陶瓷工艺学

1我国陶瓷发展经历三个阶段：a陶器b原始瓷器c瓷器三个重突破：a原料的选择和精致b窑炉的改进和烧结温度的提高c釉的发现和使用。又分为传统陶瓷（日用建筑电瓷化工）和特种陶瓷（新型精细高技）2传统陶瓷与特种陶瓷的区别：a用料不同，特种少用粘土，而是经过加工的不同纯度的化工原料或合成矿物原料b新工艺，工艺突破传统c不同的化学组成显微结构和性质。共性：均为无机非金属材料陶瓷定义：狭义指以粘土为主要哦原料与其他矿物原料粉碎混炼成型烧结等工艺过程制成的各种制品。广义：指用生产陶瓷方法制造的无机非金属固体材料和制品的统称3粘土的成因可以分成几类？一、风化沉积型：指深层的岩浆岩（花岗岩、伟晶岩、长英岩）在原地风化后即残留在原地，多成为优质高岭土的主要矿床类型。有时，火山岩（火山凝灰岩、火山熔岩）会就地风化，一般形成膨润土矿床二、热液蚀变型高温岩浆冷凝结晶后，残余岩浆中含有大量的挥发分及水，当温度进一步降低后，水分则以液态存在，但其中溶有大量其他化合物。但这种热液作用于母岩时，会形成粘土矿床，这就称为热液蚀变型粘土矿三、沉积型粘土矿床风化了的黏土矿物借助雨水或风力的搬运作用搬离原母岩后，在低洼的地方沉积而形成矿床，称为二次黏土。（也称为沉积黏土或次生黏土）4黏土的化学组成主要由黏土矿物组成的多种矿物混合体，主要化学成分为sio2al2o3水,随着生长地质的不同，黏土还含有少量的碱金属氧化物k2ona2o，碱土金属氧化物caomgo,着色氧化物fe2o3tio2_5黏土的矿物组成可将黏土分为高岭土，蒙脱土（膨润土），伊利石黏土等类型。6为什么伊利石黏土和蒙脱石之间的结构区别：伊利石也是2:1型层状层状结构的铝硅酸盐矿物，与蒙脱石不同是，其硅氧四面体中的Al3+比蒙脱石多，层间阳离子通常为K+，也有部分被H+、Na+所取代。K+的离子半径大小正好嵌入层间，故其晶格结合牢固，不致发生膨胀。伊利石的层间键比云母弱，比蒙脱石强。7黏土的工艺性质1、可塑性：黏土粉碎后用适量水调和、混练后捏成泥团，在一定的外力作用下可以任意改变其形状而不发生开裂，除去外力后，仍能保持受力时的形状的性能。2、结合性：黏土能结合非塑性原料，形成良好的可塑性泥团、有一定干燥强度的能力3、离子交换性：4、触变性：黏土泥浆或可塑性泥团受到振动或搅拌时，黏土会降低，而流动性增加，静置后又能逐渐恢复形状。反之，相同的泥料放置一一段时间后，在维持原有水分的情况下增加粘度，出现变稠和固化想象。5、膨胀性6、收缩7、烧结性能：8、耐火度：表征材料无荷重时抵抗高温作用而不熔化的性能。8触变性产生原因：由于黏土片状颗粒的活性边表面上尚残留少量电荷为完全中和，以致形成局部边—边或边-面结合，是黏土之间常组成封闭的网络状结构，这是泥料中大部分自由水被分隔和封闭在网络的空隙中，使整个黏土-水系统形成一种好像水分减少、黏度增加、变稠和固化的现象。但是，这样的网络结构是疏松和不稳定的，但稍有剪切力的作用和震动时，就能破坏这种网络状结构，是被分隔或封闭在网络中的“自由水”得以解脱出来，于是整个黏土-水系统又变成一种水分充足、黏度降低且流动性增加的状态。但放置一定的时间后，上述网络状结构又会重新建立，这时又出现变稠和固化想象。9黏土在陶瓷生产中的作用：a黏土的可塑性是陶瓷坯泥赖以成型的基础b使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性c黏土一般呈细分散颗粒，同时具有结合性。