1、陶 瓷 工 艺 学主讲：李志坚 教授本课程的教学目的要求：本课程的教学目的要求：通过陶瓷的概念、性质、陶瓷生产主要过程及其原理的系统阐述，初步掌握原料的组成、性质和生产工艺与制品组成及结构的关系，以及制品的组成、结构对制品性能的影响。从而为今后从事与陶瓷材料生产、科研打下基础。主要教学参考书及资料：主要教学参考书及资料：无机非金属材料工学、无机非金属材料概论、陶瓷工艺学、特种陶瓷工艺学成绩考核方式：成绩考核方式：笔试考核对学生学习本课程的要求：对学生学习本课程的要求：1.课堂认真听课，记好笔记；2.课后复习；3.按时完成作业。绪 论1.陶瓷的概念和种类1.1陶瓷的概念1.2陶瓷的分类2.陶瓷技
2、术的发展及其对世界的贡献2.1中国陶瓷技术的发展2.2中国陶瓷对世界的影响3.陶瓷研究的发展历程及在现代化建设中的作用3.1陶瓷研究的发展历程3.2陶瓷在现代化建设中的作用1.陶瓷（ceramics）的概念和种类1.1陶瓷的概念 陶瓷是用粉状的天然原料或人工合成化合物，经过成形和高温烧结制成，以无机非金属化合物为主体构成的多晶固体材料。传统陶瓷：所有以粘土为主要原料与其它天然矿物原料经过粉碎混炼-成形-煅烧等过程而制成的各种制品。包括陶器、炻器和瓷器。又称硅酸盐陶瓷。特种陶瓷：采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于进行结构设计及控制制造的方法进行制造、加工的，具有优异特性的陶瓷
3、。又称现代陶瓷、高级陶瓷、精细陶瓷等。1.2陶瓷的分类普通陶瓷日用陶瓷建筑卫生陶瓷电瓷化工瓷餐具、茶具等建筑瓷卫生瓷压电陶瓷耐酸砖、耐酸容器等艺术瓷花瓶雕像等1.2陶瓷的分类特种陶瓷热学功能力学性能生物功能化学功能电磁功能光学功能2.陶瓷技术的发展及其对世界的贡献 陶瓷是人类综合利用岩石，粘土矿物及各种天然资源和火创造性的合成人工材料所取得的最古老的技术成果。它的发展与人类历史有极为密切的关系。特别是瓷器的发明及其技术进步对人类生活和文明都产生了巨大的影响，几乎成为社会发展中文化艺术和技术进步的主要时代标志。2.1中国陶瓷技术的发展8000年前，陶器出现，标志人类文化跨入新石器时代；55003
4、500年前，新石器时代晚期，出现彩陶、黑陶及白陶等；第一次飞跃：3000年前，商代出现了釉，为从陶过渡到瓷创造了必要条件，是陶器到瓷器的过渡阶段；第二次飞跃：2000年前，出现了比较美观的釉面，陶瓷制造进入发达时代。第三次飞跃：1000年前，宋代出现半透明胎。第四次飞跃：特种陶瓷2.2中国陶瓷对世界的影响 唐代：远销日本、印度、波斯、埃及。宋代：远销50余国，远至欧洲。明代：郑和七次下西洋，将中国瓷器输送至世界各国，与世界各国在文化、经济、贸易、政治上建立了联系。中国瓷器在国外有：“白如玉，明如镜，薄如纸，声如磬”的美誉，被外国人视为奇珍异宝。七世纪以后，各国竞相仿造，并逐渐创立自己的风格。中
5、国瓷器为人类文化的进步所做出的重大贡献，是值得我们引以自豪的。3.陶瓷研究的发展历程及在现代化建设中的作用3.1陶瓷研究的发展历程高铝质、粘土和瓷土的应用釉的发明原料纯化陶瓷工艺的发展陶瓷理论的发展高温技术显微结构分析的进步性能研究的深入无损评估的成就相邻科学的推动陶器陶器传统陶瓷先进陶瓷微米级纳米陶瓷3.2陶瓷在现代化建设中的作用 除用于日常生活中外，陶瓷作为结构和功能材料广泛用于科学技术和工农生产领域的重要性，对此人们仍没有充分的认识。近年来由于陶瓷科学技术的发展，具有优良性能的陶瓷陆续出现，对陶瓷的评价也就发生了变化。陶瓷已从以往处于辅助材料的位置，开始发展为主要材料的位置，出现很多具有
6、更多实用价值功能的陶瓷材料。例如：1.比金属优越的力学性能2.比玻璃高明的光学性质3.卓越的热学性能4.奇妙的声学性质5.惊人的化学稳定性陶瓷生产一般工艺过程原料配料坯料制备坯体成型施釉干燥烧成整形检测包装出厂第一章 原 料最基本原料：石英、长石、粘土及化工原料。1.1 石英类原料1.2 长石类原料1.3 粘土类原料1.4 其它原料 陶瓷工业中使用的原料品种繁多，按其来源可分为天然矿物原料和化工原料两类。原料在一定程度上决定着工艺流程和工艺条件的选择以及产品的性能和质量。日用陶瓷工业生产中用的最基本原料是属于天然矿物原料的石英、长石和粘土三大类。1.1 石英类原料 主要矿石来源：硅石和石英岩
