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1、第三章第三章 陶瓷的生产工艺过程陶瓷的生产工艺过程原料加工及坯料制备原料加工及坯料制备主讲主讲:胡友根胡友根副教授副教授材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院第一节第一节 原料的加工过程原料的加工过程一、原料的精选一、原料的精选陶瓷工业中所使用的天然原料中，一般都或多或少的含有一陶瓷工业中所使用的天然原料中，一般都或多或少的含有一些杂质。如粘土矿物中，常含有一些未风化完全的母岩、游离石些杂质。如粘土矿物中，常含有一些未风化完全的母岩、游离石英、云母类矿物、长石碎榍、铁和钛的氧化物及化合物，以及树英、云母类矿物、长石碎榍、铁和钛的氧化物及化合物，以及树皮、草根等
2、一些有机杂质。长石、石英原料中，除表面的污泥、皮、草根等一些有机杂质。长石、石英原料中，除表面的污泥、水锈等杂质外，还常有一些云母类矿物。这些杂质的存在，降低水锈等杂质外，还常有一些云母类矿物。这些杂质的存在，降低了原料的品位，直接影响制品的性能及外观质量。故在使用之前，了原料的品位，直接影响制品的性能及外观质量。故在使用之前，一般要进行精选处理。一般要进行精选处理。材料科学与工程学院材料科学与工程学院精选的方法主要有下列几类：精选的方法主要有下列几类：1.物理方法：是指利用机械的方法使原料均匀、分级或除去杂物理方法：是指利用机械的方法使原料均匀、分级或除去杂质，如：淘洗、过筛、搅拌、磁选等。
3、质，如：淘洗、过筛、搅拌、磁选等。2.化学方法：是指利用化学方法对原料对原料进行处理。如：化学方法：是指利用化学方法对原料对原料进行处理。如：融解法、升华法等。融解法、升华法等。3.物理化学方法：如：浮选法、电解法等。浮选法是利用各种物理化学方法：如：浮选法、电解法等。浮选法是利用各种矿物对水的润湿性不同，从浮选液中将憎水颗粒粘附在气泡上矿物对水的润湿性不同，从浮选液中将憎水颗粒粘附在气泡上浮游分离的方法。电解法是基于电化学原理除去混杂在原料颗浮游分离的方法。电解法是基于电化学原理除去混杂在原料颗粒中含铁杂质的一种方法。粒中含铁杂质的一种方法。材料科学与工程学院材料科学与工程学院二、原料的预烧
4、和风化二、原料的预烧和风化原料的预烧原料的预烧1.稳定晶型稳定晶型工业氧化铝的主晶相是工业氧化铝的主晶相是-Al2O3。要得到性能良好、高。要得到性能良好、高温稳定的温稳定的-Al2O3通常在进行预烧，为促进晶型转变，常加通常在进行预烧，为促进晶型转变，常加入入0.33%的的H3BO3。在生产电子陶瓷时，在生产电子陶瓷时，TiO2要进行预烧，使其全部转变成要进行预烧，使其全部转变成金红石相。金红石相。氧化锆有三个晶型，其中单斜相和四方相之间的转变是氧化锆有三个晶型，其中单斜相和四方相之间的转变是可逆的并伴有可逆的并伴有79的体积转变，用其作原料时，要进行的体积转变，用其作原料时，要进行预烧，防
5、止制品开裂。预烧，防止制品开裂。材料科学与工程学院材料科学与工程学院2.改变物性改变物性滑石具有片状结构，成形时易造成泥料分层和颗粒的定向滑石具有片状结构，成形时易造成泥料分层和颗粒的定向排列，引起产品的变形和开裂。大量使用时要预烧，使其转变排列，引起产品的变形和开裂。大量使用时要预烧，使其转变为偏硅酸镁，破坏原有的片状结构。为偏硅酸镁，破坏原有的片状结构。大块石英岩质地坚硬，粉碎困难。利用石英大块石英岩质地坚硬，粉碎困难。利用石英573晶型转晶型转变所发生的体积效应，将石英粉碎前预烧，然后急冷，使之产变所发生的体积效应，将石英粉碎前预烧，然后急冷，使之产生内应力，原料变脆，可大大提高粉碎效率
