陶瓷坯体组成的确定

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第二章 坯体组成的确定
本章的内容: 1.掌握坯料组成的表示方法;
2.了解各种瓷质、精陶坯料的组成;
3.配料的依据;
4.掌握配料计算的基本思路。
第一节 坯料组成的表示方法
一、原料重量百分比表示法(配料比表示法)
二、矿物组成表示法
三、化学组成表示法
四、实验式表示法
一、配料比表示法
属最常见方法,直接列出每种原料的百分比。
示性矿物组成:指在能够成瓷的前提下,理论上的长石、 石英、高岭土的配合比例。
长石 20~30% 粘土 40~50% 石英 25~35%
实际配方:
① 粘土:应用高岭土或烧后呈白色的粘土,为提高成
型性能,也可采用一定量的高可塑性粘土。如:用膨润
土时,用量不超过5%。
② 在不需提高可塑性,但需增加Al2O3的量,可将部
(氧化焰烧成时)可减少Fe、Ti的着色,形成视觉上的
白。用量5/10000。
⑧ 加少量的着色剂,得到不同的着色泥坯。
种类
长 石 质 瓷




以长石作助熔剂的“长石-石英- 瓷质洁白,薄层呈半透明,断面 高岭土”三元系统瓷。 呈贝壳状,不透气,吸水率很低, 瓷质坚硬,机械强度高,化学稳 K2O-Al2O3-SiO2 定性好。 以绢云母为助熔剂的“绢云母
方法: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。
例某日用瓷坯(%):
SiO2 66.88 Al2O3 21.63 Fe2O3 0.47 CaO 0.61 MgO 0.37 K2O Na2O 2.94 1.60 IL 5.47
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优点:利用这些数据可以初步判断坯、釉的一些基本性质;用原 料的化学组成可以计算出符合既定组成的配方。 缺点: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比较复杂。因此此方法有局限性 。
(1) Si02
一部分Si02与A1203在高温时生成莫来石晶体,莫来石晶 体与残余石英一起形成瓷坯的骨架;一部分Si02则与碱性金属 氧化物在高温下生成玻璃相,使制品具有半透明性。
Si02 是瓷的主要组成,含量很高,它直接影响陶瓷的强度
和其他性能。但含量不能过高,如果超过75%,陶瓷制品烧后
的热稳定性变环,易出现炸裂现象。
骨灰20~60%、高岭土 SiO 2 3~4 Al 2 O 3 1 CaO 玻璃相(40%左右)
25~45%、石英9~20%、1.8~3 P2O5 0.6~1 钙长石、方石英、 β-Ca3(PO4)2 、莫来 石
骨灰瓷
长石8~22% 素烧850~900 ℃ 釉烧1200~1280℃
各氧化物在瓷坯中的作用
质瓷
绢云母 瓷质
烧成温度 1250~1350℃ R2O+RO 4.5~7%
滑 石 7 0 ~ 7 5 % 、 粘 土 SiO2 66.10% Al2O3 7.00% 原顽辉石、方石英、 玻璃相
滑石瓷
12~18%、长石6~10% MgO 23.91% CaO 1.08% 烧成温度 1300~1400℃ K2O+ Na2O 1.66% Fe2O3+TiO2 0.26
某刚玉瓷配方:
工业氧化铝:95.0% 苏州高岭土:2.0% 海城滑石: 3.0% 优点:具体反映原料的名称和数量,便于直接进行生产和试验。
缺点:各工厂所用及各地所产原料成分和性质不相同;或即使是
同种原料,只要成分不同,配料比例也须作相应变更;无法进行 相互比较和直接引用。
二、矿物组成(示性组成)表示法
第二节 坯料的主要类型
瓷器:坯体充分烧结,吸水率低,制品可有釉或无釉。如:日用 瓷、卫生洁具、玻化砖
炻器:烧结程度较瓷质坯体差,吸水率较高,除部分无釉制品外, 大部分制品表面施一层颜色釉或乳浊釉。炻器在中国古籍上称“石 胎瓷”,坯体致密,已完全烧结(sintering),这一点已很接近瓷器。 但它还没有玻化(Vitrification),仍有2%以下的吸水率,坯体不透 明,有白色的,而多数允许在烧后呈现颜色,所以对原料纯度的要 求不及瓷器那样高,原料取给容易。如:卫生洁具 陶器:多孔坯体,烧成收缩小,容易保证制品形状正确、尺寸准 确。坯体吸水率高,易于施工时水泥砂浆铺贴,制品表面施低温陶 釉以保证不吸水和易清洁。如:釉面砖、日用精陶
