无机材料工艺学-陶瓷3-坯料及其成型性能2

2.4 坯料的成型性能
一、可塑泥料的成型性能
（一）可塑泥料的流变特性 可塑法成型和注浆法成型用坯料的性能都涉及它们的流变特性。 ● 可塑法成型和注浆法成型用坯料的性能都涉及它们的流变特性。
◆ 关于流变学的一些基本知识
● 流变学是研究物体流动和变形的科学，综合研究物体的弹性应 流变学是研究物体流动和变形的科学，
可 塑 性
表面张力
一、可塑泥料的成型性能
（二）影响泥料可塑性的因素 4. 液相的性质及含量。 液相的性质及含量。
● 液相含量对泥料 可塑性的影响如右图 所示： 所示：随着含水量增 加，泥料的屈服值降 最大变形量增大。 低，最大变形量增大。 而最大可塑性指数 （标）则对应于一个 最佳含水量。 最佳含水量。
H-粘土 ＞Al 粘土
3+
＞ Ba 2+ ＞ Ca 2+ ＞ Mg 2+ ＞ NH+ ＞ K + ＞ Na + ＞ Li + 可塑性增大
4. 液相的性质及含量。 液相的性质及含量。
液相的性质主要涉及液相的 粘度及表面张力。一般地， 粘度及表面张力。一般地， 高粘度和高表面张力的液体 介质能够提高泥料的可塑性。 介质能够提高泥料的可塑性。
单独加入 六偏磷酸钠 的高岭土泥浆的流变曲线
2.4 坯料的成型性能
● 几种基本流体类型
Shear thinning
（假塑性流体） 假塑性流体）
（胀流型流体） 胀流型流体）
2. 影响泥浆流变性质的因素
（3）电解质的种类和加入量（吸附的阳离子种类及数量）。 ）电解质的种类和加入量（吸附的阳离子种类及数量）。 随着加入量的增大，泥浆粘度不断减小。 ● 随着加入量的增大，泥浆粘度不断减小。 ● 加入量为 2%时， 时 泥浆解凝程度最大， 泥浆解凝程度最大， 屈服值接近于零， 屈服值接近于零，触 变环最小， 变环最小，泥浆近似 牛顿流体。 牛顿流体。 ● 过分解凝时（＞
（胀流型流体） 胀流型流体）
2.4 坯料的成型性能
一、可塑泥料的成型性能
（一）可塑泥料的流变特性
● 可塑泥料受应力作用而
产生变形时， 产生变形时，既有短暂的 弹性变形阶段（ 段 弹性变形阶段（OA段）， 又有塑性变形阶段。 又有塑性变形阶段。
● 但当应力超过弹性形变
σ
的极限应力值σ 之后， 的极限应力值σy之后，泥 料即产生不可逆的假塑性 变形， 变形，且变形量随应力的 增大而增大。 增大而增大。
o
A
ε
粘土泥料应力—应变曲线 粘土泥料应力 应变曲线
一、可塑泥料的成型性能
（一）可塑泥料的流变特性 若撤除外加应力， ● 若撤除外加应力，则发生假 塑性变形的泥料只能部分地恢 复原状态(ε ， 复原状态 y )，剩下的不可逆变 形部分（εn）叫做 “假塑性变
形”。εn部分是由于泥料中的矿
σ
物颗粒产生了相对位移所致。 物颗粒产生了相对位移所致。
（二）影响泥料可塑性的因素
1. 矿物组成。 矿物组成。
可塑性良好的粘土泥料一般应具备以下条件： ◆ 可塑性良好的粘土泥料一般应具备以下条件： （1）颗粒细小； ）颗粒细小； （2）粘土矿物解理明显或完全，尤其呈片状结构最好； ）粘土矿物解理明显或完全，尤其呈片状结构最好； （3）粘土颗粒表面的水化膜较厚。 ）粘土颗粒表面的水化膜较厚。 就可塑性强弱而言：伊利石＜ 高岭石＜＜ 蒙脱石 就可塑性强弱而言：伊利石＜ 高岭石＜＜
第二章 陶瓷坯料及其成型性能
2.4 坯料的成型性能
绪言
陶瓷制品的成型方法主要分三类： ◆ 陶瓷制品的成型方法主要分三类：
可塑法成型——基于坯料具有良好的可塑性进行。 基于坯料具有良好的可塑性进行。 可塑法成型 基于坯料具有良好的可塑性进行 注浆法成型——基于坯料具有良好的液态流动性进行。 基于坯料具有良好的液态流动性进行。 注浆法成型 基于坯料具有良好的液态流动性进行 压制法成型——基于坯料在较大外加压力下具有良好的固态流动 基于坯料在较大外加压力下具有良好的固态流动 压制法成型 性及结合性完成。 性及结合性完成。 可塑法成型具有多种实用方法。 ● 可塑法成型具有多种实用方法。如：
A
σ
o
ε
粘土泥料应力—应变曲线 粘土泥料应力 应变曲线
成型性能好的泥料应该具有一个较高的屈服值σ 和足够大的ε ● 成型性能好的泥料应该具有一个较高的屈服值σy和足够大的 p 值。 前者可以防止刚刚成型好的坯体因偶然的外力作用产生变形； 前者可以防止刚刚成型好的坯体因偶然的外力作用产生变形；后者可 以保证泥料在成型过程中变形虽大、但又不易产生开裂。 以保证泥料在成型过程中变形虽大、但又不易产生开裂。
o ● σp和εp 分别为泥料受力出现 裂纹（破坏）时的极限应力值和 裂纹（破坏） 变形量。 σp和 εp的大小取决于所加应 力的速度和应力在泥料中扩散的 速度。 速度。
