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1、陶瓷工艺学,PROCESSING OF CERAMICS,电话：18392064509 Emai: ,陕西科技大学材料学院,主讲人：杨海波 教授,绪 论,主要内容,陶瓷的概念 陶瓷的分类及应用 本课程主要内容 陶瓷的发展和进步,一 陶瓷的概念,“陶瓷”一词还没有十分严格的、为国际所公认的定义。 传统陶瓷(conventional ceramics)：指以粘土为主要原料与其他矿物原料经粉碎，混练，成型，烧成等工艺过程制成的各种制品。如陶器，炻器，瓷器（硅酸盐）。 现代陶瓷(fine ceramics)：指用生产陶瓷的方法制造的无机非金属固体材料和制品的统称。包括传统的硅酸盐陶瓷与现代的特种陶瓷。
2、,二 陶瓷分类、应用 1 按概念和用途分类,二者的区别：,、用料不同： 特陶很少使用粘土，大多特陶不用粘土。而是使用 经过加工的不同纯度的化工原料或合成矿物原料。,、新工艺(工艺突破传统方法）。,3、不同的化学组成、显微结构和性质。,共性：均属无机非金属材料。,2 按陶瓷的基本物理性能分类 表1-1 陶器、炻器和瓷器的基本特征和性质,说明：分类依据为吸水率。,吸水率，反映陶瓷瓷胎气孔率的大小。 （陶瓷胎体吸水后陶瓷胎体干重）100% 吸水率= 陶瓷胎体干重,举例：“陶瓷砖”按吸水率可分为五大类：,GBT4100.1-1999 干压陶瓷砖第1部分 瓷质砖 E 0.5 % GBT4100.2-19
3、99 干压陶瓷砖第2部分 炻瓷砖 0.5% 10 %,三 普通陶瓷（不带釉）的岩相成分,、晶相(crystalline phase)： (以长石质瓷为例）莫来石，石英，方石英，少量 原料残骸，熟料粒。,、玻璃相(glass phase)： （少数大于）玻璃相少， 只够粘接晶粒，胎体气孔多。陶器,玻璃相增多，除粘接晶粒外，还填充部分晶粒间隙 胎体气孔减少。不致密炻器,玻璃相很多，胎体几乎无气孔。致密炻器，瓷器,、气孔(gas phase) 闭气孔：与大气不通，不吸水。 开气孔：与大气相通，吸水。气孔率越大，吸大。,总结：是由晶相，玻璃相，气相构成的不均匀多相系统。,四 本课程主要内容、目标,以材
4、料性质结构工艺之间的关系为纲，阐明材料的组成，结构与性能的内在联系；讨论工艺方法对产品性能的影响；将技术基础的有关原理与生产工艺，性能控制融合在一起。,四个时期 无釉陶器时期 原始瓷器时期 透明釉时期 半透明胎时期 三个大的飞跃 釉陶的出现为第一大飞跃（商代） 不透明釉到透明釉为第二大飞跃（北宋） （汝、定、官、越、钧） 不透明胎到半透明为第三大飞跃（景德镇） 陶为世人所共有；瓷为中国所创造,五 陶瓷的发展历史,无釉陶器时期 （新石器时期 - 殷商 ）,1. 我国最早的陶器：公元前8000年，江西万年仙人洞 出土的泥质陶，夹砂陶，夹炭陶。烧成温度800 -1000 。 2. 新石器时代晚期：彩
5、陶，黑陶 彩陶代表“仰韶文化”，也称“彩陶文化”。 黑陶代表 “龙山文化”，也称“黑陶文化”。烧成温度为1000 。,3. 殷商时代 开始出现白陶，烧成温度1180 。殷商晚期的 白陶中有极少量的釉陶出现。 釉陶的出现，是陶瓷发展史上的“第一次飞 跃”。是制陶技术上的重大成就，为从陶到瓷创造了 必要条件。陶瓷的发展进入第二时期。,原始瓷时期 （ 殷商 -东汉 ）,原始瓷时期除生产无釉陶外，还有大量的釉陶 出现，并形成了南北两大派系。 北方釉陶：高岭土坯配含铁的高钙石灰釉光泽差。 南方釉陶：高岭土坯（着色坯）配含铁的高钙石灰釉 釉层特点：釉层薄，为灰青色，不透明， 光泽差。烧成温度达到1100