6、。生内应力，原料变脆，可大大提高粉碎效率。材料科学与工程学院材料科学与工程学院原料的风化原料的风化风化是将开采出来的粘土原料堆放在露天，经过长期风化是将开采出来的粘土原料堆放在露天，经过长期（一般为（一般为46个月）阳光的照射、雨雪的溶解和冰冻的作用个月）阳光的照射、雨雪的溶解和冰冻的作用后原料内部即发生分散、崩裂变化。后原料内部即发生分散、崩裂变化。材料科学与工程学院材料科学与工程学院对于某些原料，如硬质页岩和具有中下等可塑性的粘土，对于某些原料，如硬质页岩和具有中下等可塑性的粘土，风化可起到如下作用：风化可起到如下作用：1.能使原料中的水分均匀；能使原料中的水分均匀；2.能增加耐火度能增加
7、耐火度可溶盐被洗去一部分；可溶盐被洗去一部分；3.能增加原料的可塑性能增加原料的可塑性提高颗粒细度；提高颗粒细度；4.促进原料分裂，利于粉碎处理，便于选料。促进原料分裂，利于粉碎处理，便于选料。材料科学与工程学院材料科学与工程学院原料的合成原料的合成有固相法、液相法和气相法有固相法、液相法和气相法三大类。三大类。其它课程已讲述。其它课程已讲述。材料科学与工程学院材料科学与工程学院第二节第二节 坯料的制备坯料的制备一、破碎一、破碎破碎是对块状固体物料施加外力，使之克服内聚力，破碎是对块状固体物料施加外力，使之克服内聚力，分裂为若干碎块的作业过程。分裂为若干碎块的作业过程。材料科学与工程学院材料科
8、学与工程学院破碎的方法：破碎的方法：材料科学与工程学院材料科学与工程学院破碎比破碎比破碎比是原料和破碎产品的粒度之比，表征破破碎比是原料和破碎产品的粒度之比，表征破碎作业前后粒度的变化程度。碎作业前后粒度的变化程度。材料科学与工程学院材料科学与工程学院破碎设备破碎设备序序 种种类类平均细度平均细度常常用用设设备备1粗粗碎碎45mm颚式破碎机颚式破碎机2中中碎碎0.30.5mm轮碾机轮碾机3碎碎细细10100m球磨机、雷蒙机球磨机、雷蒙机4超超细细110m震动磨（干法）震动磨（干法）0.11m震动磨（湿法）震动磨（湿法）0.010.1m气流粉碎机气流粉碎机材料科学与工程学院材料科学与工程学院颚式
9、破碎机，属粗碎设备，是利用其颚板对物料进行挤压颚式破碎机，属粗碎设备，是利用其颚板对物料进行挤压而破碎的一种设备。而破碎的一种设备。进料进料出料口出料口定颚定颚动颚动颚往复摆动往复摆动1.颚式破碎机颚式破碎机颚式破碎机颚式破碎机固定点固定点材料科学与工程学院材料科学与工程学院2.轮碾机轮碾机利用碾轮和碾盘的相对运动，利用碾轮和碾盘的相对运动，使碾盘上的物料碾碎的机械。使碾盘上的物料碾碎的机械。材料科学与工程学院材料科学与工程学院利用筒体内的研磨体与物料反复撞击、利用筒体内的研磨体与物料反复撞击、研磨，将各种研磨，将各种物料混合均匀并达到一定细度的机械。物料混合均匀并达到一定细度的机械。3.球磨
10、机球磨机材料科学与工程学院材料科学与工程学院筒体筒体出料口出料口加料口加料口球磨子球磨子内衬内衬球球磨磨机机的的构构造造材料科学与工程学院材料科学与工程学院转速太慢转速太慢球磨子在筒中球磨子在筒中滑动滑动转速适中转速适中球磨子在筒中球磨子在筒中做抛物运动做抛物运动转速太快转速太快球磨子贴筒壁做球磨子贴筒壁做离心运动离心运动材料科学与工程学院材料科学与工程学院当球磨机内径小于当球磨机内径小于1.25m时：时：当球磨机内径大于当球磨机内径大于1.251.75时：时：当球磨机内径大于当球磨机内径大于1.7m时：时：怎样确定球磨机的转速呢？怎样确定球磨机的转速呢？根据实践经验，球磨机的转速与筒体根据实
