陶瓷生产技术及设备-1

本课程讲授的主要内容：●《陶瓷工艺学》：第6、7、8、9、10、11章。●《耐火材料工艺学》：第5、6、7、8、10、11章的主要内容。●《陶瓷热工设备》：第1、2章的主要内容。第一章原料的处理绪言陶瓷制品的一般生产工艺过程：烧后处理模型制作工作模坯料制备成型釉浆制作釉浆性能检测干燥检验施釉烧成检验入库◆坯料制备流程：真空练泥硬质颗粒料粘土类原料风化、拣选除杂配料湿法球磨过筛、除铁压滤榨泥泥饼陈腐水、电解质过筛浆池陈腐浆池注浆成型坯料（泥浆）挤制泥段可塑成型坯料（泥团、泥段）喷雾干燥制粉粉料过筛料仓陈腐压制成型坯料（粉料）泥浆泵泥浆性能检测●1.1原料的精选一、精选方法原料精选主要是对原料进行分离、提纯，除去其中的各种杂质（尤其是铁质矿物），使之满足制品的质量性能要求。◆精选方法分类（一）物理方法：适用于除去与原料颗粒以分离状态存在的杂质。物理方法：分级法、磁选法、超声波法…化学方法：溶解法、升华法物理化学方法：浮选法、电解法1.分级法：包括淘洗法、水力旋流法、风选法、筛选法等，在在硅酸盐工业中被普遍采用。主要是利用矿物颗粒的尺寸大小或密度差别来进行分离的。（1）淘洗法1.1原料精选1.分级法（一）物理方法（2）水力旋流法1.1原料精选1.分级法水力旋流器结构示意图进浆管溢流管排砂管短圆筒磁选法和超声波法都是用来分离原料中的含铁矿物的。1.1原料精选2.磁选法磁选是利用矿物的磁性差别，根据被磁化物质在磁场中将受到磁力作用的原理，将铁及其氧化物从原料中分离出来。磁选法对除去粗颗粒的强磁性铁质矿物较为有效。矿物化学式相对磁性金属铁Fe100磁铁矿Fe3O440.2钛铁矿FeTiO324.7菱铁矿FeCO31.82赤铁矿Fe2O31.32金红石TiO20.37黄铁矿FeS20.23（一）物理方法1.1原料精选超声波法是将浆体物料置于超声波作用下，使得原料颗粒和水溶液都产生高频振动，互相碰撞与摩擦，进而导致原料颗粒表面的氧化铁和氢氧化铁避免剥离脱落。（二）化学方法3.超声波法（一）物理方法——基于化学反应原理而进行的原料精选方法。其目的主要是除去原料中难以以颗粒形式分离的微细含铁杂质，如硫化铁、氢氧化铁等。（二）化学方法1.升华法——系在高温下使原料中的铁质矿物与氯气反应，生成挥发性或可溶性的物质而除去。由于氯气的毒性，此法很少用。2.溶解法——用酸或其他反应剂对原料进行处理，通过反应使原料中的铁质矿物变为可溶盐，然后再进行水洗除去之。例如，对细磨之后的氧化铝原料进行的酸洗。（三）物理化学方法1.电解法——是基于电化学原理除去铁质矿物的一种方法。在电解过程中，原料中的铁质矿物首先被溶解，然后铁离子向阴极板运动并还原，进而被除去。（三）物理化学方法2.浮选法——是基于各种矿物对水的润湿性不同，从悬浮液中将憎水颗粒（如铁质矿物）粘附在气泡上，进而浮游分离被除去的方法。此法适用于精选含有铁、钛矿物和有机物的黏土原料。浮选法中一般须使用适当的浮选剂以提高浮选效果。常用的浮选剂有：石油碘酸、铵盐（NH4NO3）、Na2CO3、磺酸盐等。二、粘土原料的风化及精选（一）粘土的风化处理粘土风化处理的作用1）可促使母岩残渣进一步粘土化，改善原料的可塑性、结合性；2）可洗去部分可溶性高价态盐类，有利于改善泥浆性能；3）有利于粘土的粉碎和拣选。二、粘土原料的风化及精选（二）粘土的精选高岭土精选工艺流程矿山露天开采球磨筛选机水力旋流器压滤榨泥机滚筒压挤机带式干燥器挤出泥条高岭土成品库袋装输送陶瓷厂分级池沉淀池粉碎机筛分三、硬质料的洗选1.1原料精选——主要作用是除去粘附于其上的粘土、有机物等杂质。方法主要有：1.人工高压水冲洗2.滚筒式洗石机水洗1.2原料的预烧一、预烧的作用1)稳定有利的晶型。以保证制品的性能，避免较大的体积效应而带来的害处（制品开裂）。例如ZrO2、TiO2、Al2O3等原料。●对于同质多晶体原料，显然各种晶型体的性能各不相同；但是，无论哪种原料，稳定的高温型晶体的性能最优良。