第二章 坯料及配料 陶瓷工艺学课件

66.0
剩余量 长石原料配料量
长石含量
0
25.14÷96.33=26.10%
剩余量
石英原料配料量4.30%
剩余量
长石矿物
26.30
1.16 25.14
25.14 0
石英矿物
7.7
2.44 5.26
0.96 4.30 4.30
0
该坯料的配料量为： 高岭土 69.60%；长石 26.10%； 石英 4.30%
粘土矿物：0.370258.2=95.53
石英矿物: 0.0596 0.1 =3.54
∑=100.74
其百分组成为： 长石矿物：1.67／100.74100%＝1.66% 粘土矿物：95.53／100.74100%=94.83% 石英矿物：3.54／100.74100%=3.51%
用相同的方法计算可得到 长石原料中含：长石矿物 96.33% 石英矿物 3.67% 石英原料中含：石英矿物 99.40%
64.15 24.33 0.71 0.39 7.49 1.84 0.88 0.22
-
100
优缺点：
可以根据坯料中化学成分的多少来推断或比较坯体的某些性 能，再用原料的化学组成可以计算出符合既定组成的配方。
由于原料和产品中这些氧化物不是单独和孤立存在的，它们 之间的关系和反应情况又比较复杂，因此这种方法也有其局限性， 难以反映其工艺性能。
（一）由实验式计算配料量 由坯料的实验式计算其配料量时，首先必须知道所用的原料的 化学组成。
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、长石及石英矿物的成分 组成。在计算中，要把坯料实验式中的K2O、Na2O、CaO、MgO都粗 略地归并为K2O，则坯料的实验式可写成如下表式：
三 矿物组成（又称示性组成）表示
普通陶瓷坯体一般是由粘土、石英及熔剂类矿物原料组成。 把天然原料中所含的同类矿物含量合并在一起用粘土，石英，长 石三种矿物的重量百分比表示坯体的组成，这样的表示方法叫示 性矿物表示法。
这种方法的依据是同类型的矿物在坯料中所起的主要作用基 本上相同。
如：粘土类矿物 51%，石英 28%，熔剂类矿物 21%。 优缺点：
结合成为钾长石、钠长石和钙长石。 2) 将化学组成中的A12O3总量减去形成长石所需A12O3的量，
剩余的A12O3，可认为形成粘土矿物(以高岭石为代表进行计算)。 3) 比 较 剩 余 的A12O3 和 SiO2含 量 ， 如 A12O3 较 多 ，则 过 多 的
A12O3可当作水铝石A12O3·H2O来计算。
化学成分 项目
高岭土成分
用摩尔质量除，得到摩尔数 高岭土中含长石矿物0.003mol
剩余量 高岭土中含粘土矿物0.370mol
剩余量 高岭土中含石英矿物0.059mol
剩余量
SiO2
49.04
0.817 0.018
/60.1
0.799 0.74
0.059 0.059
0
A12O3
38.05 /102
9) 若Na2O含量比K2O少得多，则可以把二者的含量计算为钾长 石。
长石类原料(包括伟晶花岗岩)及石英类原料均可用上述步骤计
算其矿物组成。
（例1）某厂坯料的实验式如下， 使用原料的化学组成如表所示：
00..0073812K NO 2Oa1.0A2Ol 3 0.047CaO
3.05Si2O
化学组成 原料名称
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。
碱
K2O Na2O Li2O CaO MgO BaO
性
ZnO FeO MnO PbO CdO BeO SrO
中性
Al2O3 Fe2O3 Sb2O3 Cr2O3 B2O3
酸性
SiO2 TiO2 ZrO2 SnO2 MnO2 P2O5
（2）根据瓷坯的熔剂量来决定长石含量。 瓷坯中K2O范围为4～4.5%，由粘土引入者仅为0.41%，尚缺
3.6～4%，此量应由长石提供。从而由长石原料中K2O%即可算出长 石的需用量。最后扣除粘土和长石引入的SiO2，坯中未能满足的 SiO2量，用石英原料补充。
拟配坯料
或试验。 但因为各地区、各工厂所产原料的成分和性质不会相同，
因此无法互相对照比较或直接引用。 即使是同种原料，若成分波动，则配料比例也必须作相应