6、,透明釉时期（东汉宋金）,不透明釉到透明釉是陶瓷发展史上 的第二大飞跃。,瓷器出现的条件（透明釉出现的条件）,（1）馒头窑的温度可达1300C ，是瓷器出现的一个条件。 （2）开始使用经淘洗的瓷石。瓷石的成分为伊利石，石英，长石的混合物，瓷石使用是可直接成瓷为第二个条件。,各窑代表产品的特点,官窑：北宋在河南开封，南宋在浙江临安（杭州） 主要为青釉瓷。 越窑：在浙江余姚，秘色瓷（青瓷）。 定窑：北定，河北曲阳，定州。南定，江西景德镇 白釉瓷 钧窑：河南禹县。钧红（铜红）釉，窑变花釉，其 特点，颜色不一，变化多，有千钧万变之说。 汝窑：河南临汝。青釉。属乳浊釉，无裂纹。色泽 莹润如脂。,半透明胎
7、配透明釉（宋清） 、景德镇附近的湖田窑，湘湖窑。在北宋时，用 瓷石高岭土石英构成胎体，形成半透明胎。 不透明胎到半透明胎是陶瓷发展史上的第三 大飞跃。 、元代出现：釉上彩（单，双），釉下青花，釉 下釉里红，铜红。 、明代，景德镇成为制瓷中心。 、清代釉上粉彩，釉下五彩。,六 陶瓷的发展和进步,新技术与新工艺的采用： 原料制备：最初采用天然原料，不加任何处理。现在为适应特殊材料的特殊要求，对原料进行精选，分等级处理，在纯度、粒度、性质等各方面加以控制。 粉料制备：传统采用半机械，机械球磨，碓打粉磨等粉碎方法。现在为制备超细粉末（10-710-9m） ，采用化学气（液）相沉淀、溶胶凝胶法、气流粉碎
8、、超声波粉碎等方法来制备粉体。 成型方法：等静压成型法已不仅用于特种陶瓷，也陆续在电瓷，日用瓷的生产中使用，注射成型法开始由塑料工业移植到陶瓷工业中来。,对陶瓷材料的性能与本质的深入了解： 一些研究材料成分和结构的技术与仪器的出现，促进了人们对陶瓷的认识进入更高的层次。例如可用X-射线荧光分析、电子探针、光电子能谱仪、俄歇能谱仪测得陶瓷中微量成分的种类、浓度、价态及其分布特征。采用X-射线衍射、中子衍射仪测定晶体结构和点阵常数、固体中的缺陷，用光学显微镜、电子显微镜来研究陶瓷烧结体的显微结构。,施釉：由传统的釉浆浸釉、喷釉、浇釉发展到用釉粉压制施釉、静电施釉等的方法。 烧结：煅烧方法除传统的常
9、压烧结外，气氛烧结、压力烧结（如热压、热等静压）已广泛应用于陶瓷生产之中。,新品种的开发： 由于科学技术的推动和需要，也使得能充分利用陶瓷的物理与化学特性开发出许多在高科技领域中应用的功能材料与结构材料。例如工业检测与系统控制用的陶瓷传感器，燃气轮机用的耐高温、高强度、高韧性的陶瓷部件，用作人造骨骼或器官的生物陶瓷等。 由于这些进步，人们掌握了更多陶瓷材料性能、结构与工艺之间内在联系的信息。为今后发展到根据一定性能要求，进行结构与工艺设计奠定了基础。,作业：,2、传统陶瓷和特陶的相同和不同之处？,1、陶瓷的概念？,3、陶瓷的分类依据？陶瓷的分类？,4、陶瓷发展史的四个阶段和三大飞跃？,5、宋代
10、五大名窑及其代表产品？,6、普通陶瓷（长石质瓷）的岩相结构？,主要内容,第一章 原 料,第一节 原料的分类及要求 第二节 硅质原料 第三节 熔剂性原料 第四节 粘土原料 第五节 辅助原料 第六节 原料处理,1.1.1 原料的分类方法,根据工艺特性分：可塑性原料，非可塑性原料（瘠性）， 熔剂性原料。 根据用途分：坯用原料，釉用原料，色料和彩料。 根据矿物组成分：粘土原料，硅质原料，长石原料，钙质 原料，镁质原料。 根据原料的获得方式分：矿物原料，化工原料。,第一节 原料的分类及要求,传统陶瓷制品所用原料多为天然矿物原料；陶瓷制品的 性质不仅与工艺过程有关，而且与原料的种类有关。 陶瓷制品的性能由
