项目二陶瓷配方及配方设计

项目二陶瓷配方及配方设计
第一节坯料的类型
一、教学要求
【掌握内容】
（1）掌握坯料的不同类型及其特点
（2）掌握各氧化物在瓷中的作用
二、教学重点与难点
【教学重点】各氧化物在瓷中的作用
三、教学方法：从生产上的实际情况进行引入，分析。

四、教学时数3学时
五、教学内容
引入：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。

本章节主要介绍长石质瓷、绢云母质瓷、磷酸盐质瓷和镁质瓷坯料等的特点、用途、主要成分等性质
长石质瓷坯料
一、瓷器坯料绢云母质瓷坯料
磷酸盐质瓷坯料
（一）长石质瓷坯料
以长石作助熔剂的“长石-高岭土-石英”三组分系统瓷。

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℃。

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。

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。

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
SiO2 65%~75%，
Al2O319%~25%，
R2O+RO 4%~6.5%（KNaO应不低于2.5%）。

2.各种氧化物在瓷中的作用
对SiO2、Al2O3、K2O与Na2O、碱土金属氧化物（CaO、MgO等）、着色氧化物（Fe2O3与TiO2）在瓷中的作用、含量的多少进行分析和讲解。

3.瓷中各氧化物成分之间的关系
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2。

4.长石质瓷的示性矿物组成与实际配方
(1)示性矿物组成: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。

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.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。

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。

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：
加入1%~2%的滑石，可降低瓷化温度20~30 ℃;
采用一定数量的废瓷粉，用量一般在10%以下;
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;
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
它是以绢云母为熔剂的“绢云母-石英-高岭土”系统瓷。

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。

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（R2O+RO) 4.5%~7%
其组成范围为：Al2O322%~30%
SiO2 60%~70%
2、示性矿物组成
绢云母30%~50%
石英15%~25%，
高岭土30%~50%，
其它矿物5%~10%
3、实际配方
实际的组成则主要是绢云母、石英和高岭土。

绢云母起助熔作用，长石与石英的作用与在长石质瓷中的作用相同。

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
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。

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℃。

-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。

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
粗陶器石灰质精陶
陶器普通陶器日用精陶长石质精陶
细陶器——精陶混合质细陶器
建筑精陶
（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
长石质精陶，坯料配方属粘土-石英-长石三元组分体系。

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。

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 ℃。

三、其它陶瓷器坯料
（一）硅灰石质陶瓷
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。

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。

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
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。

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
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，我国叶腊石的储量超过了日本，主要分布于东南沿海一带。

陶瓷行业近年来相继大量采用叶腊石作为原料来制造陶瓷器。

（四）透辉石质陶瓷
用透辉石原料代替陶瓷坯料中长石等熔剂原料所制得的陶瓷制品称为透辉石质陶瓷。

利用透辉石代替长石原料加在普通坯料中，制造釉面砖，其加入量在30%，可使其素烧和釉烧温度降低120~150℃，达到既低温快烧、节约能源，又延长窑炉使用寿命，降低成本，提高经济效益的目的。

利用透辉石原料制得的陶瓷制品在吸水率、抗折强度、热稳定性等性能上均能达到要求的部颁标准。

透辉石原料一般含铁杂质较多，所以烧后坯体白度较差，呈淡黄颜色，但使用遮盖能力较强的乳浊釉，仍能生产出高白度的产品，并使其釉面平整光滑。

（五）高石英质瓷
一般的长石质细瓷中，石英的含量为25%~30%，而高于30%的则称之为高石英瓷。

以前的高石英瓷的主要是耐热震性能差，易出现炸瓷现象，不能进行工业化生产，只能用于生产陶瓷美术品。

近十几年来，陶瓷研究者通过研究发现增加中颗粒石英的含量，减少熔剂的含量，发生适当程度的方石英转化，能很大程度地提高瓷胎的力学强度和瓷器的耐热震性。

小结
课后习题
项目二陶瓷配方及配方设计
二、教学要求
（1）掌握握常见的坯料组成表示方法和含义
（2）理解配料的依据及遵循的原则
二、教学重难点
实验式、化学组成表示法的特点及优点
三、教学方法：
结合生产实际情况，通过案例分析进行讲解，讲练结合。

