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1、 陶瓷製品基本知識陶瓷製品基本知識 11一一. . 陶瓷陶瓷(CERAMIC)(CERAMIC)概念概念: :1.1. 陶瓷是以粘土為原料經高溫燒制而成之器物陶瓷是以粘土為原料經高溫燒制而成之器物. .它是陶器和瓷器之統稱它是陶器和瓷器之統稱. .按我司目前打按我司目前打 樣及出貨來看樣及出貨來看, ,陶器製品有白雲陶、紅土陶、半瓷陶器製品有白雲陶、紅土陶、半瓷( (也叫也叫石瓷石瓷, ,是介於陶器與瓷器之間是介於陶器與瓷器之間 的一種陶瓷的一種陶瓷) ), ,一般質地疏鬆粗糙且存在很多氣孔一般質地疏鬆粗糙且存在很多氣孔, ,所以有一定的吸水性所以有一定的吸水性; ;而瓷器則是而瓷器則是 比陶
2、器細致而堅硬比陶器細致而堅硬, ,有一定的透光性有一定的透光性. . 2.2. 陶瓷表面一般皆有釉面陶瓷表面一般皆有釉面, ,釉是以石英、長石、硼砂、粘土等為主原料釉是以石英、長石、硼砂、粘土等為主原料, ,並根據需要配並根據需要配 以著色氧化物及氯化物以著色氧化物及氯化物, ,經過鍛燒經過鍛燒, ,研磨製成研磨製成. .塗在陶瓷之表面塗在陶瓷之表面. .具有玻璃光澤具有玻璃光澤, ,可增加可增加 陶瓷的機械性能陶瓷的機械性能. .表現豐富多彩的外觀要求表現豐富多彩的外觀要求. .二二. . 陶瓷的成分和組成陶瓷的成分和組成1.1. 陶瓷的成份陶瓷的成份 (1)(1)主要形成物成份主要形成物成
3、份:3Al:3Al2 2O O3 3.2SiO.2SiO2 2、AlAl2 2O O3 3和和 SiOSiO2 2 (2)(2)助熔劑性質成份助熔劑性質成份 (3)(3)雜質雜質:TiO:TiO2 2 FeFe2 2O O3 3 FeOFeO (4)(4)性能改進劑性能改進劑:A.:A. MgOMgO、ZnOZnO、BaOBaO、CrCr2 2O O3 3- -提高物理強度和耐鹼強度提高物理強度和耐鹼強度; ;B.B. AlAl2 2O O3 3、ZrOZrO2 2- -提高機械強度和熱穩定性提高機械強度和熱穩定性C.C. 3MgO.4SiO3MgO.4SiO2 2.H.H2 2O-O-降低熱
4、膨脹系數降低熱膨脹系數D.D. SiC-SiC-提高導熱性提高導熱性 2.2. 陶瓷的組成陶瓷的組成 (1)(1)粘土粘土: :基本上是由矽酸鋁的水合物基本上是由矽酸鋁的水合物(Al(Al2 2O O3 3.2SiO.2SiO2 2.2H.2H2 2O)O)鹼土金屬鹼土金屬(CaBa)(CaBa)氧化物或化氧化物或化 合物合物, , 鹼金屬鹼金屬(NaK)(NaK)的化合物組成的化合物組成, ,有時還有些鐵的氧化物有時還有些鐵的氧化物. .其主要成份為其主要成份為 AlAl2 2O O3 3和和 SiOSiO2,2,但其熔點很高但其熔點很高, ,分別為分別為 20502050和和 1728,1
5、728,但因粘土中含有其他成但因粘土中含有其他成 份份, ,使得其在約使得其在約 900900 溫度範圍內即發生某些融合盡管同為粘土製作之器物溫度範圍內即發生某些融合盡管同為粘土製作之器物, ,因因 粘土其純度的不同使得陶器和瓷器於物理和機械性能方面存在許多的差異粘土其純度的不同使得陶器和瓷器於物理和機械性能方面存在許多的差異. . 瓷器是最純的粘土製品瓷器是最純的粘土製品, ,一般由一般由 AlAl2 2O O3 3和和 SiOSiO2,2,組成組成. .其成份範圍在其成份範圍在 SiOSiO2 2和高和高 紅柱石紅柱石(3Al(3Al2 2O O3 3.2SiO.2SiO2 2) )之間之
