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1、lienan University of Urban Construction无机非金属材料工艺学课程设计报告课程名称：陶.瓷材.料配料让算.及制备.工，艺.系另U： 土.木与材料.工程系学 号：姓 名：指导老师：土木与材料工程系2013年1月11号目录设计题目原料计算l=J该高温陶材料制备工艺流程1.原料的精加工2.原料的初级锻烧3.原料的破碎3.1粗碎 3.2中碎 3.3细碎4.配料的计算105.粉料的初级压制106.高温陶瓷的烧成117.造粒与二次造粒128.高压压制成型129.再次烧制12131310 .退火 整个制备过程流程图陶瓷材料配料计算及制备工艺设计题目：Mg（H1203-Si
2、02为重要的高温陶瓷材料体系之一，在窑具、电路基板、蜂 窝陶瓷等方面具有广泛用途。现在利用煤砰石、工业氧化铝、菱镁矿为原料，辅 以组分氧化物调节，配置分子式为Mgl.85Cao.L5A13.8Feo.2Si5O18的陶瓷配方，若煤 砰石用量为50wt%,其余AI2O3由工业氧化铝、MgO由菱镁矿补充，配方最终由分 析纯组分氧化物试剂调节至配方要求。（1）请问配置IKg该陶瓷粉料口寸，需要各种原料各多少（精确0. 001） ?其中, 经燃烧处理后的煤砰石化学成分如表1,菱镁矿化学成分如2所示，工业氧化铝 按纯物质计。表1处理后煤砰石化学组成CompositionSi02AI2O3MgO Fe2（
3、）3CaOMass fraction/wt%6525631表2菱镁矿化学组成CompositionMgCOaFeCOsCaC0：3Mass fraction/wt%9532（2）画出陶瓷制备工艺流程图，并简要叙述各环节主要工艺参数与注意事项。原料计算:在配料计算开始应该首先将该高温陶瓷材料的分子式化为氧化物表示形式,即为：（MgO） 1.85（CaO） 0.15（A1203）L9（Fe203）0.1（Si02）5则可以计算出来Imol该高温陶瓷材料中各氧化物的质量为，见表3：氧化物MgOCaOAI2O3Fe2（）3Si02质量（g）74.56318.4119193. 726415. 96923
4、00. 4215表3.Imol该高温陶瓷材料各氧化物质量则可以得出Imol的该高温陶瓷材料的质量为：74.5631g+8. 4119g+193. 7264g+15. 9692g+300. 425g=593. 0921g则可以知道该高温陶瓷材料相对分子质量为：593. 0921g： 1eo1=593. 0921 g/mol配制IKg的该陶瓷材料的物质的量为:1000g4-593.0921g/mol=1.6861niol则可以得出该陶瓷材料中各氧化物的质量分别为：MgO: 1. 6861molX74. 5631g/mol=125. 7208gCaO： 1.6861molX8.4119g/mol =
5、14. 1833 gAl203: 1. 6861molX193. 7264g/mol=326. 6421gFe2O3: 1.6861molX15. 9692g/mol=26. 9257gSi02 : 1. 6861molX300. 4215g/mol=506. 5407g整理在表4：表4. 1千克该陶瓷材料中各氧化物质量氧化物MgOCaOAI2O3Fez。:,Si02质量（g）125. 720814. 1833326. 642126. 9257506.5407由于煤砰石用量为50wt%,则即煤砰石用量为500g,那么煤砰石引入的氧化物的含量为，表5所示:表5. 500g煤砰石引入的氧化物质量氧
6、化物MgOCaOAI2O3Fe2()3Si02质量(g)3()512515325那么，这些氧化物都不够组成所要得到的高温陶瓷材料，所以仍需要氧化物 的量为，汇总如表5.：表6.仍需要氧化物的质量氧化物MgOCaOAI2O3Fe2()3Si02质量(g)95. 72089. 1833201.642111.9257181. 5407由于不知道剩余氧化物是否都是菱镁矿所提供，也不知道添加的纯组分氧化 物试剂的量，那么就先假设某种氧化物是由菱镁矿全部提供，则这种氧化物被菱 镁矿所提供的量就确定，根据该氧化物的量可以根据质子守恒算出由菱镁矿所提 供的碳酸盐的量，再根据碳酸盐在菱镁矿中的百分含量从而算出菱
7、镁矿的量，然 后根据菱镁矿的量算出由菱镁矿提供的剩余的碳酸盐的量，根据这些碳酸盐的量 由质子守恒算出这些碳酸盐所对应的氧化物的量，然后看看这些碳酸盐对应的氧 化物的量是否超过表5中所对应需要氧化物的量，若有其中一中氧化物超标则表 明假设的那种氧化物不是由菱镁矿全部提供，仍需要加入纯组分氧化物试剂。则假设剩余的CaO氧化物全部由菱镁矿所提供，那么可以得到： 所需要的菱镁矿的质量为：(9. 1833g-F56. 0794g/mol) X 100. 0892g/mol-=-2%=819. 5069g则菱镁矿所提供的其它氧化物质量为：MgO的质量为：(819. 5069gX95%) X40. 3044
8、g/mol84. 3142g/mol=372. 1585g由表5中可知道剩余的MgO的量为95. 7208g,这个值小于372. 1585g,则可以得 知Mg。己经过量，故可知必不是CaO剩余氧化物不是全部由菱镁矿所提供，故而 上述假设是错误的。假设剩余MgO所需要的质量全部由菱镁矿所提供，那么：所需要的菱镁矿的质量为：(95. 7208g4-40. 3044g/mol) X84. 3142g/mol -95%=210. 7808g则菱镁矿所提供的氧化物的质量为：Fe203 氧化物：210. 7808g X 3% X0. 5X56. 0794g/mol 100. 0892g/mol=4. 35
9、80g(质量不足)CaO 氧化物：210. 7808gX2%X56. 0794g/molH-100. 0892g/mol=2. 3620g (质量 不足)则需要加入Fe2(h纯组分氧化物试剂量为：7. 5677g需要加入CaO纯组分氧化物试剂量为：6. 8213g需要加入Al203纯组分氧化物试剂量为：201. 6421g需要加入Si(h纯组分氧化物试剂量为：18L 5407g根据以上的计算可以知道MgO是全部由菱镁矿所提供的，剩余的不足氧化物通过纯组分氧化物试剂所提供。则各组分总结到表6,为:MgOCaOAI2O3FezQsSi02煤砰石菱镁 矿每mol该 高温陶 瓷中各 氧化物 的量74.