A
ε
粘土泥料应力—应变曲线 粘土泥料应力 应变曲线
一、可塑泥料的成型性能
（一）可塑泥料的流变特性
● 可塑泥料还具有一个
σ
特点， 特点，即：当其受外力 作用产生变形后， 作用产生变形后，若维 持其变形量不变，则泥 持其变形量不变， 料中的应力会逐渐减小 直至消失。 直至消失。 将泥料中应力降至一 定值时所经历的时间叫 做“应力松弛期”。 应力松弛期”
变、塑性变形和粘性流动。物体的流变特性系指其在某一时刻所 塑性变形和粘性流动。 表现出的应力与应变的定量关系。 表现出的应力与应变的定量关系。
y
τ xy
剪切应力
dv x = −η dy
速度梯度
v
τ
x
表观粘度
2.4 坯料的成型性能
● 几种基本流体类型
Shear thinning
τy
（假塑性流体） 假塑性流体）
一、可塑泥料的成型性能
（一）可塑泥料的流变特性 因此， ● 因此，若要使泥料形成所 要求坯体外形， 要求坯体外形，成型时就要 使泥料受力时间足够长， 使泥料受力时间足够长，且 成型压力应陆续、 成型压力应陆续、多次地作 用到泥料上。 用到泥料上。 ● 在塑性泥料的流变性参 数中，屈服值σ 数中，屈服值σy 和最大变 形量ε 形量 p 对成型过程具有重要 意义。 意义。
塑 性 指 数
（σy ×εp ）
2. 颗粒大小及形状。 颗粒大小及形状。
大， 细颗粒泥料的 表面 大， 大。 可塑性 大。
片状 面 状颗粒的 状颗粒的 颗粒 ，形成的 细 表 表面大， 表面大， 大， 大， 大。 大。
可
d =0.2 µm 0.3 µm 0.5 µm 1.5 µm
3.5 µm
形成面-面 形成面 面
2.4 坯料的成型性能
一、可塑泥料的成型性能
● 屈服值σy和最大变形量εp 是相互关联的， 是相互关联的，且往往相互矛 盾。
σ
改变泥料的含水量， ● 改变泥料的含水量，可以 改变其中一个流变参数，但 改变其中一个流变参数， 同时也会降低另一个特性参 如右图所示， 数。如右图所示，随着含水量
增加， 减小而ε 却增大。 增加，σy 减小而 p 却增大。 某粘土泥料的含水率与其应力—应变曲线 某粘土泥料的含水率与其应力 应变曲线
ε
因此， ● 因此，一般可以近似地用 来评价泥料的成型性能， （σy×εp ）来评价泥料的成型性能，这就是前已述及的 “可塑性指 对于一定组成的泥料而言，在合适的含水量条件下， 标”。对于一定组成的泥料而言，在合适的含水量条件下，这个乘 积达到最大值时，也就意味着它具有最好的成型性能。 积达到最大值时，也就意味着它具有最好的成型性能。
A
o
ε
粘土泥料应力—应变曲线 粘土泥料应力 应变曲线
应力松弛期”短得多， ● 如果成型时泥料的受力时间比其“应力松弛期”短得多，则在应
力作用期间内，泥料将来不及产生塑性变形（只产生弹性变形） 力作用期间内，泥料将来不及产生塑性变形（只产生弹性变形）。 反之，则将产生塑性变形、且能保持变形后的形状。 反之，则将产生塑性变形、且能保持变形后的形状。
2%），粘度重新增 ）
大（η= τ/ γ）. 触变环也变大。 触变环也变大。
复合加入Na 复合加入 2CO3 和 Na2SiO3 （1：1） ： ） 的高岭土泥浆的流变曲线
● 过分解凝时 （ ＞
2%） ， 粘度重新增 ）
大。η=τ/γ.说明 电解质的加入量存 在一个最佳值。 在一个最佳值。
单独加入Na 单独加入 2CO3 的高岭土泥浆的流变曲线
2. 影响泥浆流变性质的因素
（3）电解质的种类和加入量（吸附的阳离子种类及数量）。 ）电解质的种类和加入量（吸附的阳离子种类及数量）。 过分解凝时（ ），粘度重新增大 ● 过分解凝时（≥2%），粘度重新增大。η=τ/γ. ），粘度重新增大。 ● 解凝效果比碳酸 钠更好， 钠更好，仅需加入 0.5%即可达到最大 即可达到最大 解凝效果——屈服值 屈服值 解凝效果 降到零。 降到零。 加入量＜ ● 加入量 ＜ 2%时 ， 时 泥浆呈胀流型流体 特征。 加入量＞ 2% 特征 。 加入量 ＞ 后，泥浆变为塑性 流体。 流体。加入量为 2% 时，泥浆近乎牛顿 流体。 流体。
拉坯成型
2.4 坯料的成型性能
滚压成型
2.4 坯料的成型性能Fra bibliotek纯手工围筑塑造成型工艺
2.4 坯料的成型性能
● 注浆法成型举例
空心注浆(单面吃浆) 空心注浆(单面吃浆)
2.4 坯料的成型性能
● 注浆法成型举例
实心注浆(双面吃浆) 实心注浆(双面吃浆)
2.4 坯料的成型性能
● 压制法成型
外墙砖
釉面广场砖
应的泥料可塑性
含水量% 含水量
（二）影响泥料可塑性的因素
3. 吸附的阳离子种类。 吸附的阳离子种类。