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1、第二章 陶瓷坯料及其成型性能绪 言2.4 坯料的成型性能 陶瓷制品的成型方法主要分三类 ：可塑法成型基于坯料具有良好的可塑性进行。注浆法成型基于坯料具有良好的液态流动性进行。压制法成型基于坯料在较大外加压力下具有良好的固态流动 性及结合性完成。 可塑法成型具有多种实用方法。如：拉坯成型2.4 坯料的成型性能滚压成型是由旋坯发展而得的新工艺，即把旋坯成型的型刀改进为旋转的滚压 成头。成型时，利用滚压头和模型分别绕自己的轴线以一定速度同方向旋转。由于 滚压头的转动，将模型中的泥料进行滚压延展成坯体。 滚压成型的方法，按模型的形状区分，有阳模滚压和阴模滚压两种。阳模滚压 成型适用于盘、碟类和敞口浅型
2、制品的成型。阴模成型一般适用于碗、杯类制品的 成型。 由于滚压成型时坯料承受的正压力较旋坯大，而剪切力很小，因此要求坯料具 有较好的可塑性和较低的含水率。实践证明，坯料的含水量，应根据器型大小与转 速、阳模或阴模、冷滚或热滚等因素而定，一般控制在1924%之间。主轴转速与滚头转速及两者的速比，对制品的产量和质量具有直接影响。一般 而言，主轴转速应依据制品大小和成型方式的不同，可在300500转/分的范围内变 动。其中阳模滚压为300500转/分，以防因离心力过大而引起飞泥。滚关的转速一 般比主轴小，从而形成一个转速差，但不宜过大，以利于泥料展开均匀和赶光坯体 表面。主轴与滚头的转速比，阴模为1
3、：0.50.7；阳模为1：0.60.8。 阳模成型常使用热滚头来滚压，所谓热滚压，即在金属滚头内装配电阻丝，使滚头 加热后与坯泥间产生蒸汽膜而彼此隔开，以防泥料粘滚头。其滚头温度一般控制为 100120度，过低则蒸汽膜薄，滚头与坯泥不易分离；若温度过高，易使泥料表面 水分蒸发过快而引起坯体表面出现麻点。2.4 坯料的成型性能纯手工围筑塑造成型工艺2.4 坯料的成型性能 注浆法成型举例空心注浆(单面吃浆) 2.4 坯料的成型性能实心注浆(双面吃浆) 注浆法成型举例2.4 坯料的成型性能 压制法成型釉面广场砖 外墙砖 一、可塑泥料的成型性能2.4 坯料的成型性能（一）可塑泥料的流变特性 流变学是研
4、究物体流动和变形的科学，综合研究物体的弹性应变、塑性变形和粘性流动。物体的流变特性系指其在某一时刻所表现出的应力与应变的定量关系。 关于流变学的一些基本知识xyv剪切应力表观粘度速度梯度 可塑法成型和注浆法成型用坯料的性能都涉及它们的流变特性。2.4 坯料的成型性能 几种基本流体类型Shear thinningShear thickening（胀流型流体）（假塑性流体）（牛顿型流体）2.4 坯料的成型性能一、可塑泥料的成型性能（一）可塑泥料的流变特性oA 可塑泥料受应力作用而 产生变形时，既有短暂的 弹性变形阶段（OA段），又有塑性变形阶段。 但当应力超过弹性形变 的极限应力值y之后，泥 料即
5、产生不可逆的假塑性 变形，且变形量随应力的 增大而增大。一、可塑泥料的成型性能（一）可塑泥料的流变特性oA 若撤除外加应力，则发生 假塑性变形的泥料只能部分 地回复到原状态（y），剩 下的不可逆变形部分（n）叫做 “假塑性变形”。n部分是 由于泥料中的矿矿物颗颗粒产产生 了相对对位移所致。 p和 p 分别为泥料受力出现裂纹（破坏）时的极限应力值和变形量。p和 p的大小取决于所加应力的速度和应力在泥料中 扩散的速度。一、可塑泥料的成型性能（一）可塑泥料的流变特性 可塑泥料受外力作用产生变形 后，若维持其变形量不变，则泥 料中的应力会逐渐减小直至消失 。这个应力降到一定值时所需 的时间叫做“应力松