6、間, ,即含有大約即含有大約 20%50%20%50% AlAl2 2O O3.3.為了調整熔點為了調整熔點, ,還加入還加入 一些如鹼金屬氧化物那樣的其他物質一些如鹼金屬氧化物那樣的其他物質; ; 陶器和半瓷的純度陶器和半瓷的純度(Al(Al2 2O O3 3和和 SiOSiO2 2含量含量) ) 較低較低, ,而其他雜質的含量相對較高而其他雜質的含量相對較高, ,故其燒成溫度較低且孔洞多密度小故其燒成溫度較低且孔洞多密度小(2)(2)長石長石: :分子式為分子式為 R R2 2O.AlO.Al2 2O O3 3.6SiO.6SiO2 2, ,包括有鉀長石包括有鉀長石 K K2 2O.AlO
7、.Al2 2O O3 3.6SiO.6SiO2 2, ,鈉長石鈉長石 NaNa2 2O.AlO.Al2 2O O3 3.6SiO.6SiO2 2, ,和鈣長石和鈣長石 CaCa2 2O.AlO.Al2 2O O3 3.6SiO.6SiO2 2 (3)(3)石英石英: :分子式為分子式為 SiOSiO2 2, ,主要來自石英砂主要來自石英砂, ,高質量的石英砂中石英的含量的高質量的石英砂中石英的含量的 99.899.8 以上以上. .三三. . 陶瓷的形成過程陶瓷的形成過程1.1. 濕塑成型濕塑成型: : 粘土中的鱗片狀顆粒未經過處理前其排列是混亂的粘土中的鱗片狀顆粒未經過處理前其排列是混亂的,
8、 ,塑性差塑性差, ,必須根據粘土的類型及必須根據粘土的類型及 其顆粒的表面狀態加適量的水其顆粒的表面狀態加適量的水( (這些水將分佈於顆粒之間的間隙處和粒子表面的空洞處這些水將分佈於顆粒之間的間隙處和粒子表面的空洞處) ) 再經過機械的或人工的力的作用再經過機械的或人工的力的作用, ,使這些鱗片狀顆粒可以比較自由地彼此運動使這些鱗片狀顆粒可以比較自由地彼此運動, ,並力求彼並力求彼 此平行地排列起來此平行地排列起來, ,以達到其塑性極限並具有可塑性以達到其塑性極限並具有可塑性; ;另外另外, ,還必須加入某些添加劑還必須加入某些添加劑, ,以改以改 善或改變粘土的某些性能善或改變粘土的某些性
9、能; ;最後通過各種方式塑造成型最後通過各種方式塑造成型. . 2.2. 乾燥階段乾燥階段: :陶瓷製品基本知識陶瓷製品基本知識 22成型後成型後, ,通過自然方式或烘乾設備進行乾燥通過自然方式或烘乾設備進行乾燥, ,粘土中的水份開始蒸發粘土中的水份開始蒸發, ,強度開始增強度開始增 大大, ,但要注意控制好乾燥速度但要注意控制好乾燥速度, ,使表面排出水份的速率大致與水通過間隙擴散到表面的使表面排出水份的速率大致與水通過間隙擴散到表面的 速率速率, ,否則會因乾燥收縮引起製品的開裂否則會因乾燥收縮引起製品的開裂. . 3.3. 燒成階段燒成階段: : (1)(1)低溫階段低溫階段( (室溫室
10、溫300-300-進一步排出坯體中的殘餘水份進一步排出坯體中的殘餘水份; ;(2)(2)分解和氧化階段分解和氧化階段(300950)-(300950)-化合水的排出化合水的排出; ; 有機物碳素和無機物等的氧化有機物碳素和無機物等的氧化; ;碳碳 酸鹽硫化物等的分解酸鹽硫化物等的分解, ,通過分解和氧化反應通過分解和氧化反應, ,除去粘土中的各種有機和無機雜物除去粘土中的各種有機和無機雜物. .(3)(3)高溫階段高溫階段(900(900燒成溫度燒成溫度) )分解和氧化反應繼續進行分解和氧化反應繼續進行, ,粘土開始融合或玻璃化粘土開始融合或玻璃化, , 直到其進行得相當完整直到其進行得相當完