7、常用的石英类原料有石英砂、脉石英、砂岩、石英岩。石英是由SiO4 4-互相以顶点连接而成的三维空间架状结构的硅酸盐。对石英原料的技术要求：SiO297，Fe2O3+TiO20.51.1.1石英晶型转变温度和体积变化537537鳞石英鳞石英石英石英方石英方石英石英石英熔熔 体体鳞石英鳞石英鳞石英鳞石英方石英方石英87087016.016.00.10.1171317134.74.7147014700.20.21631630.820.821171172.82.81801802702700.20.21.1.2 石英在陶瓷生产中的应用1.是瘠性料，可降低可塑性，减少收缩变形，加快干燥；2.在高温时可部分
8、熔于长石玻璃中，增加液相粘度，减小 高温时的坯体变形；3.未熔石英与莫来石一起，可构成坯体骨架，增加强度。4.釉料中增加石英含量可提高釉的熔融温度和粘度提高釉 的耐磨性和抗化学腐蚀性。1.2长石类原料长石是不含水的碱金属和碱土金属铝硅酸盐。1.2.1 矿石种类长石种类很多，归纳起来都是下述四种长石组合而成。长石之间因结构关系彼此可以混合成固溶体。结构式化学式矿物含量钠长石NaAlSi3O8Na2OAl2O36SiO2居多钾长石KAlSi3O8K2OAl2O36SiO2钙长石CaAl2Si2O8CaOAl2O32SiO2钡长石BaAl2Si2O8BaOAl2O32SiO2较少1.2.2 长石的熔
9、融特性长石属架状结构硅酸盐，其中存在碱金属和碱土金属氧化物，可使硅酸盐多相混溶系统出现液相的温度大大降低。特 性作 用钾长石熔化温度较高，熔融温度范围很宽，高温下熔体粘度高，随温度升高降低慢保证高温下制品不易变形，烧成时易控制钠长石与钾长石正好相反高温下易引起变形，不易控制烧成，但晶体在其中容易生长发育，透光性增强钙长石熔点较高（1550），熔融温度范围窄，高温下熔体不透明，粘度小由于其高温下的缺点，在陶瓷生产中多不采用钡长石熔点高（1710），熔融温度范围较窄普通瓷制品不选用1.2.3 长石类原料在陶瓷生产中的作用 1）长石是溶剂型原料，可降低烧成温度，减少燃料消耗。高温下熔化后能填充坯体的
10、孔隙，融解粘土及石英类原料，有利于促进莫来石晶体的形成和长大，促进成瓷反应，增大密度，提高产品的机械强度；冷却后的长石熔体以透明玻璃态存在于瓷体中，提高光泽与透明度。2）长石原料在烧制前是瘠性原料，使坯体的干燥收缩变 小，有利于提高干燥速度。1.3 粘土类原料 粘土是自然界中硅酸盐岩石（如长石、云母）经过长期风化作用而形成的一种土状矿物混合体，为细颗粒的含水铝硅酸盐，具有层状结构。粘土的分类：1.按成因分类：原生粘土、次生粘土 2.按可塑性分类：软质粘土、硬质粘土 3.按耐火度分类：耐火粘土、难熔粘土、易熔粘土1.3.1 粘土的组成化学组成主要化学成分SiO2、Al2O3和结晶水次要化学成分K
11、2O、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3等矿物组成 主 矿 物高岭石类Al2O3 2SiO22H2O蒙脱石类Al2O3 4SiO2nH2O(n2)伊利石类（水云母）云母（K2O 3Al2O3 6SiO22H2O）水解成高岭石的中间产物 杂 质 矿 物石英、长石、云母、铁质矿物、钛质矿物、碳酸盐等颗粒组成是指粘土中含不同大小颗粒的百分比含量粘土颗粒组成会影响其工作性质，1m颗粒越多，则可塑性越好，干燥收缩增大，干燥后强度提高，烧结温度降低。1.3.2 粘土的工艺性质粘土的工艺性质主要取决于其矿物组成，化学成分和粒度尺寸。1.可塑性：粘土与适量的水混和以后形成的泥团，可在外力的作用下产生变形但不
12、开裂，并在外力除去后，仍能保持原有形状的性质，通常用塑性指数或塑性指标来表示。2.离子交换性：粘土粒子因表面层断键和晶格内部离子的不等价置换而带电，它能吸附溶液中的异性离子，这种被吸附的离子又可被其它离子所置换。这种性质被称为离子交换性，用离子交换容量来表示。如高岭土阳离子交换容量为0.30.9mmol/g。强塑性粘土强塑性粘土中塑性粘土中塑性粘土弱塑性粘土弱塑性粘土非塑性粘土非塑性粘土指数指数指标指标指数指数指标指标指数指数指标指标指数指数15153.63.67 715152.52.53.63.61 17 72.52.5113.触变性：粘土泥浆或可塑泥团在静置后变稠和凝固，当受到搅拌和震动时