这可在坯料中结合其他记性原料并使坯料具有一定的干燥强度，有利于坯体的加工d黏土是陶瓷烧结时的主体e是形成陶器主体结构和瓷器中莫来石晶体的主10高温型的缓慢转化：由表面开始逐步向内部进行，转化后发生结构变化，形成新的稳定晶型，因而需要较高的活化能。转化进程较慢，需要较高的温度与较长的时间，同时发生较大的体积变化。为了加速转化可以添加细磨的矿化剂或助溶剂。低温型的快速转化：:在达到转化温度之后，晶体的表里瞬间同时发生，但是其结构不发生改变，因而转化较容易进行，体积变化不大，且为可逆转化。两者差异：单纯从数值看，缓慢转化似乎会对陶瓷材料的性能产生严重的不利影响，但实际上由于该转化速度非常缓慢，同时转化时间也很长，再加上液相的缓冲作用，因而使得体积的膨胀进行缓慢，抵消了固体膨胀应力所造成的破坏作用，对制品的性能的危害反而不大。相反，虽然低温下的快速转化的体积膨胀很小，但是因其转化迅速，又是在无液相出现的所谓干条件下进行，因而破坏性强，危害更大。1石英在陶瓷生产中的作用：a可对泥料的可塑性起调节作用b在陶瓷烧成中，石英的体积膨胀可部分地抵消坯体收缩的影响，当玻璃质大量出现时，在高温下石英能部分熔于液相中，增加熔体的黏度，而未熔解的石英颗粒，则构成坯体的骨架，可防止坯体发生软化变形等缺陷。c在瓷器中，石英对坯体的力学强度有着非常大的影响，合理的石英颗粒能大大提高瓷器坯体的强度，否则效果相反d在釉料中，二氧化硅是生成玻璃质的主要组分，增加釉料中的石英含量能提高釉的熔融温度和黏度，并减少釉的热膨胀系数。1长石在陶瓷生产中的作用a长石在高温下熔融，形成粘稠的玻璃熔体，是坯料中碱金属氧化物的主要来源，能降低陶瓷坯体组分的熔化温度，有利于成瓷和降低烧成温度b熔融后的长石熔体能熔解部分高岭土分解产物和石英颗粒液相中Al2O3和SiO2互相作用，促进莫来石晶体的形成和长大，赋予了坯体的力学强度和化学稳定性c长石熔体能填充与各结晶颗粒之间，有助于坯体的致密度和减少空隙。冷却后的长石熔体，构成了瓷的玻璃基质，增加了透明度，并有助于瓷坯的力学强度和电气性能的提高。d在釉料中长石是主要熔剂e长石作为瘠性原料，在生坯中还可以缩短坯体干燥时间、减少坯体的干燥收缩变形等。2氧化铝有哪些晶型？α-Al2O3β-Al2O3γ-Al2O3为什么需要预烧：γ-Al2O3在自然界中不存在，只能用人工方法制取，但它是低温形态的Al2O3，在高温下不稳定，在950°C----1500°C范围内不可逆转地转化为稳定型的α-Al2O3，同时发生体积收缩。，其目的是使γ-Al2O3全部转变为α-Al2O3，从而减少陶瓷坯体的烧成收缩。此外，预烧还可以排除所含的Na2O杂质，提高原料的纯度，保证产品的性能。3粉体颗粒的粒度：粒度指颗粒在空间范围所占的线性尺寸的大小，所有颗粒的平均大小被定义为该粉体的粒度。粒度分布分为频率分布和累计分布，前者表示与各个粒径相对应的例子占全部颗粒的白分量后者是小雨或大于某一粒径的粒子占全部颗粒的白分量，累计是频率的积分形式4颚式破碎机的工作原理：:当动颚摆向定颚时，落在颚腔中的物料主要受到颚板的挤压作用而粉碎；但动颚摆离定颚时，已破碎的物料在重力的作用下经颚腔下部的出料口卸出。因而颚式破碎机的工作是间歇性的，破碎和卸料过程在颚腔内交替进行，工作时，动颚上各点均以悬挂轴为中心，做单纯的圆弧摆动。5圆锥式破碎机和颚式破碎机异同:都对物料施以挤压力，破碎后自由卸料。不同之处在于圆锥式破碎机的工作过程是连续进行的，物料夹在两个锥面之间同时受到弯曲力和剪切力的作用而破碎，故破碎较易进行。因而，其生产能力较颚式破碎机大，动力消耗低。6反击式破碎机主要作用在三个方面：a自由破碎b反弹破碎c铣削破碎7球磨粉碎工作原理：当筒体旋转时带动研磨体旋转，靠离心力和摩擦力的作用，将磨球带到一定的高度。