11、践经验，球磨机的转速与筒体的直径有如下关系：的直径有如下关系：式中：式中：D球磨机筒体的有效内径球磨机筒体的有效内径,n球磨机的工作转速。球磨机的工作转速。材料科学与工程学院材料科学与工程学院料、球、水的比例怎样确定？料、球、水的比例怎样确定？ 如加水过少，则料浆太浓，磨球粘上一层原料，或者磨如加水过少，则料浆太浓，磨球粘上一层原料，或者磨球自身粘在一起，减弱了研磨和冲击作用；如加水过多，料球自身粘在一起，减弱了研磨和冲击作用；如加水过多，料浆太稀，球料易浆太稀，球料易“打滑打滑”，也降低研磨效率。，也降低研磨效率。 加水时，除要求填满磨球及原料之间的空隙外，还应考加水时，除要求填满磨球及原料
12、之间的空隙外，还应考虑原料的吸水性能。虑原料的吸水性能。球磨普通坯料时，球磨普通坯料时，料、球、水的比例约为料、球、水的比例约为1：（：（1.52）：（）：（0.81.2）。在固定的容积中，料多了，球就少了，反之亦然。在固定的容积中，料多了，球就少了，反之亦然。经验表明：球磨机最适宜的装料量以达到全容积的经验表明：球磨机最适宜的装料量以达到全容积的80%为佳。为佳。材料科学与工程学院材料科学与工程学院经过本工序，各种具有一定配比的原料，经过本工序，各种具有一定配比的原料，加水后，充分混合均匀并磨细，获得含水分约加水后，充分混合均匀并磨细，获得含水分约45%60%的陶瓷原料混合体的陶瓷原料混合体
13、泥浆泥浆。材料科学与工程学院材料科学与工程学院4.环辊磨机（俗称雷蒙机）环辊磨机（俗称雷蒙机）工作时，将需要粉碎的物料从主机罩壳侧面的工作时，将需要粉碎的物料从主机罩壳侧面的进料口中加入机内，依靠悬挂在主机梅花架上的磨进料口中加入机内，依靠悬挂在主机梅花架上的磨辊装置，绕着垂直轴线公转，同时本身自转，由于辊装置，绕着垂直轴线公转，同时本身自转，由于旋转时离心力的作用，磨辊向外摆动，紧压于磨环，旋转时离心力的作用，磨辊向外摆动，紧压于磨环，使铲刀铲起物料，送到磨辊与磨环之间，加磨辊的使铲刀铲起物料，送到磨辊与磨环之间，加磨辊的滚转而达到粉碎物料之目的。滚转而达到粉碎物料之目的。材料科学与工程学院
14、材料科学与工程学院风选过程：物料研磨后，风机将吹入主机壳内，吹起风选过程：物料研磨后，风机将吹入主机壳内，吹起粉末，经置于研磨室上方的分析器进行分选，细度过粉末，经置于研磨室上方的分析器进行分选，细度过粗的物料又落入研磨室重磨，细度合乎规格的，随风粗的物料又落入研磨室重磨，细度合乎规格的，随风流通进入大旋风收集器，收集后经出粉管排出，即为流通进入大旋风收集器，收集后经出粉管排出，即为成品。风流通由大旋风器上端的回风管回入风机，风成品。风流通由大旋风器上端的回风管回入风机，风路是循环的并且在负压状态下流动，由于物料中所含路是循环的并且在负压状态下流动，由于物料中所含水份在研磨室蒸发，产生气体，导
15、致循环风路的风量水份在研磨室蒸发，产生气体，导致循环风路的风量增加，多余的风量经风机与主机中间的废气箱排出，增加，多余的风量经风机与主机中间的废气箱排出，进入小旋风收集器，进行净化处理。进入小旋风收集器，进行净化处理。材料科学与工程学院材料科学与工程学院雷蒙机雷蒙机构造图构造图材料科学与工程学院材料科学与工程学院雷蒙机雷蒙机工作原理示意图工作原理示意图材料科学与工程学院材料科学与工程学院雷蒙机雷蒙机安装图安装图材料科学与工程学院材料科学与工程学院流化床式气流粉碎机的粉碎室四周设有相向排列的经流化床式气流粉碎机的粉碎室四周设有相向排列的经特殊设计的高压进气喷嘴，经过净化和干燥的压缩空气自特殊设计