6、弛期”。 如果成型时泥团的受力时间比 其松弛期短得多，则在应力作用 期间内，泥料将来不及产生塑性 变形（只产生弹性变形）。反之 ，则将产生塑性变形而能保持变 形后的形状。oA一、可塑泥料的成型性能（一）可塑泥料的流变特性 因此，若要使泥料形成所 要求坯体外形，成型时就要 使泥料受力时间足够长，且 成型压力应陆续、多次地作 用到泥料上。 在塑性泥料的流变性参数中，屈服值y和最大变形 量p 对成型过程具有重要意义。oA 成型性能好的泥料应该具有一个较高的屈服值y和足够大的p 值。前者可以防止刚刚成型好的坯体因偶然的外力作用产生变形；后者可以保证泥料在成型过程中变形虽大、但又不易产生开裂。2.4 坯
7、料的成型性能一、可塑泥料的成型性能 改变泥料的含水量，可以 改变其中一个流变参数，但 同时也会降低另一个特性参 数。如右图所示，随着含水量 增加，y减小而p 却增大。 屈服值y和最大变形量p 是相互关联的，且往往相互矛 盾。 因此，一般可以近似地用 （yp ）来评价泥料的成型性能。对于一定组成的泥料而言，在合适的含水量条件下，这个乘积达到最大值时，也就意味着它具有最好的成型性能。（二）影响泥料可塑性的因素1. 矿物组成。就可塑性强弱而言：伊利石 高岭石 蒙脱石 可塑性良好的粘土泥料一般应具备以下条件：（1）颗粒细小；（2）粘土矿物解理明显或完全，尤其呈片状结构最好；（3）粘土颗粒表面的水化膜较
8、厚。2. 颗粒大小及形状。含水量%（yp ）可塑性指数d =0.2 m0.3 m 0.5 m1.5 m3.5 m细颗粒泥料的比表面积大， 可塑性亦大。板片状、短柱状颗粒的比表 面积比球状颗粒的比表面大， 故前两种颗粒容易形成面-面接触，形成的毛细管力大， 相应的泥料可塑性亦大。（二）影响泥料可塑性的因素3. 吸附的阳离子种类。粘土胶团之间的斥力（吸引力）影响着泥料的可塑性，而吸引力的大小则决定于粘土的阳离子交换容量及吸附的阳离子种类。 粘土吸附不同阳离子时，其可塑性变化的顺序与阳离子交换顺序 相同：H-粘土 Al 3+ Ba 2+ Ca 2+ Mg 2+ NH+ K + Na + Li +可塑
9、性增大4. 液相的性质及含量。液相的性质主要指液相的粘度及表面张力。一般地，高粘度和高表面张力的液体介质能够提高泥料的可塑性。表面张力可塑性2.4 坯料的成型性能一、可塑泥料的成型性能4. 液相的性质及含量。（二）影响泥料可塑性的因素 液相含量对泥料可塑性的影响如右图所示：随着含水量增加，泥料的屈服值降低，最大变形量增大。而最大可塑性指数则对应于一个最佳含水量。2.4 坯料的成型性能二、注浆坯料（泥浆）的成型性能1. 陶瓷泥浆的流变曲线（一）陶瓷泥浆的流变特性1. 可塑粘土泥浆2. 骨灰浆体3. 石英浆体 (近似牛顿型)4. 氧化铝浆体（胀流型）5. 加入了碱的可塑粘土泥浆2.4 坯料的成型性
10、能二、注浆坯料（泥浆）的成型性能2. 影响泥浆流变性质的因素（一）陶瓷泥浆的流变特性（1）泥浆浓度 如右图所示。泥浆浓度增大时，流变曲线的形状基本上不变，只是曲线位置右移，意味着泥浆获得相同剪切速率所需施加的应力增大，亦即泥浆的屈服值增大。二、注浆坯料（泥浆）的成型性能（一）陶瓷泥浆的流变特性（2）固相颗粒的大小及其分布。就固相颗粒的细度而言，陶瓷泥浆是介于溶胶悬浮体粗分散体系之间的一种特殊固液系统，其粒度分布范围大致在2000.2 m之间间。其中胶体颗粒（ 0.2 m ）很少，但小颗粒（主要由粘土矿物引入）是悬浮体中大颗粒的分散剂，以及大中颗粒移动时的润滑剂。因此，泥浆体系中大小颗粒之比和颗
11、粒的分布范围均对泥浆流变性质起着决定性作用，影响情况复杂。（3）电解质的种类和加入量（吸附的阳离子种类及数量）。加入电解质是调节泥浆流变性和稳定性的有效方法。电解质的种类及加入量对泥浆流变性质均影响显著。二、注浆坯料（泥浆）的成型性能2. 影响泥浆流变性质的因素（3）电解质的种类和加入量（吸附的阳离子种类及数量）。单独加入Na2CO3 的高岭土泥浆的流变曲线 加入量1%时，流变曲线形状没有太大改变，屈服值降低也不明显。 加入量为 2%时，泥浆解凝程度最大，屈服值降到最低。 过分解凝时，粘度重新增大。=/.说明电解质的加入量存在一个最佳值。二、注浆坯料（泥浆）的成型性能2. 影响泥浆流变性质的因