的变更。
二 化学组成表示 根据化学全分析的结果，用各种氧化物及灼烧减量的重量
百分比反映坯和釉料的成分。
SiO2 A12O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O IL 总计
坯式通常以中性氧化物R2O3为基准，令其摩尔数为1
也可以R2O及RO的摩尔数之和为基准，令其为1 m >1
这种表示方法便于坯和釉料进行比较以判断二者的结合性能。 在釉料中碱金属及碱土金属氧化物起熔剂作用，所以釉式中常 以它们的分子数之和为1，写成的釉式为：
u <1
(3)式和(2)式是相似的。可根据Al2O3和SiO2前面的系数值来 区别它们是坯式或釉式。
一般说来，用(2)式的形式表示的坯式，Al2O3和SiO2的分子数 较多，而釉式中Al2O3和SiO2的分子数都很少。
如硬瓷的坯式为：1(R2O+RO)·(3-5)Al2O3·(15-21)SiO2； 硬瓷的釉式为：1(R2O+RO)·(0.5-1.2)Al2O3·(6.0-
12.0)SiO2 软瓷的坯式为：l(R2O+RO)·(0.1-0.4) Al2O3·(2.0-4.0)
典型的陶瓷坯釉料化学组成
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O ZnO 灼减 日用瓷坯料 66.6 21.6 0.47 0.61 0.37 2.94 1.62 -- 5.47 日用瓷釉料 70.1 12.5 0.31 2.72 1.53 5.85 2.52 1.44 2.95
（1）将各种原料的化学组成换算成示性矿物组成
为简化计算过程可将原料中的K2O、Na2O、CaO、MgO均作为熔 剂部分，即作为长石来计算。
例如高岭土原料可简化为：
SiO2 49.04
Al2O3 38.05
K2O 0.28
再进行换算（见下表）：
高岭土原料中含各种矿物组成为：
长石矿物：0.003556.8=1.67
∑= 330.34
其百分组成为：
长石矿物：86.86／330.34100%=26.3% 粘土矿物：217.92／330.34100%=66.0% 石英矿物：25.56／330.34100%=7.7%
（3）用满足法计算配料量
粘土矿物
坯料组成（%）
66.0
高岭土配料量
粘土含量
66÷94.83=69.60%
aR2O·bAl2O3·cSiO2 3、用满足法来计算坯料的配料量，分别以粘土原料和长石 原料满足实验式中所需要的各种矿物的数量，最后再用石英原料 来满足实验式中石英矿物所需要的数量。
示性矿物组成的计算 根据原料和坯料的化学组成粗略计算它们的主要矿物组成称
为示性矿物组成的计算。 通常将原料中的碱性氧化物计算为长石类矿物，计算步骤： 1) 化学组成中的K2O、Na2O、CaO各和一定数量的A12O3和SiO2
37.60 0.3l 0.19 0.06
--
27.00 2.00 1.60 1.70 4.12
18.61 --
--
--
0.16 --
-- 13.68
--
--
Na2O 0.03
IL 14.06
0.10 8.82
2.53
--
--
--
计算此坯料的配料量：
（1）首先根据选用的粘土原料的性能特点和历年的实践经验，初 步拟出各粘土的用量。
它有助于了解坯料的一些工艺性能，如烧成性能等，用矿物 组成进行配料计算时较为简便。但由于这些矿物种类很多，性质 有所差异，它们在坯体中的作用也还是有差别的，因此这种方法 只能粗略地反映一些情况。
四 实验公式（赛格式）表示 根据坯和釉的化学组成计算出各氧化物的分子数，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摩尔数。这 种式子称为坯式或釉式。
剩余量 含0.426mol的石英矿物
0.156 R2O 0.156 0
1.0 Al2O3
0.156
0.844 0.844
0
3.05 SiO2
0.936
2.114 1. 688 0.426 0.426
坯料中含各种矿物组成为：
长石矿物：0.156556.8 = 86.86 粘土矿物：0.844258.2 = 217.92 石英矿物：0.42660.1 = 25.56