13、，粘度降低而流动性增加，再放置一段时间后又能恢复原来的状态，这种性质称为触变性，用泥浆的厚化度和泥团的厚化度表示。泥浆的厚化度是泥浆放置30min和30s后其相对粘度之比。4.结合性：指粘土结合瘠性原料形成可塑泥料并具有一定干坯强度的能力。以能形成可塑泥团时所加入的标准石英砂（颗粒组成为0.250.15mm 占70,0.150.09mm占30）的数量来表示。加砂量在50时为结合力强的粘土，加砂量达2550时为结合力中等的粘土，加砂量在20以下时为结合力弱的粘土。1.3.2 粘土的工艺性质1.3.2 粘土的工艺性质 5.膨化性：粘土加水后体积膨胀的性质称为膨化性。用膨胀容来表示。6.收缩性：粘土
14、经110干燥后，由于自由水及吸附水排出所引起的颗粒间距离减小而产生的体积收缩，称为干燥收缩。干燥后的粘土经高温煅烧，由于脱水、分解、熔化等一系列的物理化学变化而导致的体积进一步收缩，称之为烧成收缩。两种收缩之和即为粘土泥料的总收缩。7.烧结特性：开始烧结温度T1 烧结温度T2 软化温度T3 烧结范围T2T3 1.3.3 粘土原料在陶瓷生产中的作用1.粘土的可塑性是陶瓷坯泥赖以成形的基础。2.粘土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性。3.粘土一般呈细分散颗粒，同时具有结合性。4.粘土是陶瓷坯体烧结时的主体。5.粘土是形成陶器主体结构和瓷器中莫来石晶体的主要来源。1.4其它原料 瓷石、滑石(3MgO
15、4SiO2H2O)、硅灰石(CaOSiO2)、石灰（CaCO3）、叶蜡石（Al2O3 4SiO2H2O）等。第二章 陶瓷的显微结构及性能2.1 显微结构概念2.2 瓷胎的显微结构2.3 瓷器的性质2.1 显微结构概念 显微结构是指在不同类型显微镜下观察到的材料组织结构。是构成材料的组成和制备工艺过程诸因素的综合反应。显微结构分析的任务：1.根据材料研究和生产过程中原料、半制品、成品的显微结构，对它们的品质进行评价。2.通过对材料或制品中缺陷的检测，从显微结构上找出缺陷产生的原因，提出改善和防止的措施，对生产进行控制。3.从显微结构和物理化学的基本观点出发，研究设计新材料或中间产品，以求获得较为
16、理想的显微结构并具有预期优良性能的材料和制品。4.研究工艺条件对显微结构形成的影响规律，促使工艺条件更加合理化，改善材料的使用性能。2.2 瓷胎的显微结构晶相：晶相构成陶瓷体的骨架，使制品具有一定强度和防止制品在高温 下塌陷变形，其中主晶相的性质和晶界的性质与材料的性质关系极大。玻璃相：玻璃相的作用是填充晶粒间隙，粘结晶粒，使陶瓷材料致密化，赋予制品透光性，降低烧成温度，促进烧结。气相：气相的存在对于陶瓷体通常是有害的因素，使坯体的强度降低，使 瓷胎透光度降低。长石瓷瓷胎的显微结构：莫来石、残余石英晶体、玻璃相、气孔。粘土 40-60长石 20-30石英 20-30玻璃 40-60莫来石 20
17、-30残余石英 20-30少量气孔1250-1400原料配比相组成瓷胎：陶瓷坯体经过高温烧成瓷化后，称为瓷胎。长石瓷显微结构形成过程 14干燥后再使用。5.2.2.4 改进措施1.加入缓凝剂：如硼砂，亚硫酸纸浆废液，动物胶等。加入量约0.10.5，其中硼砂缓凝剂在国内试用效果良好。2.真空处理石膏浆：石膏浆中含大量气泡，是模型出现针孔、硬块（致密的斑点）以及降低致密度与强度的原因之一，将石膏浆真空处理后可克服上述弊病。熟石膏熟石膏:水水（质量比）（质量比）吸水率，吸水率，干燥后模型密度，干燥后模型密度，g/cm3干燥后的抗折强度，干燥后的抗折强度，MPa真空处理真空处理未处理未处理真空处理真空
18、处理未处理未处理真空处理真空处理未处理未处理100:7033.7535.141.1451.1348.616.94100:8040.0042.601.0151.0006.625.69100:9045.9148.360.9600.9374.554.205.2.2.5 新型多孔模具1.塑料模具2.无机填料模具3.素陶模具4.金属填料模具3.合成树脂增强，如将热固合成树脂的聚脲树脂（按容积计加入10），环氧树脂及聚脂树脂等加入石膏浆中可以提高强度，或将石膏模型外表浸渍上述合成树脂溶液以增强表面强度，但是这种加入物将普通使用模型的耐热性与透气性降低。4.采用半水石膏 以上措施可以使石膏模增加强度，提高使
19、用寿命，降低成本。生石膏粉在蒸压釜以1.3以上大气压，不高于160温度下进行处理得型熟石膏，这种熟石膏制造模型的强度比型的高。废石膏采用上述方法可以获得型熟石膏。但多次再生熟石膏其气孔率稍增加，而强度降低。第六章 釉料的性质及制备工艺 釉是覆盖在陶瓷坯体表面上的一层近似玻璃态的物质。釉近似玻璃，但不是玻璃。与玻璃近似的性质：各向同性，无固定熔点，随温度和组成变化的规律也近似玻璃。具有光泽、透明、不透水性等。与玻璃区别：由于高温下釉中一些组分挥发、釉料之间相互反应、釉的熔化受到坯体烧制条件限制，釉层微观组织结构和化学组成的均匀性都比玻璃差，常夹杂各种晶体及未能逸散的气泡。6.1 釉的作用及分类
