光釉组成为363 三组分调节法（三角配料法）为了获得性能良好的坯、釉配方，有时需要调整三个组分来获取最佳配方，这种方法又称三角配料法。复习思考题1.求某长石实验式。已知某长石的化学成分如下：K2O 15.93%CaO 0.19%Al2O3 17.29%SiO2 66.61%2.已知某一瓷坯的坯式如下，试计算其化学组成。3.设某卫生陶瓷坯料要求化学组成为：SiO2 Al2O3 K2O Na2O 灼减 66%20%2.1%0.7%11.2%求配料比。所用原料的化学成分(%)如下表。习题:1.确定坯、釉料配方的主要有哪些依据？2.制定坯料配方的原则、方法与步骤是什么？3制定釉料配方时要求掌握哪些原则？4确定釉料配方的方法与步骤。5制定熔块配方应遵循哪些原则？