16、的高压进气喷嘴，经过净化和干燥的压缩空气自喷嘴射出，形成超声速气流。物料在高速气流交点中心发喷嘴射出，形成超声速气流。物料在高速气流交点中心发生碰撞，瞬间内被粉碎。经粉碎的粒子随气流上升至分级生碰撞，瞬间内被粉碎。经粉碎的粒子随气流上升至分级室，合格的粒子随气流进入旋风分离器，最终获得所需产室，合格的粒子随气流进入旋风分离器，最终获得所需产品，尾气进入除尘器排出。品，尾气进入除尘器排出。气流粉碎机工作原理气流粉碎机工作原理5.气流粉碎机气流粉碎机材料科学与工程学院材料科学与工程学院1 1、加料、加料 5 5、粉碎区、粉碎区 2 2、分级区、分级区 6 6、进气、进气 3 3、出料、出料 7 7
17、、细料、细料 4 4、传输区、传输区 8 8、粗料、粗料 气流粉碎机工作原理示意图气流粉碎机工作原理示意图材料科学与工程学院材料科学与工程学院气流粉碎机安装图气流粉碎机安装图材料科学与工程学院材料科学与工程学院过筛筛分就是把固体颗粒分成大小相等的不同粒子组。过筛筛分就是把固体颗粒分成大小相等的不同粒子组。二、过筛和除铁二、过筛和除铁一般采用震动筛过筛，振一般采用震动筛过筛，振幅幅13mm，振动频率，振动频率12002000转转/分，其特点是产量高，分，其特点是产量高，不易堵塞。陶瓷粉料的粒度不易堵塞。陶瓷粉料的粒度（万孔筛，（万孔筛，250目，目，61m）一）一般控制在般控制在0.161m之间
18、。之间。材料科学与工程学院材料科学与工程学院除铁是减少产品的色斑，增加白度的重要措施。一般采除铁是减少产品的色斑，增加白度的重要措施。一般采用磁选机和恒磁铁块除铁。湿式除铁比在粉料状态下的干式用磁选机和恒磁铁块除铁。湿式除铁比在粉料状态下的干式除铁效果好。除铁效果好。泥浆进口泥浆进口泥浆出口泥浆出口材料科学与工程学院材料科学与工程学院三、泥浆的储存、搅拌和运输三、泥浆的储存、搅拌和运输泥浆储存有利于改善泥浆的性能并均化泥浆。泥浆储存有利于改善泥浆的性能并均化泥浆。1.储存储存陶瓷泥浆一般在六角形浆池中储存陶瓷泥浆一般在六角形浆池中储存23天后再使用。天后再使用。浆池浆池D为搅拌器叶片直径的为搅
19、拌器叶片直径的4倍，倍，d为叶片直径的为叶片直径的1.52倍，倍，D1.5H，池底角一般为，池底角一般为45。材料科学与工程学院材料科学与工程学院搅拌是防止泥浆分层和沉淀。搅拌是利用搅拌器对泥浆不停搅拌是防止泥浆分层和沉淀。搅拌是利用搅拌器对泥浆不停地搅动。地搅动。2.搅拌搅拌材料科学与工程学院材料科学与工程学院输送是对泥浆的运输。利用泥输送是对泥浆的运输。利用泥浆泵（隔膜泵或注塞泵）对泥浆进浆泵（隔膜泵或注塞泵）对泥浆进行输送。行输送。3.输送输送材料科学与工程学院材料科学与工程学院三、泥浆的脱水和造粒三、泥浆的脱水和造粒脱水是脱除泥浆中的水分。一般泥浆中含脱水是脱除泥浆中的水分。一般泥浆中
20、含4560%的的水，除注浆成形外，不能直接用于其它方法成形，需要进水，除注浆成形外，不能直接用于其它方法成形，需要进行脱水处理。生产中，泥浆的脱水方法主要有两种：一种行脱水处理。生产中，泥浆的脱水方法主要有两种：一种是机械脱水，可得到含水量为是机械脱水，可得到含水量为2025的坯料；一种是热的坯料；一种是热风脱水，可得到含水量在风脱水，可得到含水量在8以下的坯料。以下的坯料。材料科学与工程学院材料科学与工程学院机械脱水（压滤法）机械脱水（压滤法）压滤可使泥浆变为泥料。机械脱水的设备为间歇式室式压滤机，又称榨泥机，是利用高压泥浆泵送入压滤机的腔室，通过滤布脱水的一种设备。泥浆用低压(0.30.4