20、6.2 釉层的性质 6.3 坯釉适应性 6.4 釉料配制原则 6.5 釉料制备 6.6 施釉 6.7 日用陶瓷的装饰6.1釉的作用及分类 6.1.1釉的作用1.使坯体对液体和气体具有不透过性；2.覆盖坯体表面并给人以美的感觉，尤其是颜色釉与艺术釉 （结晶釉、砂金釉、无光釉）等更增添了陶瓷制品的艺术价值；3.防止污染坯体，为洗刷创造方便条件；4.与坯体起作用，并与坯体形成整体，增加陶瓷强度和硬度。6.1.2釉的分类（自学教材P333表2-5-19）6.2釉层的性质6.2.1釉的熔融温度范围 由始熔温度至流动温度称作釉的熔融温度范围。始熔温度：当圆柱体试样（2mm3mm）受热至形状开始变化、棱角变
21、圆的温度。全熔温度：试样变成半圆球的温度。流动温度：试样流散开来，高度降至原有的1/3时的温度。某釉料的熔融温度釉的熔融温度：要求釉的熔化温度要与坯体相适应，即釉要在坯体中气孔已经排除，已开始烧结出现液相时熔化，过早熔化，将被多孔坯体吸收影响表面光泽，过晚熔化则釉层玻化不好。影响熔化温度因素：原料的性质和原料粉碎程度。测定方法：1）用测定耐火度方法：将釉浆烘干，加糊精制成试锥与标准锥一起弯倒的温度。2）用高温显微镜。6.2.2釉的粘度和表面张力1.釉的粘度：釉在熔融状态下的粘度是判断釉的流动情况的尺寸。釉的粘度过小，容易造成流釉、堆釉和干釉等缺陷。釉的粘度过大，易引起桔釉、针眼、釉面不光滑、光
22、泽不好等缺陷。影响釉的粘度的主要因素是：釉的组成和烧成温度釉的组成：釉在一定温度范围内碱金属氧化物增加，粘度下降；CaO高温时降低粘度，MgO高温时具有较高粘度，但是影响比Al2O3小，其它正二价金属与CaO基本相同，B2O3特殊，加入量15，B2O3含量增加，粘度提高，15又起降低粘度作用。2.釉的表面张力 釉的表面张力影响釉面平滑程度和釉对坯体的润湿，所以对外观质量影响很大。1）由于表面张力过大会阻碍气体排除、熔融液不均化和发生缩釉现象，因此会造成釉面缺陷；2）表面张力过小会造成流釉和小气孔破裂后形成针孔，难以弥合；影响因素：釉的组成，温度、气氛（还原气氛使表面能力增大）。B2O3含量不同
23、时对粘度有不同影响，这和B离子的配位状态有密切关系。B2O3含量较少时，B离子处于BO4状态，使结构紧密，粘度随其含量增加而升高。当较多量的B2O3引入时，部分BO4会变成BO3三角形，使结构趋于疏松，致粘度下降。这称为硼反常现象。釉的弹性是能否消除釉层应力引起的缺陷的重要因素。可用弹性模数表示，弹性模数小则弹性大；反之弹性小。弹性好的釉可使坯釉适应性好，即使加热和冷却速度在一定程度上加快也不会使釉面产生缺陷。6.2.3 釉的弹性和热膨胀性影响因素：1）组成：碱土金属氧化物提高弹性模数，而碱金属氧化物降低弹性模数；B2O312，含量增加则提高弹性模数，而B2O312，含量增加则降低弹性模数。2
24、）晶体尺寸和均匀分布程度：均匀分布的细小析晶有利于提高釉的弹性。3）温度：釉的弹性随温度的升高而降低。4）釉层厚薄：釉层愈薄弹性愈大。釉的膨胀性用一定温度范围内长度膨胀百分率或线膨胀系数表示。影响因素：组成、温度。釉层受热膨胀的主要原因是由于温度升高时构成釉层网络质点热振动的振幅增大，这种由于热振动引起的膨胀，其大小决定于离子键间的键力，键力愈大则热膨胀愈小，反之也如此。1）组成：SiO2是釉的网络生成体，有坚强的Si-O键，若其含量高，则釉层结构紧密，热膨胀小。引入碱金属或碱土金属离子削弱了Si-O键，或折断了Si-O键,使膨胀系数增大。碱金属离子增大釉膨胀系数超过碱土金属离子。2）温度：釉
25、的热膨胀系数与温度有关。6.2.4釉的硬度和光泽度1.硬度硬度是一种材料抵抗另一种材料压入、划痕或磨损的能力。表征材料表层的强度，看成表层产生塑性变形或破坏所需的能量。影响因素：1）釉层化学组成：釉面硬度取决于釉层化学组成，组成玻璃网络的SiO2、B2O3提高硬度。由于硼反常现象，用B2O3代替釉中SiO2时，若B2O3 15，随着B2O3的增加，釉的硬度不断增大；若B2O3 15，则釉的强度会降低。2）矿物组成、显微结构：釉层析出硬度大的微晶，并高度分散在釉面上，则硬度明显增加，尤其析出针状晶体，效果更显著。提高硬度的晶体：锆英石、锌尖晶石、镁铝尖晶石、金红石、莫来石、硅锌矿等。因此，乳浊釉