四、教学时数：2学时
五、教学内容
第二节坯料组成的表示方法
掌握常见的坯料组成表示方法和含义，是分析配方计算的基础
实验式表示法：以各种氧化物的摩尔比来表示
四种配料量表示法：以坯料中各氧化物之间的组成的质量分数来表示配方组成的方法化学组成表示法：坯料配方组成以理论的粘土、石英、长石等矿物来表示的方法
示性矿物组成表示法：用原料的质量百分数（或质量）来表示配方组成的方法1、实验式表示法
陶瓷工业常用的氧化物，从性质上可分为三类：碱性的、中性或两性的、酸性的。

实验式中各氧化物的排列顺序如下：
aR2O
•cR2O3 •dRO2
bRO
碱性中性酸性
习惯上，对陶瓷坯料的实验式，往往取中性氧化物的摩尔数之总和为1。

例如，我国清代康熙瓷的实验式：
0.860K2O
0.120Na2O 0.978Al2O3 4.150SiO2
0. 082CaO 0.022Fe2O3
0.030MgO
在釉料的实验式中，往往取碱性氧化物的摩尔数的总和为1。

例如，康熙年间中胎斗彩盘的青花釉的实验式为：
0.548CaO
0.116MgO 0.664Al2O30.4879SiO2
0.151Na2O 0.034Fe2O3
0.185K2O
优点：化学实验式表示法反映了各氧化物之间的相互关系，使各类氧化物的组成一目了然，便于识别。

此外，还能估计出有害杂质与降低熔融温度的成分对坯体的影响，还能表明其高温化学性能。

2、化学组成表示法：氧化物质量分数表示法。

列出化学组成中对坯体性能起主导作用的SiO2和Al2O3的含量，有害杂质Fe2O3、TiO2的含量，能降低烧成温度的熔剂如K2O、Na2O、CaO、MgO的含量以及灼减量的含量。

例如：
优点：是能较准确地表示出坯料的化学组成，同时能根据其含量多少估计出这个配方的烧成温度的高低、收缩大小、产品色泽以及其它性能的大致情况。

例如坯料中的SiO2和Al2O3含量多，说明坯体的烧成温度较高，坯体难以烧结和玻化；若坯体中K2O和Na2O的含量多，则坯体易烧结，烧成温度较低；如坯料中Fe2O3和TiO2 多，则表示其着色氧化物成分多，产品的白度必然下降等等。

3、示性矿物组成表示法：矿物组成法
普通陶瓷生产中，把使用的各种原料所含的同类矿物合并在一起，用粘土、石英、长石三种矿物的质量百分比计算出来。

理论配方
但这些矿物的种类很多，性质上也有差异，因此只能粗略地反映一些情况。

如：一般硬质瓷含纯黏土物质40%~60%，长石20%~30%，石英20%~30%。

一般软质瓷含纯黏土物质20%~40%，长石30%~60%，石英20%~40%。

4、配料量表示法
这是最常见的表示方法，列出了每种原料的质量分数。

例如，某厂坯料配料量：石英29%，长石21%，大同砂石32%，界牌土15%，滑石3%。

由于这种方法简单，易于称量配料，所以工厂中的配料单中常常使用这种表示方法。

通常把配料量表示法表示的配方称为实用配方。

缺点：它只适用于本地工厂，对其它产区的参考意义不太大。

第三节配料的依据
陶瓷产品的原料选定之后，确定各种原料在坯料和釉料中使用的数量是一项关键性的工作，因为它们直接影响到陶瓷产品的品质及其工艺制度的确定。

在进行配方计算和配方试验之前，必须对所使用的原料化学组成、矿物组成、物理性质以及工艺性能进行全面了解，同时对产品的质量要求和性能要求也要全面了解，才能做出科学配方，保证配方最大限度地获得预期效果。

一、遵循的原则：
1、产品的物理化学性质以及使用性能要求是考虑坯料、釉料组成的主要依据。

2、在拟定配方时可采用一些工厂或研究单位积累的经验和数据，这样可节省时间，有助于提高效率。

3、了解各种原料对产品性质的影响是配料的基础。

4、配方应满足生产工艺的要求。

5、采用的原料希望来源丰富、性能稳定、运输方便、价格低廉，还应强调就地取材、量材使用、物尽其用。

二、坯料配方的试验步骤
1、分析问题，掌握第一手资料
2、初步选择原料进行配方
3、试验
4、确定正式生产配方
项目二陶瓷配方及配方设计
第四节配料计算
三、教学要求
（1）掌握坯料组成表示法之间相互换算的原理
（2）理解掌握不同组成表示法换算的步骤
二、教学重点与难点
【教学重点、难点】坯料组成表示法之间相互换算的原理
三、教学方法：例题讲解，讲练结合。