10、 56318.4119193. 726415. 9692300. 4215每Kg该 高温陶 瓷中各 氧化物 的量125. 720814.1833326.642126.9257506.5407每 500g该高温 陶瓷中各氧化物的量30512515325质量单位：g表7.各组分质量总结=1仍需要氧化物的质量95. 72089. 1833201.642111.9257181.5407最终加 入务组 分的质 量06. 821201.6427. 568181.541500201.781该高温陶瓷材料制备工艺流程本次制备Mg0-Al203-Si02高温陶瓷材料所用的原料为煤砰石、工业氧化铝、 菱镁矿以及纯
11、组分的氧化物调节剂（根据配料的计算合理添加，其中包括CaO、 Fe203、MgO、Si02、AI2O3）,其中工业氧化铝这种原料可以不用经过处理（因 为其本身为纯净的氧化物，并没有引入其他杂质，故其可以直接以原料成分使 用）。而煤砰石、菱镁矿需要经过原谅的预处理，这其中包括有：1.原材料精加工天然的煤砰石、菱镁矿原料一般都是含有一些杂质，如粘土矿物中常含有一 些未完全风化的母岩、游离石英、铁和钛的化合物以及树皮、草根等。这些杂质 如果引入到坯料中，将必然影响陶瓷产品的质量。原料的精加工是指对原料进行 分离、提纯和除去各种有害杂质的过程。不同种类的陶瓷对原料精加工的深度是 不一样的，像我们要制备
12、的这种高温陶瓷材料对原料的纯度要求要高些。我们制备这种高温陶瓷材料对原料的精选通常采用物理方法，物理方法就是图1图2用淘洗槽（图1）、水力旋流器、振动筛（图2）等使煤砰石、菱镁矿这些原 料进行分级和去除杂质（其中包括煤砰石中的粘土和菱镁矿石原料中的钛、粘土 等杂质），经过原料的精加工可以得到纯净度更高的原料，以便使后边工序顺利、 高效进行。2原料的初级媛烧对该高温陶瓷材料原料的初级瑕烧的目的是稳定晶型、改变物性、由了煤砰 石中含有少量的煤，通过初级锻烧可以将这些煤杂质除去。又由于煤砰石、菱镁 矿硬度较大从而不易磨细，故而要将这些原料般烧一次（通过燃烧可以将为完全 除去的碳杂质变为二氧化碳从而脱
13、离原料，排到外界空间中，从而使原料成分更 为纯净），经过燃烧过程，煤砰石、菱镁矿的结构变得疏松从而更易于磨碎，杂 质也易于找出。在此次锻烧过程中温度不能过高，过高的话可能使矿石中的物料 间先发生反应或者是与杂质反应，这样就违背了除杂的目的了。此预烧过程的加 热设备主要是矿石加热炉（图3）。图33. 原料的破碎对煤砰石、菱镁矿石的破碎目的是使这些原料矿物中的杂质易于分离，使各 种原料能够更好地均匀混合，使成型后的坯体更加致密，增大各种原料的表面积, 从而增大了表面能，进而增加了物料的反应速度，这样就能避免物料的受热不均 匀，从而避免物料的过烧或欠烧。3.1粗碎 由于煤砰石、菱镁矿石属于中等硬度的
14、矿石原料，故采用先粗碎、中 碎，然后再进行细碎的步骤进行，粗碎采用领式破碎机（图4）出料块度为 40-60mm,经过此道程序后，上述矿石的尺寸大大减小，这样就有利于下步的进 行。图4图53.2中碎 中碎一般采用轮碾机和雷蒙磨，而本次生产采用轮碾机（图5）进行 中碎处理，通过中碎可以将原料颗粒的粒度尺寸进一步缩小到0.7i以下，从 而更加易于进行下一步细碎的进行。3.3细碎 经过中碎以后，由于中碎后的粒径对于生产该陶瓷材料仍然较大，为 了使烧成反应能够快速、充分进行、必须进行进一步的细碎，将粒径进一步缩小 到0. 044mm-0. 125mm,如果不经过细碎而直接进行造粒，则制成的成型粉料不如 经球磨机细碎后再造粒制得的粉料性能更好，细碎所用的设备是球磨机（图6）通过球磨机可以将粉料进一步细碎使得到的粉料性能更好。再用球磨机磨细过程中，球磨机内部装的球石对球磨机的效率影响也很大，由于制备的高温陶瓷材料对配方要求很高，故球石应采用氧化铝刚玉瓷球石，其中球石直径配比为:45%-50%的小直径球石(20mm-30mm), 25%-30%的 11直径球石(40mm-50m