26、和无光釉的耐磨性比透明釉高。2.光泽度是反应釉的平整光滑的指标。坯釉适应性是指陶瓷坯体与釉层有相互适应的物理化学性质，使釉面不剥落，不开裂的性能。釉层剥落和开裂的根本原因使釉层所受的应力超过了釉层强度。6.3坯釉适应性控制釉层应力:1.主要控制坯和釉的膨胀系数差，控制釉层应力是解决坯釉适应性问题的关键。当坯和釉的膨胀系数相等时（坯釉），则釉层应力最小，但难办到；当坯釉时，冷却时，釉受到坯体赋予的压缩作用，使其产生压缩弹性变形，从而在凝固釉层中保留下永久的压缩应力，导致 制品变形或剥脱。具有压缩应力的釉称为压缩釉，由于用“”号表示压应力，又称正釉；当坯釉时，则在釉层保留永久的张应力，导致制品变形
27、或开裂，又称为负釉。试样尺寸，20mm膨胀系数，106/抗折强度，MPa无釉瓷5.5（坯）78施白釉瓷5.02（釉）102例如：希望得到受一定压应力的釉层，坯釉受到压应力釉层：不易剥落、能抵消产品在使用时可能受到的部分张力，提高产品的机械强度和抗热震性。2.组成不变时，釉层应力与其厚度极其相关应力变化的总趋势为釉层加厚，釉的压应力降低。一般常见釉层厚0.3mm。厚度由釉浆的稠度、上釉的次数、坯体气孔率等工艺因素决定。3.釉层的弹性釉层的弹性是缓和釉层应力的另一个因素，生产中将釉的弹性调大一些，能减少产品的开裂。6.4釉料配制原则6.4.1 釉料的组成应适应坯体的工艺性能1.釉的成熟温度应稍低于
28、坯体烧结温度范围的上限；2.釉的始熔温度应高于坯体中碳酸盐，硫酸盐和有机物的分解和挥发的温度；3.熔化的温度范围也要求尽可能宽。6.4.2 要使釉层的物理化学性质与坯相适应1.釉的膨胀系数和弹性模量略小于坯；2.控制好坯釉的酸度系数（C.A）瓷坯的C.A12；瓷釉的C.A=1.82.5;陶坯的C.A1.21.3；陶釉的C.A1.52.5 酸度系数是指釉（坯）中酸性氧化物与碱性氧化物之比。式中：RO2 酸性氧化物摩尔数；R2O+RO+3R2O3 碱性氧化物摩尔数。C.A=RO2R2O+RO+3R2O36.4.3 合理选择釉用原料配釉要用天然矿物原料，也要用化工原料，以便调整好釉浆的性能及很好的适
29、应坯体。原料选择注意下列问题：1）制釉原料要求纯度高，并与其它原料分开贮存，以免杂质混入；2）采用不溶解于水的原料，避免釉浆组分被坯体吸入，影响其性质；3）石英、长石原料仔细挑选、洗涤；4）石英预烧利于粉碎，同时将其中铁杂质暴露选出，粘土部分预烧，防止其过量收缩，对施釉发生影响；5）利用废瓷部分取代长石作为制釉原料，粉碎前必须洗涤，除去污泥与灰尘。6.5 釉料制备一定的细度适中的相对密度（浓度）适宜的流动性（粘度）釉料通常分为生料釉和熔块釉两种生料釉：将全部已加工至粒度的釉用原料按配比精确称量后，直接 加水至球磨机内研磨。熔块釉：先将一些水溶性或有毒的，易挥发物质单独混合调配，至 较高温度下熔
30、化后冷却成玻璃状碎块（称之为熔块），再 将熔块与适量粘土配合成釉。釉料应具备的基本性质：施釉的基本方法：6.6 施釉浸釉：将坯体手工全部浸入釉浆中，又称蘸釉。所用釉浆浓度比喷釉法大。盘类产品采用的飘釉法也是浸釉法的一种。淋釉：又称浇釉，是将釉浆浇到坯体上，强度差的生坯不能用浸釉，可采用浇釉（釉面砖等广泛采用）。喷釉：利用压缩空气将釉浆通过喷枪或喷釉机喷成雾状，使之均匀地粘附于坯体上。釉层厚度比较均匀，易于控制，与其它方法比容易实现机械化、自动化，适于大型薄壁及形状复杂制品。其它方法：荡釉：将釉浆注入器物内，然后上下左右摇动，使釉浆布满内表面，然后将余浆倒出。用于对中空制品，如壶、花瓶及罐、缸等
31、内部施釉。涂刷釉：用毛刷或毛笔浸釉后，再涂刷在坯体表面上。多用于在坯体上施几种不同釉料，形成特厚釉层及补釉操作。6.7日用陶瓷的装饰 装饰是在陶瓷器体上进行艺术加工的工序，它使既有实用价值又有艺术感，并能扩大制坯原料的来源和提高产品等级。其装饰技 法有：1）雕塑：刻花、剔花、堆花、镂空、浮雕、塑造；2）色坯与化妆土；3）色釉：单色釉、复色釉、变色釉、窑变花釉；4)晶化釉：结晶釉、砂金釉、液液分相晶化釉；5）釉上彩：古彩、新彩、光彩、印彩、刷彩、喷彩、贴花；6）釉下彩和釉中彩：贴花、印彩、彩绘；7）贵金属装饰：亮金、磨光金、腐蚀金；8）其它装饰方法：如光泽彩、碎纹釉、无光釉、流动釉、斗 彩、照相