四、教学时数6学时
五、教学内容
不同的表示方法可相互换算，见图。

一、从化学组成计算实验式
计算步骤：
1、化学组成含灼减成分时，换算为不含灼减的化学组成。

2、计算各氧化物的摩尔数。

3、计算各氧化物的摩尔数值。

4、将各氧化物的摩尔数值按RO·R2O3·RO2的顺序排列为实验式。

例1：瓷坯的化学组成为
组成SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 灼减总计100% 63.37 24.87 0.81 1.15 0.32 2.05 1.89 5.54 1、将该瓷坯的化学组成换算为不含灼减的化学组成百分数
如：SiO2：63.37/(100-5.54)=67.09；Al2O3 ：24.87/(100-5.54)=26.33
组成SiO2 AL2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O
总计100% 67.09 26.33 0.8575 1.217 0.3388 2.170 2.001
2、将各氧化物百分数除以各氧化物的摩尔质量，得到各氧化物的摩尔数。

SiO2：67.09/60.06=1.116；Al2O3 ：26.33/101.94=0.2583
摩尔数SiO2 AL2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O mol 1.116 0.2583 0.0054 0.0217 0.0084 0.0230 0.0323
3、将中性氧化物的摩尔总数算出：
为：0.2583+0.0054 = 0.2637
4、用0.2637分别除各氧化物的摩尔数，得到一套以R2O3系数为1的各个氧化物的系数：
SiO2： 1.116/ 0.2637 =4.232； Al2O3 ：0.2583/ 0.2637 =0.9795
氧化物 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 系数 4.232 0.9795 0.0205 0.0823 0.0319 0.0872 0.1224 5、将所得的氧化物的系数按规定的顺序排列，得实验式。

0.0872 K2O
0.1224 Na2O 0.9795 Al2O3 4.232 SiO2
0.0823 CaO 0.0205 Fe2O3
0.0319 MgO
二、由实验式计算化学组成
步骤：
1、实验式中各氧化物的摩尔数分别乘以各该氧化物的摩尔质量，得到氧化物的质量。

2、计算各氧化物的质量之和。

3、分别用各氧化物的质量除以各氧化物质量之和，得到各氧化物所占质量的百分数。

例2：瓷胎实验式为
0.088 CaO
0.010 MgO 0.928 Al2O3 4.033SiO2
0.077 Na2O 0.018 Fe2O3
0.120 K2O
解：1、计算各氧化物的质量及总和
如：SiO2：4.033×60.06= 242.4
氧化物 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 总计 质量 242.4 100.1 2.875 4.937 0.403 11.3 4.747 366.8 2、计算各氧化物所占的质量百分数即为各氧化物的化学组成 如：SiO2： 242.4/366.8=66.09%
组成 SiO2 AL2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 总和 % 66.09 27.29 0.78 1.364 0.1099 3.081 1.301 100.00
三、 由配料量计算实验式： 步骤:
1、知道所用的各种原料的化学组成，并换算为不含灼减的化学百分组成。

2、将每种原料的配料量（质量）乘以各氧化物的百分数，即得各种氧化物的质量。

3、将各种原料中共同氧化物加在一起，得到坯料中各氧化物的总质量。

4、用各氧化物的质量除以各氧化物的摩尔质量，得到各氧化物的摩尔数。

5、各氧化物的摩尔数除以中性氧化物的摩尔总数，得到一系列以中性氧化物系数为1的一套各氧化物的摩尔系数
6、按规定的顺序排列各种氧化物，得到所要求的实验式。

例3：坯料配料量为：
石英13% 长石22% 宽城土65% 滑石1% 求此坯料的实验式。

各种原料的化学组分如下表所示： 解：1、将原料的化学组成换算为不含灼减的化学组成
如：SiO2：65.62/(100.18-0.41)=65.77； Al2O3 ：19.42/(100.18-0.41=19.46 2、计算各种原料中每种氧化物的质量，并求每种氧化物的总质量，列表。