1.2原料的预烧一、预烧的作用◆对于ZrO2：四方相转变为单斜相非常迅速，引起很大的体积变化，易使制品开裂。通过预烧，并在氧化锆中加入某些氧化物(如CaO、MgO、Y2O3等)能形成稳定立方固溶体，不再发生相变，这种氧化锆称为完全稳定氧化锆(FSZ)，其力学性能低，抗热冲击性差.若减少加入的氧化物数量，使部分氧化锆以四方相的形式存在，而大部分氧化锆以等轴相存在，即只使一部分氧化锆完全稳定，所以称其为部分稳定氧化锆(PSZ)。●由于四方相向单斜相的转变可通过应力诱发产生，故当受到外力作用时，这种相变将吸收能量而使裂纹尖端的应力场松弛，增加裂纹扩展阻力，从而可大幅度提高陶瓷材料的韧性。因此PSZ比FSZ更有利于保证氧化锆制品的力学性能。单斜型四方型等轴型＞1000℃≥2300℃△V=7~9%5.686.106.091.2原料的预烧一、预烧的作用◆1、稳定有利的晶型。对于TiO2：◆对于Al2O3：氧化铝陶瓷的生产，其最初原料都是工业氧化铝（γ-Al2O3）,使用前必须经过预烧，使之转变为α-Al2O3。板钛矿锐钛矿金红石~650℃~915℃4.24~4.273.84~3.903.90~4.00d=氧化钛原料是否预烧，要根据其用途和用量而定。生产含钛电容器陶瓷时，希望其中的TiO2都以金红石相存在，故原料须预烧。γ-Al2O3α-Al2O3＞950℃△V=－14.3%1.2原料的预烧一、预烧的作用2)改变原料的物性或某种特殊结构。如石英硬度大，不易粉碎；滑石具有片状结构，易造成颗粒定向排列；生ZnO量多时易造成缩釉；调节坯料的可塑性，将部分强塑性粘土预烧。3)可消除部分杂质，提高原料纯度。二、预烧温度原料种类预烧温度（℃）备注粘土700~900石英900~1000预烧后急冷滑石1350~1450氧化锌~1250工业氧化铝1300~1600常添加0.3~3%的H3BO3等稳定剂氧化钛1250~1300温度不能太高，且须保证氧化气氛氧化锆~1500须加入适当稳定剂1.陶瓷和耐火材料原料预烧的目的有哪些？普通陶瓷生产过程中哪些原料在何情况下需要预烧；2.试写出陶瓷塑性坯料制备的工艺流程。第二章坯釉料制备一、塑性坯料制备流程2.1坯料制备工艺流程流程1:利用瓷石粉和高岭土不子直接配料加工●高岭土不子的制备流程：●塑性坯料制备流程的两种情况：情况A——硬质原料单独干法细碎，细度达到325目以上；再与高岭土配料化浆。一、塑性坯料制备流程流程1:利用瓷石粉和高岭土不子直接配料加工情况B——硬质原料和高岭土先称量配料，再一起干法细碎，然后化浆。●流程1的特点：1）不用球磨，减少设备，节约电耗，节省投资费用。2）原料生产专业化，有利于提高和保证原料质量，对瓷厂稳定产品质量有利。3）雷蒙粉中含铁量较高，生产上要加强除铁。一、塑性坯料制备流程●流程1的特点：4）雷蒙粉颗粒级配不合理，泥料可塑性不好。5）由于硬质原料和软质原料密度、硬度相差较大，混合雷蒙细碎时，易使同一批混合雷蒙粉中前后组成相差大。6）雷蒙机粉碎时粉尘大，除尘要求高。流程2:硬质料单独干法中碎，软、硬质料一起湿法细碎●流程2的特点：1）坯料混合的均匀性好，颗粒级配比较合理，细颗粒较多，可塑性相对提高。2）各种原料均能较好地被细碎，细碎工艺的适应性强。3）球磨效率较低，不便于连续化生产，电耗大，投资费用较高。4）中碎采用干法轮碾或雷蒙机粉碎，粉尘大，除尘设备投入大。流程2:硬质料分别单独干法中碎，软、硬质料一起湿法细碎粉料一、塑性坯料制备流程流程3:硬质料分别单独粗碎，软、硬质料一起湿法中细碎石英长石硬质粘土软质粘土煅烧洗选洗选拣选拣选粗碎粗碎粗碎称量湿法轮碾过筛除铁浆池搅拌浆泵输送球磨机过筛除铁浆池搅拌喷雾干燥制粉粉料过筛浆粉混合制泥压滤榨泥泥料粗练泥料陈腐精练塑性泥料特点：干法配料准确，中碎无粉尘产生。但软硬质料同时入磨细碎会在一定程度上影响球磨效率。一、塑性坯料制备流程流程4:硬质料干法中碎、湿法细碎，粘土化浆后配入特点：硬质料加少量粘土湿法细碎效率较高，但容积法配浆准确性较差，要求浆池、浆泵数量多。