32、装潢。釉上彩：在烧过釉面上用低温颜料进行彩绘，然后在不变的温度下进行彩烧的方法。优点：彩烧温度低，许多陶瓷原料都可采用，色调丰富多彩，生产效率高，劳动强度低，生产成本低。缺点：画面光泽度差，彩绘画面容易脱落，受酸性物质侵蚀会溶出铅、镉等毒性元素。釉下彩：在素烧坯或未烧的坯体上进行彩绘，然后施上一层透明釉，高温（12001400）烧成。优点：画面光亮柔和，不变色，耐腐蚀，不磨损。缺点：色调不如釉上彩丰富多彩，不易机械化而未广泛使用。釉中彩：又名高温快烧颜料，是20世纪70年代发展起来的一种新的装饰材料和方法。这种陶瓷颜料不含铅，是在陶瓷釉面上进行彩绘后，在10601250温度下快速烤烧而成（一般
33、在最高温度阶段不超过0.5小时）。在高温快烧的条件下，制备釉面软化熔融，使陶瓷颜料渗透到釉层内部，冷却后釉面封闭，颜料便自然的沉在釉中，具有釉中彩的实际效果，兼有釉上彩、釉下彩的优点。第七章 坯体的干燥 用加热的方法达到除去物料中部分物理水分的过程称之为干燥，也叫烘干。目的：1.提高成形后坯体的强度，便于运输和再加工（如修坯、粘接、施釉等）；2.提高坯体吸附釉层能力；3.经干燥的坯体可在烧成初期经受快速升温，从而缩短烧成周期，提高窑炉的周转率，降低燃料消耗。干燥后生坯的水分达12。7.1 干燥的物理过程7.2 坯体干燥设备7.1 干燥的物理过程7.1.1 生坯的水分与干燥的关系 按照水与物料结
34、合程度的强弱，生坯中的水分可分为三类：1.化学结合水：是坯体物质结构的一部分，干燥除不去；2.吸附水（物理化学结合水）：与物料牢固结合，改变了水分的很多性质，在干燥过程中可以部分排除；3.自由水（机械结合水）：与物料结合最弱，干燥过程中最先被排除。7.1.2 干燥过程与生坯变化 坯体干燥包括加热、外扩散与内扩散三个过程。为了便于论述和理解，假定干燥介质的条件在干燥过程中保持不变，即干燥介质恒温恒湿，则物料的干燥过程中各参数的变化如图所示：1.升速阶段 干燥介质传给坯体的热量大于坯体中水分蒸发需要热量，多余的热量使坯体温度不断升高，水分蒸发量也不断升高；2.等速干燥阶段 干燥介质传给坯体的热量等
35、于坯体中水分蒸发所需热量。坯体温度保持不变，干燥速度恒定。排除自由水，体积收缩。在整个坯体收缩过程中，因坯体的颗粒具有一定的取向性，导致干燥收缩的各向异性，表面与内部收缩的不均匀，导致坯体内外层及各部分的差异。由于干燥收缩不均匀而产生了内应力，当应力超过了呈塑性状态的屈服值时，坯体发生变形，当应力过大，超过其弹性状态坯体的强度时会导致开裂。注意：干燥速度过大会发生因坯体体积收缩过大而引起的制品变形或开裂，应慎重控制。4.平衡阶段 坯体的水分达到平衡水分，干燥速度为零。表面蒸发与吸附达成动态平衡，干燥过程终止，坯体的干燥最终水分一般说来不应低于贮存时的平衡水分，否则干燥后将再吸收水分达到平衡水分
36、。当坯体的自由水大部分排除时，内扩散速率大于外扩散速率，物料表面不可能保持湿润，干燥速率即开始降低，从等速至降速阶段过渡的含水量，称为临界含水量。临界含水量在干燥速度曲线图中表示为K点，K点表示为临界点，测定临界点的含水率具有重要意义。因为到达临界含水量以后，坯体的干燥是排除其中毛细管中的水分和含水矿物中的物理吸附水，坯体略有收缩，所以此阶段坯体内不会产生干燥收缩的应力，干燥过程进入安全状态。3.降速干燥阶段 干燥介质传给坯体的热量大于坯体中水分蒸发热量，坯体温度升高同时，因内扩散速率小于外扩散速率，干燥速度逐渐降低。部分吸附水排除，无变形或开裂发生。7.1.3 影响干燥速度的因素1.外扩散速
37、度：所谓外扩散是指坯体表面水分气化，并通过水气膜向外界扩散的过程。外扩散的动力是坯体表面蒸气压与周围介质的水蒸气分压之差。差值愈大，则外扩散速度愈大。影响外扩散的主要因素1）干燥介质与生坯表面的蒸气分压；2）干燥介质与生坯表面的温度；3）干燥介质的流速、方向；4）生坯表面蒸气膜的厚度；5）能量供给方式等。2.内扩散：所谓内扩散是指坯体内部水分扩散至坯体表面的过程。主要借助于扩散渗透力和毛细管力，服从扩散定律。内扩散有两种形式，即水分的热湿传导与湿传导。热湿传导是指由温度差引起的水分传导。温度差引起水分子的动能、水在毛细管内表面张力、空隙中空气压强不等，导致水分子由高温处向低温处移动。热湿传导方