11、瓷胎结构决定，瓷胎结构则由原料的种类和工艺决定。 原料的合理选择十分重要。,1.1.2 原料是基础,质量达标（不是越纯越好） 储量要大（保证长期供应） 价格合理（不能太贪便宜） 性能稳定（稳定压倒一切） 运输方便（避免等米下锅）,1.1.3 对原料的基本要求：,第二节 硅质原料,SiO2矿物种类 SiO2多晶转变的特性 SiO2在陶瓷生产中的作用 习题,1.2.1 石英 二氧化硅 SiO2 俗称玛瑙、水晶；我们专业接触最多的硅酸盐专业；在地壳中的丰度为60%；是最常见的矿物：泥、沙石等多数是硅酸盐矿物。,第二节 硅质原料,1.2.1 石英 二氧化硅 SiO2 由于地质产状不同，石英呈现为多种状
12、态，其中最纯的石英称为水晶。因水晶产量很少，除了制造石英玻璃外，一般无机非金属材料制品无法采用。 在陶瓷、玻璃、耐火材料生产中采用得较多的石英类原料主要有脉石英、砂岩、石英岩、石英砂、硅藻土、隧石等。,第二节 硅质原料,1.2.1 石英氧化硅 SiO2 含SiO2的矿物种类：,脉石英 石英砂 砂岩 石英岩 燧石 硅藻土,第二节 硅质原料,1.2.1 石英氧化硅 SiO2 全国各地硅质原料举例：,SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 烧失 山东泰安 99.48 0.36 0.10 / / / 痕迹 0.03 湖南长沙 99.50 0.10 0.30 / / / /
13、/ 广东潮安 99.53 0.19 痕迹 / 0.04 / / / 内蒙包头 99.79 痕迹 0.06 0.18 / / / 0.34 山西闻喜 98.05 / / / 0.10 / / /,第二节 硅质原料,1.2.1 石英SiO2脉石英,致密结晶态，火成岩。 外观特点：纯白，半透明呈油脂光泽，断口呈贝壳状。 SiO299%，是生产日用细瓷、釉料的良好原料。 比重2.65左右，熔点1700以上。,第二节 硅质原料,1.2.1 石英SiO2砂岩,碎屑沉积岩，石英颗粒由胶结物结合，根据胶结物不同分为：石灰质砂岩，粘土质砂岩，石膏质砂岩，云母质砂岩，硅质砂岩。 陶瓷中仅用：硅质砂岩。 SiO2
14、含量 90 95%。,第二节 硅质原料,1.2.1 石英SiO2石英岩,硅质砂岩经变质作用，石英颗粒再结晶形成的岩石。 外观特点：灰白色，光泽鲜明，断面致密，强度大， 硬度高。 SiO2 97。 加热晶型转变困难。 用于制作一般陶瓷，质量好的可做细瓷。,第二节 硅质原料,1.2.1 石英SiO2燧石,隐晶质SiO2 ，SiO2 液经化学沉积在岩石夹层中， 硬度高。 陶瓷工业常做研磨材料： 砌筑球磨机内衬，研磨体球石用。 SiO298%。,第二节 硅质原料,1.2.1 石英SiO2石英砂,花岗岩、伟晶岩风化的产物，可简化工艺。 杂质多，成分变化波动较大。 河床砂用于墙地砖，大缸大生产，可减小其变
15、形。 平潭海砂：大量用于玻璃工业生产。 东山海砂：是我国水泥行业的标准砂。,第二节 硅质原料,1.2.1 石英SiO2硅藻土,溶于水的部分二氧化硅,被微细的硅藻类水生物吸取,沉淀演变而成为含水的非晶质二氧化硅。 具有多孔隙。 可做绝热材料，多孔陶瓷等。,第二节 硅质原料,1.2.2 石英SiO2 物理性质,外观：视其种类不同而异，大多呈乳白色，有的呈灰白色，半透明状态，断面具有玻璃光泽或脂肪光泽。 硬度：莫氏硬度为7。 密度：晶型不同密度不同，变动范围2.222.65。 化学稳定性：具有强耐酸侵蚀力（除HF外）；与碱作用，生成可溶性硅酸盐；与碱金属氧化物作用生成硅酸盐与玻璃态物质。 熔融温度范围：1400C1770C，由SiO2的形态和杂质含量决定。,应用,1.2.2 SiO2 多晶转变 常压下有七种结晶态和一种玻璃态，在一定条件下相互转化：,石英 鳞石英 方石英 熔融态石英 鳞石英