石英长石硬质粘土软质粘土煅烧洗选洗选拣选拣选粗碎粗碎粗碎称量湿法球磨过筛除铁浆池搅拌压滤榨泥泥料粗练泥料陈腐精练塑性泥料中碎中碎中碎少量黏土浸散化浆（强力搅拌）过筛浆池搅拌容积法配料搅拌均匀过筛除铁浆池搅拌流程5:硬质料分别单独雷蒙细碎、称量、干混均匀，软质粘土化浆混入。石英长石硬质粘土软质粘土煅烧洗选洗选拣选拣选粗碎/干燥粗碎粗碎称量干混均匀加泥浆湿混（双轴搅拌机）真空练泥（粗练）浆池搅拌化浆过筛除铁浆池搅拌容积计量塑性泥料雷蒙细碎雷蒙细碎雷蒙细碎干粉除铁干粉除铁干粉除铁泥料陈腐真空练泥（精练）一、塑性坯料制备流程2.1坯料制备工艺流程●流程5的特点：粉料干混再加泥浆湿混工艺可以省去效率较低的球磨工序和劳动强度高的压滤工序，但坯料的均匀性和可塑性均较差，而且雷蒙过程中会带进0.1～0.3%的铁，且干法除铁效率很低，故这种坯料制备工艺采用很少。流程6：细颗粒硬质原料袋装进厂，软、硬质料分别称量配料，一起湿法球磨细碎。●流程6的特点：工序简单，投资较少；避免了干法中细碎带来的粉尘大，除尘除尘困难，以及干粉干混、再加泥浆湿混工艺所带来的坯料均匀性和可塑性均较差的缺点，是当前比较流行的趋势。一、塑性坯料制备流程●流程6：细颗粒硬质原料袋装进厂，软、硬质料分别称量配料，一起湿法球磨细碎。硬质原料软质粘土拣选称量过筛除铁浆池搅拌球磨机压滤榨泥泥料粗练泥饼陈腐精练塑性泥料泥料二次陈腐注：教材中所列的日本和英国塑性坯料制备流程，实际上分别与上述流程2及流程4相同。二、注浆坯料制备流程●注浆坯料的制备工艺流程与塑性坯料的一些流程相同，只是无需压滤榨泥。例如：石英长石硬质粘土软质粘土煅烧洗选洗选拣选拣选粗碎粗碎粗碎称量湿法轮碾过筛除铁浆池搅拌浆泵输送球磨机过筛除铁浆池搅拌/陈腐硬质粒状料软质粘土拣选称量过筛除铁浆池搅拌球磨机浆池搅拌/陈腐三、压制坯料制备流程●流程1：湿法细碎、压滤榨泥、泥饼烘干并粉碎硬质粒状料软质粘土拣选称量配料石英长石硬质粘土软质粘土煅烧洗选洗选拣选拣选粗碎粗碎粗碎称量湿法轮碾过筛除铁浆池搅拌浆泵输送球磨机过筛除铁浆池搅拌压滤榨泥泥饼烘干打粉机粉碎粉料过筛入仓陈腐三、压制坯料制备流程●流程2：湿法细碎、泥浆喷雾干燥制粉硬质粒状料软质粘土拣选称量配料石英长石硬质粘土软质粘土煅烧洗选洗选拣选拣选粗碎粗碎粗碎称量湿法轮碾过筛除铁浆池搅拌浆泵输送球磨机过筛除铁浆池搅拌喷雾干燥粉料过筛粉料入仓陈腐三、压制坯料制备流程●流程3：干法细碎、加水润湿造粒硬质原料软硬质粘土洗选拣选粗碎/干燥粗碎配料称量干混均匀加水润湿造粒（双轴搅拌机）雷蒙细碎雷蒙细碎干粉除铁干粉除铁料仓料仓（双轴搅拌机）粉料过筛粉料入仓陈腐一、釉料制备的质量要求及控制（釉浆的工艺性能要求）2.2釉料制备工艺流程釉浆的工艺性能对保证施釉质量及烧后的釉面质量至关重要。它主要包括釉浆的细度、比重、流动性与稳定性。1.釉料的细度釉浆的加工细度影响着其稳定性、触变性、施釉后与坯体的附着力、烧成温度，以及烧后的釉面质量等。太细的釉浆稠度大，触变性大，施釉时易形成釉层过厚，施釉后收缩大、易开裂，因此釉料的加工细度必须适当。一般陶瓷透明釉的细度控制为万孔筛余＜0.2%；乳浊釉细度控制为＜0.1%.2.釉料的比重（相对密度、含水率）釉浆的比重直接影响着施釉时间的控制，即影响一定施釉时间内形成的釉层厚度。含水率太低、相对密度太大的釉浆易形成厚而不均的釉层，易开裂和缩釉。一、釉料制备的质量要求及控制（釉浆的工艺性能要求）2.2釉料制备工艺流程釉浆比重的控制取决于坯体的种类、厚薄与干燥程度，以及施釉方法。色釉的相对密度一般比透明釉大些；用于素坯施釉的釉浆比用于生坯施釉的釉浆浓些。另外，冬季气温低，釉浆粘度大，其相对密度应适当降低；反之亦然。釉浆比重一般波动于1.4~1.8。2.釉料的比重（相对密度、含水率）生坯浸釉时1.4~1.45；素坯浸釉时1.5~1.7；喷釉一般控制为1