38、向与温度梯度（热流方向）一致。湿传导是由于水分浓度差（湿度差）而引起的水分传导。湿度差使水分从高湿处向低湿处移动。湿传导方向与湿度梯度方向一致。热湿传导与湿传导方向一致，则内扩散速度将大大加快，反之将降低内扩散速度。影响生坯内扩散的主要因素：1）组成坯体物料的性质：粗颗粒，瘠性物料含量多的坯体；2）生坯温度：温度升高，水的粘度降低，毛细管中弯面表面张力降低，内扩散阻力减少，坯体的温度梯度与湿度梯度一致。如电热干燥，微波干燥，远红外干燥等；3）坯体表面与内部的湿度差。7.2 坯体的干燥设备 室式干燥器 隧道式干燥窑 链式干燥器 转盘式干燥器3.其它影响因素：1）干燥方式：传统热风干燥和热风红外干
39、燥；2）坯体的厚度和形状；3）干燥器的结构及坯体在干燥器中放置的方式与位置。例如：远红外干燥结构应考虑辐射面与坯体的位置尽可能靠近，辐射形状与坯体的形状尽可能相似。坯体在干燥器中放置部位与方式要考虑坯体的受热与蒸发面积。7.2.1 室式干燥器湿坯放在没有坯架和加热设备的干燥室中进行干燥的方法。特点：干燥缓和，间歇式操作，干燥制度灵活。优点：设备简单，造价低。缺点：热效低，周期长，干燥效果不易控制，人工运输破损率高。7.2.2 隧道干燥采用逆流干燥方式，基本上适应了干燥过程四个阶段的标准要求，比较合理，连续工作，热利用率高，便于调节控制，干燥效果稳定。不足在于占地面积大，干燥速度较慢，热量有损失
40、。7.2.3 链式干燥将湿坯放置在挠性牵引机构的吊篮上或者利用链条运载坯体，在弯曲的轨道上传送进行干燥，分为立式、卧式和综合式三种。对于日用瓷，链式干燥可按照：成形 湿坯干燥 定位脱模 再干燥 修坯 再干燥的工艺顺序进行。形成“成形干燥”工艺流水线，减轻劳动强度，提高生产效率。7.2.4 转盘式干燥转盘式干燥器在日用陶瓷行业应用的比较广泛。是用一个相当大直径的转盘作为坯体的运载机构，以一定的规律载着坯体在干燥器内运行并运送至预定位置。利用热风对位集中强风喷射坯体，转盘与风箱成一体，风箱分两层，热风从下层分配到喷口喷出，湿气经上层回流带走，坯体的另一面靠自然通风干燥。第八章 烧 成 将陶瓷坯体加
41、热至高温，发生一系列物理化学反应，然后冷却至室温，坯体的矿物组成与显微结构发生显著变化，外形尺寸得以固定，强度得以提高，最终获得某种特定使用性能的陶瓷制品，这一工艺过程称为烧成。以普通长石瓷坯为例来说明坯体烧成各阶段的变化。8.1 烧成过程中的物理化学变化8.2 烧成设备（教材P164175，自学）8.3 烧成制度8.4 装窑8.5 窑具 8.1 烧成过程中的物理化学变化 8.1.1 低温阶段（室温300）（水分蒸发期）主要排除干燥过程中没有除掉的水分；升温速度主要取决于坯体入窑时的水分；加强通风。8.1.2 中温阶段（300950）在这一阶段，坯体内部发生了较复杂的物理化学变化：粘土中的结构
42、水得到排除，碳酸盐分解，有机物、碳素和硫化物被氧化，石英晶型转化。这些变化与氧化温度、升温速度、窑炉内气氛等因素有关。若升温速度过快，则分解与氧化的温度相应提高。1.结构水的排除 排除各种粘土原料和其它含水矿物的结构水 如：高岭石脱水：OHSiOOAlOHSiOOAl223260040022322222 （偏高岭石）2.碳酸盐、硫酸盐分解232100080023295073033210508503285050034242MMCOOFeOFeCOCOCaOgOCaCOMgCOCOCaOCaCOCOgOMgCO3.碳素、硫化物及有机物的氧化4.石英的晶型转变和少量液相的形成鳞石英石英石英 8705
43、73+0.82 +16900附近长石与石英、长石与分解后粘土颗粒，在接触处有共熔体液滴生成。23280050022245035022290060023504274C)(C)有机物(SOOFeOFeSSOFeSOFeSOCOC 碳素本阶段变化特点：气体产物排除，密度减小，气孔增加；粘土收缩及石英膨胀所引起的体积变化，有互补性；少量熔体的胶结作用，使坯体强度相应提高。依窑炉结构特点决定升温速度；保证窑内氧化气氛；加强通风。本阶段注意事项：8.1.3 高温阶段（950最高烧成温度）也称玻化成瓷期:坯体出现液相，釉层开始熔融，根据坯、釉中的铁、钛含量及对制品外观的颜色要求来决定是否采用还原焰烧成。还原
44、焰烧成细分为三个阶段，这三个阶段之间的两个转化温度点及后两段还原气氛浓度（CO浓度）是确定气氛制度的关键。1.氧化保温期 氧化分解期的反应继续进行并进行完毕。使气体产物在釉面气孔未被封闭前排出。注意：保温(低速升温或保温操作)；氧化气氛（加强烟气流通量，提高空气过剩系数）；于釉面始熔前150向下一阶段强还原气氛转换。氧化保温目的：1）使碳素、有机物、硫化物充分氧化；2）碳酸盐进一步分解；3）残留结构水完全排除；4）缩小全窑温差。23342322SOCaOCaSOCOCaSOCOCaSOCOFeOCOOFe1000强烈反应 釉层尚未封闭800强烈反应2.强还原阶段（10201150）此阶段CO浓