12、素（3）电解质的种类和加入量（吸附的阳离子种类及数量）。单独加入 六偏磷酸钠 的高岭土泥浆的流变曲线 解凝效果比碳酸钠更好，仅需加入 0.5%即可达到最大解凝效果 屈服值降到零。 过分解凝时，粘度重新增大。=/. 加入量 2%时，泥浆呈胀流型流体特征。加入量2%后，泥浆变为塑性 流体。加入量为 2%时，泥浆近乎牛顿 流体。2.4 坯料的成型性能 几种基本流体类型Shear thinningShear thickening（胀流型流体）（假塑性流体）（牛顿型流体）二、注浆坯料（泥浆）的成型性能2. 影响泥浆流变性质的因素（3）电解质的种类和加入量（吸附的阳离子种类及数量）。复合加入Na2CO3
13、和 Na2SiO3 （1：1）的高岭土泥浆的流变曲线 随着加入量的增大，泥浆粘度不断减小。 加入量为 2%时，泥浆解凝程度最大，屈服值接近于零，触变环最小，泥浆近似牛顿流体。 过分解凝时，粘度重新增大（=/）.触变环也变大。二、注浆坯料（泥浆）的成型性能2. 影响泥浆流变性质的因素（3）电解质的种类和加入量（吸附的阳离子种类及数量）。瓷器泥浆（含水率31%）加入Na2CO3 的流变曲线 瓷器泥浆含有较多的瘠性原料。 随着碳酸钠的加入量增大，泥浆由假塑性流态改变为胀流型流体。2. 影响泥浆流变性质的因素（3）电解质的 种类和加入量。0 %0 .4%0 .8%1.2%a) 絮凝态, 近似宾汉型流体
14、。 b) 部分解凝态。呈有一定屈服值的假塑性流体，触变性最大。 c) 完全解凝态。近似牛顿型流体，无触变环。 d) 过分解凝态。近似牛顿型流体，重现触变环，粘度比 (c)态大得多 。精陶泥浆加入Na2SiO3 的流变曲线二、注浆坯料（泥浆）的成型性能2. 影响泥浆流变性质的因素（4）陈腐处理。新制的泥浆其流变性能是不稳定的，往往需要陈腐一段时间才能稳定。陈腐过程中，粘度和屈服值有所增大。1h24h120h288h432h剪切速率剪切应力二、注浆坯料（泥浆）的成型性能2. 影响泥浆流变性质的因素（5） 泥浆的 pH值。Different particle structure, different
15、 rheology随着介质 pH值的不同，板片状粘土颗粒的边面所带的电荷情况发生变化，从而会影响泥浆中胶粒之间的作用力，以及颗粒之间的架构形式，进而影响泥浆的粘度和屈服值。二、注浆坯料（泥浆）的成型性能2. 影响泥浆流变性质的因素（6） 粘土吸附的可溶性盐类自然界中的粘土一般都会吸附一些可溶性盐类，如碱金属和碱土金属的氯化物、硫酸盐等，它们对泥浆粘度的影响各有不同。泥浆粘度二、注浆坯料（泥浆）的成型性能（二）影响泥浆浇注性能的因素1. 流动性。泥浆的浇注性能包括泥浆的流动性、成坯速度、脱模难易性、湿坯坯强度及可加工性。影响泥浆流动性的因素包括：（1）泥浆浓度。浓泥浆的流动性差，但若泥浆太稀，浇
16、注成型时成坯速度会降低，且坯体强度低，干燥收缩变大。（2）固相颗粒的大小及形状。对于一定浓度的泥浆而言，固相颗粒越细颗粒间平均间距越小、水化膜也越厚吸引力增大、流动阻力增大流动性减小。此外，非球形颗粒比球形或等轴颗粒的移动阻力大，即流动性较低。二、注浆坯料（泥浆）的成型性能（二）影响泥浆浇注性能的因素1. 流动性。影响泥浆流动性的因素包括：（3）泥浆温度。温度提高，致分散介质的粘度降低，流动性增大。（4）粘土的处理工艺。实践经验表明，将粘土先经适当的干燥后再调制成浆，有助于改善泥浆的流动性。这与干燥前后的粘土表面吸附的离子溶剂化水膜厚度有关。粘 粒粘 粒粘 粒Na+Na+Na+水化膜水化膜原状态脱水后再水化 在含水量一定的情况下，胶团中结合水量少，将使体系中自由水量增多， 流动性增大。（二）影响泥浆浇注性能的因素1. 流动性。影响