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。 依据:同类型的矿物在坏料中所起的主要作用基本上是相同的。 优点:用此法进行配料计算时比较方便。 缺点:矿物种类很多,性质有所差异。它们在坯料中的作用也有差 别。因此用此方法只能粗略的反映一些情况。
三、化学组成表示法
(2) A1203
瓷中的A1203也是瓷坯的主要组成,主要由长石和高岭土引
入。 —部分存在于莫来石晶体中,另一部分溶解在熔体中以玻
璃相的形式存在。 A1203的含量增加,可以提高陶瓷制品的物理化
学性能和机械强度,提高白度和烧成温度。但它的含量过高.则
会导致制品不易烧熟;含量过低,则又易使制品趋于变形或软塌。
(4) 碱土金属氧化物(CaO、MgO等)
—般情况下在瓷中的碱土金属氧化物含量较少,而且不是 特别引入的。然而它们与碱金属氧化物共同起着助熔作用。引入 一定量的CaO、MgO可以相应地提高瓷的热稳定性和机械强度, 提高白度和透光度.改进瓷的色调,减弱铁、钛的不良影响。
(5) 着色氧化物(Fe2O3、TiO2)
绢云母
质 瓷
-石英-高岭土”系统瓷。
K2O-Al2O3-SiO2
具有长石质瓷特点,且透明度更 高,有“白里泛青”的传统特点。
骨灰瓷
以磷酸钙为助熔剂的“磷酸盐
白度高,透明度好,瓷质软,光 - 高 岭 土 - 石 英 - 长 石 ” 系 统 瓷 。 泽柔和,但瓷质较脆,热稳定性 Ca3(PO4)2-SiO2- CaO · 2O3· Al 2SiO2 差。 以滑石为助熔剂的“滑石- 高岭 外观呈乳白色、透明度较高、高 土 的机械强度及热稳定性,白度好 ﹑色调柔和。 - 石英- 长石”系统瓷。 MgO-Al O -SiO
叶蜡石质
硅灰石质 透辉石质
30~50%
25~45% 40~70%
热膨胀系数小、热稳定性好、吸湿 膨胀小、机械强度高、色调纯、可 快烧 热膨胀系数小、吸湿膨胀小、机械 强度高、可快烧、烧成范围较窄 烧成温度低、适宜低温快烧、但含 铁多,烧后呈淡黄色
二、瓷器坯体的组成
国际上习惯将粘土质瓷器分为硬瓷与软瓷两类。
中性氧化物(R2O3)主要有:Al2O3、Fe2O3、B2O3等
酸性氧化物(RO2)主要有:SiO2、TiO2、ZrO2、P2O5等
五、分子式表示法
电子工业用的陶瓷常用, 如最简单锆-钛-铅固溶体的分子式:
Pb(ZrXTi1-x)O3
表示——PbTiO3中的Ti有x%被Zr取代
陶瓷中常掺和一些改性物质。它们的数量用重量百分数或分子百分数表示。 如:
硬瓷:(0.18~0.30)RO•1Al2O3• (3.5~4.8)SiO2,烧成温 度高(1320℃以上),烧后瓷胎中莫来石含量高,硬度高 软瓷:(0.3~0.45)RO•1Al2O3• (4.8~6)SiO2,熔剂数 量多,成瓷温度低(1250~1350℃),烧后瓷中玻璃相含 量多,透光度好。
我国生产的日用瓷按熔剂的种类 分为下列4种类型:
(一)长石质瓷
以长石作助熔剂的“长石—石英—高岭土”三组分系统瓷 原料:长石20~30%、石英25~35%、粘土40~50% 化学组成: SiO2 65~75% Al2O3 19~25%
R2O+RO 4~6.5%(其中KNaO≮2.5)
烧成温度:1350℃
显微组成:玻璃相 50~60% 、莫来石10~20% 、残余石英8~12、 半安定方石英6~10% 特点:瓷质洁白,薄层呈半透明,断面呈贝壳状,不透气,吸水率 很低,瓷质坚硬,机械强度高,化学稳定性好。
﹡四、实验式表示法 按照碱性氧化物、中性氧化物和酸性氧化物的顺序列
出它们的摩尔数来表示坯料或釉料的组成。
坯式通常以中性氧化物R2O3为基准,令其摩尔数为1,
釉式通常以碱性氧化物R2O和RO的摩尔数之和为基准, 令其为1 。
碱性氧化物(R2O、RO)主要有:K2O、Na2O 、Li2O、
CaO、MgO、BaO、ZnO、PbO、SrO等
镁质瓷
坯料类型
原 料
化学组成