21、MPa)输送，随着压滤的进行，压力逐渐升高至0.81.5MPa压滤周期为12小时，泥饼水分为2025。材料科学与工程学院材料科学与工程学院泥浆输送泥浆输送泵泵压滤机压滤机材料科学与工程学院材料科学与工程学院压力压力滤布滤布排水槽排水槽排水排水排水排水压滤机示意图压滤机示意图滤板滤板材料科学与工程学院材料科学与工程学院经过本工序后，使含水分约经过本工序后，使含水分约45% 45% 60%60%的泥浆变的泥浆变成了成了含水量为含水量为20202525的泥料，但水分分布不均匀，的泥料，但水分分布不均匀，需经过练泥工序方可使用。需经过练泥工序方可使用。材料科学与工程学院材料科学与工程学院热风脱水（喷雾
22、干燥）热风脱水（喷雾干燥）喷雾干燥的设备是喷雾干燥器（塔），它将泥浆经一喷雾干燥的设备是喷雾干燥器（塔），它将泥浆经一定装置分散成雾状的细滴，然后在塔内与热空气进行热交定装置分散成雾状的细滴，然后在塔内与热空气进行热交换，将雾状细滴中的水分蒸发，最后得到含水量在换，将雾状细滴中的水分蒸发，最后得到含水量在8 8以以下，具有一定粒度的球形粉料。下，具有一定粒度的球形粉料。喷雾干燥器其关键是雾化（分散）、干燥（热交换）、喷雾干燥器其关键是雾化（分散）、干燥（热交换）、造粒六个字。造粒六个字。材料科学与工程学院材料科学与工程学院热风进口热风进口雾化雾化出料口出料口回风口回风口离心力离心力重力重力分体
23、颗粒分体颗粒喷雾干燥器工作示意图喷雾干燥器工作示意图材料科学与工程学院材料科学与工程学院经过本工序后，经过本工序后，得到含水量在得到含水量在8 8以下，具有以下，具有一定粒度的球形粉料。也就是说，喷雾干燥可使一定粒度的球形粉料。也就是说，喷雾干燥可使泥浆变为粉料。泥浆变为粉料。材料科学与工程学院材料科学与工程学院四、练泥四、练泥练泥可以排除泥饼中的残留空气、使泥料组织结构均练泥可以排除泥饼中的残留空气、使泥料组织结构均匀，从而提高泥料的致密度和可塑性，改善成形性能，进而匀，从而提高泥料的致密度和可塑性，改善成形性能，进而提高坯体的干燥强度和瓷器的机械强度。提高坯体的干燥强度和瓷器的机械强度。泥
24、料出口泥料出口泥料进口泥料进口真空练泥机真空练泥机材料科学与工程学院材料科学与工程学院真空练泥机剖面图真空练泥机剖面图材料科学与工程学院材料科学与工程学院泥团泥团泥团泥团泥团泥团气泡气泡切开排气切开排气搅合成团搅合成团练泥机练泥过程示意图练泥机练泥过程示意图材料科学与工程学院材料科学与工程学院经过上述工序，可获得经过上述工序，可获得含水量为含水量为2025的可塑的可塑泥料。泥料。真空练泥的目的：真空练泥的目的： 增加可塑性；增加可塑性； 水分均匀；水分均匀； 减少气孔。减少气孔。材料科学与工程学院材料科学与工程学院综上所述，原料经过加工可获得：综上所述，原料经过加工可获得：粘土粘土+水水泥浆泥浆泥料泥料粉料粉料含水含水约约2025含水量含水量8含水约含水约45%60%物料的三种形态物料的三种形态配其它辅料配其它辅料材料科学与工程学院材料科学与工程学院为什么要将陶瓷物料加工后变成上述三为什么要将陶瓷物料加工后变成上述三种形态呢？种形态呢？当然是为了后续工序的需要。当然是为了后续工序的需要。 陶瓷的成形陶瓷的成形
