陶瓷实验

1 实验目的

（1）深刻常用陶瓷原料在陶瓷坯料中的作用；

（2）掌握坯料配方设计和实验研究方法；

（3）掌握实验技能，提高动手能力；

（4）提高分析问题和解决问题的能力；

（5）为毕业论文实验、进一步深造或从事专业技术工作奠定良好的基础。

2 实验原理和步骤

2.1实验原理

长石质瓷是目前国内外陶瓷工业所普遍采用的一种瓷质。即 K 2O-Al2O3 -SiO2 系统 ,配料因各原料不同主要为高岭石类粘土、瓷砂、瓷土等伊利石类原料 ,以及钾长石、钠长石、石英;为了降低烧成温度 ,缩短烧成周期 ,目前许多企业都引入少量含 CaO、 MgO的原料。滑石是瓷质砖性能优良的熔剂(矿化剂),在普通瓷质砖坯料中加入少量滑石 ,可以降低烧成温度 ,在较低的温度下形成液相(因为滑石

与钾长石之间存在最低共熔点)。

在烧成过程中，发生一系列物理化学变化，最后玻璃相填充气孔间隙，玻化成瓷。在这期间，坯体的线收缩率和吸水率也不断发生改变，可以通过对不同温度下两者的测定，可以确定出烧成温度范围。

2.2 实验步骤

2.2.1配料

按照料：球：水 = 1：2：1

总体配料量：原料总量为300g，球石2×300 = 600 g，水量 1×300 = 300 g；

按所设计配方:苏州土41.07g,洪江土57.54g，滑石粉5.91g，长石57.78g，生砂石48.99，石英88.71g，额外1.5g碳酸钠作减水剂。

2.2.2球磨

球磨机转速：600～800 r/min ；球磨时间：30 min；

2.2.3过筛

过筛及烘干：将球磨罐中的料球水同时过80目筛于一瓷盘中，放入烘箱（大约120℃）进行烘干4h。

2.2.4研磨及过筛

将烘干好的泥块用研钵进行研磨，注意研磨时应注意不可使物料被过多地研出研钵，以保证后续的干压成型过程中试样量。再将研磨好的物料过40目的筛子。

2.2.5喷雾造粒及过筛

将过筛之后的物料均匀地铺开，利用压力式喷雾器进行造粒，使含水量大约在6~7%，然后在进行过筛（20目）。

2.2.6干压成型

利用千斤顶的原理制成的手动式压机，在压力为20MPa下进行压制成型试验，过程大致为：将物料均匀地倒入模具内，并进行摇匀，然后将其放于液压机的压制部分进行压制，压制好了以后需对其进行脱模试验，同样的原理使得模型从模具中脱落下来，并对其进行编号，如编号为1501，表示一班五组的一号试样，并记录一个试样的长度以利于后续的收缩率计算，依次压制34根条状试样。

2.2.7吸水率和线收缩率测定

利用高温电炉进行烧制，900℃以下升温速率10℃/m i n且在900～1320℃取样测量吸水率和线收缩率，在过程中应使升温速率在3~5℃/min，且在取样点需保温5min。

2.2.8烧成温度范围的测定

根据测得的值绘制吸水率—温度曲线和线收缩率—温度曲线

2.2.9烧成样品

在烧成温度条件下烧成试样10个

制度为室温—1000℃:12℃±2/m i n

1000—1100℃:5℃±2/m i n

1100—1270℃:3℃±1/m i n

在1270℃保温30m i n

2.2.10力学性能测试

三点弯曲法测抗折强度以表征力学性能。

3 实验设备及用具

电子天平、双头快速球磨机、网筛、电热鼓风烘箱、压力式喷雾器、手动式压机、高温电阻炉、游标卡尺、SGW工程材料强度综合实验仪。

4 实验测试数据的记录及处理（图表）

表1 线收缩率、吸水率数据一览表

注：坯体的初始长度为56.50mm

表2 抗折强度测定数据一览表

注：计算式P=3FL／2bh²；其中刀口间距L=29.40mm 加载速率显示170～180

图1 吸水率-温度、线收缩率-温度曲线

5 实验结果

在1280～1300℃烧成的瓷坯，抗折强度

P=（48.09+50.47+51.13+58.92+50.31+46.22+63.17+49.49+51.16+48.09）/10=51.70M P a

6 结果与讨论

6.1粘土、长石、石英和滑石在坯料中的作用

①粘土在陶瓷坯料中的作用：

（1）赋予坯料以可塑性或结合性。保证成型性能及泥浆稳定性；

（2）赋予以一定的干燥强度，保证后续工序顺利进行；

（3）构成坯体的主体，总量一般50％左右；

（4）烧成过程中转化为莫来石等铝硅化合物，构成坯体和材料的骨架。

②长石在坯料中的作用：

（1）约1000℃长石开始熔融，液相填充于固相颗粒之间，提高坯体的致密度，冷却后转化为玻璃相与固相颗粒牢固结合，提高产品的强度、透明度等性能；

（2）溶解黏土和长石，在液相中析出晶须状莫来石晶体，提高产品的强度、热稳定性等；

（3）降低干燥收缩，提高干燥速度；

（4）降低烧成温度。

③石英在陶瓷坯料中的作用：

（1）高温下部分溶解于液相，提高液相的高温黏度，未熔石英颗粒与黏土转化物一起构成坯体骨架，防止产品变形；

（2）对产品的力学性能影响较大，合理的颗粒度能够提高强度，否则降低强度；

（3）降低干燥收缩，提高干燥速度；

（4）提高烧成温度。

④滑石在陶瓷坯料中的作用：

（1）提高瓷质砖的白度、机械强度、热稳定性;

（2）降低烧成温度 ,扩大烧成温度范围。

6.2抗折强度与配方组成的关系

在配方中，合理细度石英的量适当提高时，瓷坯抗折强度增大，长石为粘土和部分石英（Al2O3和SiO2）的溶解提供良好环境，有利于二次莫来石的析出，使抗折强度增大。另外滑石的适当添加也能提高抗折强度

6.3抗折强度与烧成温度的关系

到达烧成温度范围之前，温度越高，抗折强度越大，到达烧成温度范围的瓷化温度时气孔率最小、密度最大，此时抗折强度最大，当超过烧成温度范围，液相开始挥发，产生气孔，坯体疏松化，抗折强度开始下降。

7 感想

通过此次综合实验，我对自己的专业又有了更为深刻地认识，感觉到学过的理论知识有了用武之地。在过程中，我掌握了日用陶瓷主要原料的性能、用途，并且亲自动手参与整个制备测试过程,熟练掌握了陶瓷制品的生产工艺流程和制备技术。并且，我也学会了陶瓷制品的化学组成、显微结构和产品性能之间的相互关系，正确理解工艺因素对陶瓷制品显微结构和性能的影响。我们学会了陶瓷生产的基本实