11、整, ,但因為粘土完全融合會使製品變軟甚至踏陷但因為粘土完全融合會使製品變軟甚至踏陷, ,所以粘土製品所以粘土製品 僅僅是部份融合僅僅是部份融合, ,玻璃基體中還有未反應的玻璃基體中還有未反應的 AlAl2 2O O3 3和和 SiOSiO2.2.這些未反應物必須可以並且這些未反應物必須可以並且 足以支撐起產品形體不會改變足以支撐起產品形體不會改變, ,對於表面的釉而言對於表面的釉而言, ,其熔點一定比陶瓷低且在同樣高其熔點一定比陶瓷低且在同樣高 溫狀態下處於完全熔融的液體狀態溫狀態下處於完全熔融的液體狀態(4)(4) 冷卻階段冷卻階段( (燒成溫度燒成溫度 室溫室溫) )隨著溫度的降低隨著溫
12、度的降低, ,產品開始變硬產品開始變硬, ,白雲陶赤陶白雲陶赤陶( (即陶即陶 器器) )中未反應融合的成份最多中未反應融合的成份最多, ,半瓷次之半瓷次之, ,瓷器最少瓷器最少, ,故從玻璃化程度來說故從玻璃化程度來說, ,瓷器最高瓷器最高 ( (接近完全玻璃化接近完全玻璃化),), 半瓷次之半瓷次之, ,陶器最少陶器最少; ;無論陶器還是瓷器無論陶器還是瓷器, ,其表面的釉是完全玻璃其表面的釉是完全玻璃 化的化的. .四四. . 陶瓷的一般性能陶瓷的一般性能1.1.機械性能機械性能:(1):(1)剛度剛度剛度由彈性模量衡量剛度由彈性模量衡量, , 彈性模量反應結合鍵的強度彈性模量反應結合鍵
13、的強度, ,陶瓷的具陶瓷的具 有很強大的化學鍵有很強大的化學鍵, ,所以有很高的彈性模量所以有很高的彈性模量, ,但氣孔率和溫度對彈性模量但氣孔率和溫度對彈性模量 影響極大影響極大, ,隨著氣孔的增多和溫度的昇高隨著氣孔的增多和溫度的昇高, ,其彈性模量逐漸降低其彈性模量逐漸降低. .(2)(2)硬度硬度鍵的強度也決定了陶瓷的硬度鍵的強度也決定了陶瓷的硬度, ,所以其硬度非常高所以其硬度非常高, ,一般為一般為 10005000Hv,10005000Hv,淬火鋼為淬火鋼為 500800Hv,500800Hv,高聚物為高聚物為 20Hv20Hv 以下以下. .(3)(3)強度強度依理論計算依理論
14、計算, ,其強度就是很高的其強度就是很高的, ,約為約為 E/10E/5,E/10E/5,但因受密度但因受密度/ /雜雜 質及各種缺陷的影響質及各種缺陷的影響, ,其實際值只為其實際值只為 E/1000E/100.E/1000E/100.(4)(4)塑性塑性/ /韌性或脆性韌性或脆性在常溫下無塑性在常溫下無塑性, ,在在 0.50.5T Tm m時塑性開始時塑性開始; ;其受載時不其受載時不 會發生型變即會發生在較低的應力下斷裂會發生型變即會發生在較低的應力下斷裂 2.2.物理和化學性能物理和化學性能 (1)(1)熱膨脹熱膨脹指溫度昇高時物質的原子振動振幅增大指溫度昇高時物質的原子振動振幅增大, ,原子間距增大所導原子間距增大所導 致的體積長大現象致的體積長大現象, ,其系數一般為其系數一般為a=(7-300)*10a=(7-300)*10-7-7/,/,高聚物為高聚物為 a=(5-15)*10a=(5-15)*10-5-5/,/,金屬為金屬為a=(15-150)*10a=(15-150)*10-5-5/ (2)(2)導熱性導熱性指在一定溫度梯度作用下熱量在固體中的傳導速率指在