45、度在35，基本无过剩氧存在。在还原气氛下：临界温度：氧化保温期转强还原期的温度。临界温度主要由坯釉化学组成决定。1）临界温度过低则还原过早，坯釉中有关组分氧化反应进行不完全，部分有机物或碳素残留在坯中，易产生“黑心”甚至起泡等缺陷。2）临界温度过高，则还原推迟，Fe2O3还原不足，坯体发黄，起不到还原气氛应起的作用。否则硫酸盐与Fe2O3在氧化气氛中34SOCaOCaSO 在12501370进行，此时釉层封闭造成釉层气泡破坏釉层平整。因此该阶段必须采取强还原气氛，使坯体内的Fe2O3、CaSO4在釉层封闭坯体之前，得到充分还原分解。此阶段温度应平稳上升。3.弱还原阶段（1150烧成温度）釉层基
46、本上玻化，封闭了瓷胎的表面，形成大量液相和莫来石新相，此阶段进行液相烧结，坯体开始致密化。为防止还原气氛中未燃尽的碳导致制品的“烟熏”和低价铁的氧化使瓷器发黄，因此弱还原气氛应加以控制：CO 在1.02.5，0.95左右。最高烧成温度取决于成品要求的吸水率、烧成收缩、抗折强度等指标，也与烧成周期有关，对同一产品，烧成周期较长，最高烧成温度则较低；烧成周期较短，最高烧成温度则较高。达到最高烧成温度后，应进行适当的保温，目的在于使窑内各部位温度均匀一致，也使制品各部分表里温度均匀。保温时间以窑炉不同、装窑密度不同、烧成周期不同而定。8.1.4 冷却阶段（最高烧成温度室温）1.最高烧成温度85085
47、0 急冷阶段 因为坯体处于塑性状态，快冷不开裂；快冷可以缩短烧成周期，有效防止液相析晶和晶粒长大，防止低价铁氧化，提高白度。（改）冷却速度 150150300/h300/h.2.850850400 400 缓冷阶段 开始凝固，失去塑性，石英多晶转变，伴有体积变化 冷却速度404070/h70/h3.400400室温 最终冷却阶段（快冷）100/h100/h以上。某日用瓷冷却总时间与成品中不同形式氧化铁含量的关系 总冷却时间，hFe2O3含量，FeO含量，2447.0952.911038.5861.42123.8276.118.2 烧成设备（自学教材P164175）8.3 烧成制度 烧成制度包括
48、：温度制度，气氛制度，压力制度。其中压力制度是实现温度制度和气氛制度的保证。8.3.1烧成制度的拟定 拟定烧成制度的依据：1.坯料在加热过程中的形状变化：根据坯料系统有关相图，可初步估计烧结温度的高低和烧结范围的宽窄，结合坯料的差热曲线，失重和烧成收缩曲线，以及热膨胀曲线，拟定合理的升温速度、止火温度和烧成范围。2.坯体形状、厚度和入窑水分：薄壁、小件制品，入窑水分易控制，可短周期快烧；大件、厚壁及形状复杂、坯中含大量可塑粘土及有机物的粘土，升温速度放慢，烧成周期要长。3.窑炉结构、燃料性质、装窑密度：不同窑型，同一窑型其结构和容量的不同，将影响窑内的传热方式和温差大小以及操作条件；装窑密度将
49、影响窑内气体的流动分布和产品所需的热容量；燃料的种类和热值的高低将影响燃烧操作和可能提供的热量。在拟定烧成制度时，必须将制品对升温速度的要求与窑炉的结构与操作条件结合起来。4.烧成方法：同一种坯体采用不同的烧成方法时，要求的烧成制度各不相同。如日用瓷、釉面砖即可一次烧成，又可二次烧成；日用瓷的素烧温度总是低于釉烧温度；釉面砖的素烧温度往往高于釉烧温度；常压烧结和加压烧结的烧成温度和烧成时间也不同。因此，拟定烧成制度时应同时考虑烧成方法。8.3.3 气氛控制 烧成气氛是根据燃烧中的游离氧的含量和还原成分的含量确定的。常用空气过剩系数表征。2225.076.311NCOO 强氧化气氛：O2 810
50、，1.62.5；氧化气氛：O2 25，1.21.5；中性气氛：O2 1.01.5，CO 1.02，0.991.05；弱还原气氛：O2 1，CO 1.52.5，0.95；强还原气氛：O2 1，CO 37，0.9；8.3.2 温度制度 温度制度包括升温速度、烧成温度、保温时间、冷却速度即温度与时间的关系。8.3.4 压力制度 压力制度是指窑内压力与时间的关系。压力制度：通过调整窑炉有关设备（烧嘴、风机、闸板等），控制窑内各部分气体压力呈一定分布，这个窑内气体压力的规律性分布称为压力制度。压力制度和气氛制度的作用，以隧道窑为例：预热带：负压，使排烟通畅，窑头负压在010Pa，因负压过大，窑头密封不好