瓷胎显微结构 玻璃相 50~60% 莫来石10~20% 残余石英8~12 方石英6~10% 同上
长石
长 石 2 0 ~ 3 0 % 、 石 英 SiO2 65~75% 25~35%粘土40~50% Al2O3 19~25% 烧成温度 1250~1350℃ R2O+RO 4~6.5% (其中 KNaO≮2.5) 瓷石70~30%、 高岭土30~70% SiO2 60~70% Al2O3 22~30%
(3) K20和Na20
K20和Na20主要由长石引入,它们是成瓷的主要成分,起助
熔剂作用,存在于玻璃相中提高透明度。一般K20、 Na20的含量
在5%左右。若含量过高则会急剧地降低瓷的烧成温度与热稳定
性。经研究发现,K20、Na20的作用有差异。在化学稳定性、弹 性、热稳定性方面,K20的性能比较好,制品的烧成范围也比较 宽,得到的瓷质音韵洪亮、铿锵有声,特别在南方瓷区,这一特 性尤其明显。
它们的含量在瓷中一般比较少,但它们对产品呈色的有害影
响却特别大,可使瓷染上色调不好的色泽,影响其外观质量。值
得注意的是一般要求白瓷坯料组成中的Fe2O3含量在1%以下, 否则会使制品呈黄褐色或暗灰色(依烧成气氛而异),还可能出现 黑点或熔洞。而TiO2的含量控制在0.2%以下,否则将使制品发 黄或阴暗。特别是当TiO2 与Fe2O3同时存在时,将会严重影响制
分粘土煅烧为熟料。用量一般小于10%。
③ 长石:长石中钠长石<30%,钾钠比>3。
④ 石英:用量不超过25~35%。
其它成分:
⑤ 加入1~2%的滑石,引入MgO,扩大烧结范围。
⑥ 加入废瓷粉,不超过10%。
⑦ 铁、钛含量过高,加入少量磷酸盐,可适当降低坯
体的烧成温度,提高瓷体的白度。或加入微量的CoO
其中Al2O3/SiO2 =1:5左右, Al2O3不低于2mol
各氧化物成分之间关系
(R20十RO)· (1.9~4.5)Al2O3· (12~20)SiO2 (R20十RO)· (4~6)Al2O3· (20.5~27.5)SiO2
1300℃ 1400℃
其中Al2O3/SiO2 =1:5左右, Al2O3不低于2mol
一、精陶坯体的组成
日用精陶
如餐具、茶具、酒具等。粘土为主、长石作熔剂体系,即长石质 和长石—石灰质。 按化学组成分为两类:Al2O3含量在25~30%的坯料属高铝系统, SiO2一般低于65%,其特点:烧成范围较宽、热膨胀系数较低、吸 湿膨胀值不大,坯釉中间层偏薄、但坯釉结合仍牢固。 Al2O3含量 低于23%, SiO2高于65%,属于高硅系统,烧成范围较窄、热膨胀 系数较大、坯釉中间层较厚。
Pb0.920Mg0.040 Sr0.025Ba0.015· (Zr0.53Ti0.47)O3+0.5wt%CeO2+0.225wt%MnO2
表示——Pb(Zr0.53 Ti0.47)O3中的Pb有4%分子被Mg取代,2.5%分子被
Sr取代,1.5%被Ba取代;PbTiO3中的Ti有53%分子被Zr取代。CeO和MnO2 为外加改性物质。
坯式:R2O+RO · (5.5~8)Al2O3· (26~35)SiO2
配方:粘土50~60%,石英30~45%,长石6~12%,或再外加 2~4%的滑石或石灰石。
建筑精陶
长石质
石灰石质 混合质 粘土45~60%、石英25~40%、 机械强度较高、烧成范围较宽、但 长石8~15% 烧成收缩较大、吸湿膨胀稍大、烧 成温度较高(1200~1250℃) 粘土45~60%、石英25~40%、 烧成范围较窄,以白云石或滑石代 石灰石10~15% 替部分石灰石,可扩大烧成范围 粘土45~60%、石英25~40%、烧 成 范 围 增 宽 、 烧 成 温 度 降 低 长石3~5%、石灰石5~7% (1200℃以下)
成瓷基础:K2O-Al2O3-SiO2三元系统相图
化学组成:
SiO2 65~75% Al2O3 19~25%
R2O+RO 4~6.5%(其中KNaO≮2.5)
(R20十RO)· (1.9~4.5)Al2O3· (12~20)SiO2 (R20十RO)· (4~6)Al2O3· (20.5~27.5)SiO2 1300℃ 1400℃
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