苏州土是高岭土，它保证瓷件有良好的微观结构，因而定为主 要粘土原料。但是可塑性差，干燥收缩大，因此用量不宜过多，暂 定为28%。祖堂山泥属蒙脱石-水云母类粘土，塑性强，但却含有2% 左右的Fe2O3，因而只能作为辅助粘土，拟用10%。这样既保证了成 型性能，又是坯料中Al2O3的主要来源。结合它们的化学组成，计算 出由各粘土引入坯料的各类氧化物的数量和未被满足的各氧化物的 数量。
SiO2·(0.0-0.5)B2O3。
五 分子式表示 电子工业用的陶瓷常用分子式表示： Pb(ZrxTi1-x)O3
有时也加入改性物质，可以外加。 Pb0.920Mg0.040Sr0.025Ba0.015(Zr0.53Ti0.47)O3+0.500重量%CeO2 +0.225%重量MnO2
第二节 配料的依据和步骤
4) 若判断确有碳酸根存在，则MgO可计算为菱镁矿MgCO3，CaO
可以计算为CaCO3。若不存在碳酸根，则MgO可认为以滑石
(3MgO·4SiO2·H2O)或蛇纹石(3MgO·4SiO2·2H2O)形式存在。
5) 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，则可把Fe2O3当作褐铁矿Fe2O3·3H2O来计算。 6) TiO2一般可以认为系由金红石提供。 7) 除去以上各种矿物中所合的SiO2含量底剩余的SiO2可作为游
离石英存在。
8) 制造细陶瓷产品所用的粘土类原料中所含的Fe2O3、TiO2、 CaO、MgO都很少，可以不考虑它们所构成的矿物的数量。
一、坯体类型 二、原料的种类及数量 三、配料计算 四、配方调整、修改
总的原则：
1.性质和使用要求； 2.满足工艺要求； 3.来源丰富、质量稳定、价格、运输成本 4.参考和借鉴其它配方
第三节、配料计算
陶瓷配料的计算方法有许多种，现仅介绍其中常用的几 种方法。
（一）由坯料实验公式计算配料量 （二）由化学组成计算配料量 （三）由分子式计算配方
第二章 坯料及配料
坯料：将陶瓷原料经过配料和加工后，得到的具有成型 性能的多组分混合物。
一、目的：
原料种类、数量，制定符合组成、工艺要求的配方
二、确定坯料配方的原则
确定陶瓷配方时应注意下列几个问题： 1．产品的物理-化学性质、使用要求是坯、釉料组成的 主要依据。
优缺点： 这种方法具体反映原料的名称和数量，便于直接进行生产
（二）由化学组成计算配料量 当陶瓷产品和原料的化学组成已知时，可根据原料性质和成
型要求，（1）参照生产经验先确定一、二种原料的用量（如粘土、 膨润土）；参见例2（P74） （2）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 时要明确每种氧化物主要由哪种原料来提供。
（例2） 某电瓷坯料的化学成分范围要求为（%）：
0.373 0.003
0.370 0.370
0Leabharlann Baidu
K2O、Na2O、 CaO、MgO
0.28 / 94.2
0.003 0.003
0
（2）计算坯料实验式中所需要的各种矿物组成的百分数 在计算过程同样把K2O、Na2O、CaO作为K2O的量来计算：
坯料实验式
含0.156mol的长石矿物
剩余量 含0.844mol的粘土矿物
nSiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO+MgO K2O Na2O IL 70～72 18～22 <0.5 <1.0 4～4.5 <1.0 <6
选用原料的种类为苏州土、祖堂山土、湖南长石和泰安石英
苏州土 祖堂山
土 长石
石英
SiO2 47.75 54.86 65.18 99.16
Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O
高岭土 长石 石英
SiO2
49.04 65.34 99.40
Al2O3
38.05 18.53 0.11
Fe2O3
0.20 0.112 0.08
TiO2
0.04 ---
CaO
0.05 0.34 --
MgO
0.01 0.08 --
K2O
0.19 14.19
--
Na2O
0.03 1.43 --
试计算该坯料的配料量