氧化物 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 灼减 合计 长 石 石 英 宽城土 滑 石
65.62 98.54 58.43 60.44
19.42 0.72 30.00 1.19
0.71 0.27 0.31 0.14
0.20 0.37 0.47 3.10
---- 0.25 0.42 29.02
8.97 ---- 0.48 ----
4.87 ---- 0.12 ----
0.41 ---- 9.64 5.32
100.18 100.15 99.98 99.21
长石 14.47 4.28 0.16 0.04 1.98 1.07
石英 12.81 0.094 0.035 0.048 0.033
宽城土 42.09 21.61 0.22 0.34 0.31 0.34 0.085
滑石 0.64 0.013 0.0015 0.033 0.31
总和 70.01 25.997 0.4165 0.461 0.653 2.32 1.155
3、各种氧化物的质量除以该氧化物的摩尔质量，得到每种氧化物的摩尔数
氧化物 SiO2 AL2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O
摩尔数 1.1649 0.2551 0.0026 0.0082 0.0162 0.0246 0.0186
4、计算出中性氧化物的摩尔数总和：
0.2551+0.0026= 0.2577
5、用各种氧化物的摩尔数除以0.2577，得到各氧化物的摩尔系数
氧化物 SiO2 AL2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O
系数 4.5204 0.9899 0.0101 0.0318 0.0629 0.0955 0.0722
6、将各氧化物按规定的顺序排列，得到坯料的实验式
0.0955 K2O
0.0722 Na2O 0.9899 Al2O3 4.5204 SiO2
0.0318 CaO 0.0101 Fe2O3
0.0629 MgO
4 由化学组成计算配料量
步骤:
（1）将原料的化学组成换算成不含烧失量的化学组成
（2）列表用化学组成满足法进行配料计算
（3）将计算所得到的配料质量分数，按原料组成中本来含有烧失量在内的原料配料质量分
数
化学
组成
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O+Na2O I.L
耐热瓷坯68.51 21.20 2.75 0.82 4.35 1.68
0.18
膨润土72.32 14.11 0.78 2.10 3.13 2.70 4.65
粘土 58.48 28.40 0.80 0.33 0.51 0.31 11.16 镁质粘土 66.91
2.84
0.83
22.36
1.20
6.35
长石 63.26 21.19 0.58 0.13 0.13 14.41 石英 99.45 0.24 0.31 氧化铁 9.30 碳酸钙
56.00
44.00
5 由实验式计算配料量：（已知原料化学成）
步骤：1、将原料的化学组成计算成为示性矿物组成所要求的形式，即计算出各种原料的矿物组成
2、将坯料的实验式计算成为粘土、长石、石英矿物的百分组成(示性矿物组成）注：在
化学组成 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O+Na2O 耐热瓷坯 68.51 21.20 2.75 0.82 4.35 1.86 膨润土4％ 3.03 0.59 0.03 0.09 0.13 0.11 余量镁质粘土 4.22/23.8％=17.75 65.48 12.70
20.61 0.54
2.72 0.16
0.73
4.22 4.22
1.75 0.23
余量长石 1.52/14.41% 52.78 6.67 20.07 2.24 2.56 0.06 0.73 0.01
1.52 1.52
余量石英 9.41/99.45%=9.48 9.41 9.41
2.00 0.03 0.51 0.51
0 0
余量氧化铁 1.97/93% 0 0
1.97 1.97
0.51 0
计算中将实验式中的CaO 、 MgO、K2O、Na2O都粗略的按K2O计算，坯式为：aRK2O·b Al2O3·c SiO2。

3、用满足法计算坯料的配料量。

分别以粘土和长石满足实验式所需的各种矿物原料，最后用石英来满足实验式中石英矿物所需的数量。

例5：已知所用原料的化学组成：
试用四种原料计算出示性矿物组成为粘土矿物3.08%，长石矿物为28.62%，石英矿物为8.3%的坯体的实际配料量。

解：1、首先按例4的方法将原料的化学组成换算为各种原料
的矿物组成，结果如下：
原料的矿物组成
粘土矿物长石矿物石英矿物
高岭土 96.78 1.96 1.26
粘土 89.72 7.66 2.62
长石 100
石英 4.4 9.56
计算配料量
（1）确定粘土用量
用粘土矿物满足所需的粘土矿物。

粘土矿物有两种原料，先据原料的工艺性能确定高岭土和粘土的用量设各50%。

高岭土用量：（50% ×63.08）/96.78%=32.59%
粘土用量：（50% ×63.08）/89.72% =35.15
（2）各粘土同时引入其它成分
石英长石
高岭土 0.41% 0.64%
粘土 0.92% 2.69%
总计 1.33% 3.33%
（3）确定石英用量
所需石英由石英和粘土共同提供。

所以，需石英量为：(8.3%— 1.33%) /95.6%=7.29% （4 ）石英引入其它成分引入长石：7.290.044=0.32%
课后习题。