当离心力小于其自身重量时，研磨体下落，冲击下部研体及筒壁，而介于其间的粉料便受到冲击和研磨。主要影响因素：球磨机的转速研磨体的密度大小及形状球磨方式料、球、水的比例装料方式球磨机的直径球磨机的内村材质8气流粉碎的工作原理利用高压流体（压缩空气或过热热蒸汽）作为介质，将其高速通过细的喷嘴射入粉碎室内，此时气流体积突然膨胀、压力降低、流速急剧增大（可达到音速或超音速），物料在高速气流的作用下，相互撞击、摩擦、剪切而迅速破碎，然后自动分级，达到细度的颗粒被排出磨机。粗颗粒将进一步循环、粉碎，直至达到细度要求优点：气流粉碎的最大特点就是不需要任何固体研磨介质。可以保证物料的纯度。在粉碎过程中，颗粒可以自动分级，粒度比较均匀，且能够连续操作，有利于生产的自动化。缺点是耗电大，附属设备多。研磨时，噪声和粉尘较大。9化学法合成粉体a固相法：热分解反应法化合反应法氧化还原法b液相法：沉淀法醇盐水解法溶胶-凝胶法溶剂蒸发法c气相法蒸发—凝聚法气相化学反应法1影响泥浆流动性的因素：a固相的含量、颗粒大小和形状的影响在一定浓度的泥浆中，固相颗粒越细，颗粒间的平均距离越小，吸引力增大，位移时所需克服的阻力增大，流动性减小，对于体积相同的固相颗粒来说，等轴颗粒产生的阻力最小，颗粒形状不规则，流动阻力大，泥浆流动性差b泥浆温度的影响将泥浆加热时，分散介质的黏度下降，泥浆黏度也因而降低c黏土及泥浆处理方法的影响当黏土干燥温度升高时，一定量泥浆流动时间缩短，即其流动性增加d泥浆的pH值得影响泥浆pH值改变时，会改变胶粒表面作用力和影响ξ-电位，因而使泥浆在一定范围内黏度显著下降2注浆过程的物理化学变化：a注浆时的物理脱水过程泥浆注入模型后，在毛细管力的作用下，泥浆中水分沿着毛细管排出。可以认为毛细管力是泥浆脱水过程中的推动力。这种推动力取决于毛细管的半径和水的表面张力。注浆过程中的阻力来自石膏模和坯体两方面。注浆开始时，模型的阻力起主要作用。随着吸浆过程的不断进行，坯体厚度继续增加，坯体所产生的阻力愈发显得重要，最后起主导作用。b注浆时的化学凝聚过程泥浆和石膏模接触时，在其接触面上溶有一定数量的CaSO4。它和泥浆中的Na-黏土及水玻璃发生离子交换反应：na—粘土+caso4+na2sio3——ca—粘土+casio3+na2so4这一反应使得靠近石膏模表面一层Na-黏土变成Ca-黏土，泥浆由悬浮状态转为聚沉状态。石膏起着絮凝剂的作用，促进泥浆的絮凝硬化，缩短成坯时间1陈腐作用机理a通过毛细管的作用，使坯体中水分更加均匀b水和电解质的作用使黏土颗粒充分水化，发生离子交换，同时非可塑性物质转变为黏土，可塑性提高c有机物发酵腐烂可塑性提高d发生一些氧化还原反应，生成H2S气体扩散流动，使泥料分散跟均匀陈腐作用原因意义：a球磨后的注浆放置一段时间后，流动性增加，性能改善b压滤的泥饼水分和固相颗粒分布不均，含有大量的空气，陈腐后水分均匀，可塑性强c造粒后压制粉料陈腐后水分更均匀2增大吸浆速度的方法a减少模型的阻力b减少坯料的阻力c提高吸浆过程的推动力3影响层裂的因素及解决方法a残留在坯体内和空气b坯体中的水分水的压缩性很小，在高压下水从颗粒的间隙挤入气孔，压力消除后它又重新进入颗粒之间使颗粒分离引起坯体体积膨胀，产生层裂c加压次数加荷卸荷次数越多，残余变形逐渐减小，所以在条件相同的情况下，间断地卸荷比一次压制密度高d压制时间及压力大小坯体在压力不大但作用时间长时比大压力一次性加压产生的塑形变形大。4热压成型的优缺点：适用于矿物原料，氧化物，氮化物等为原料的新型陶瓷的成型其成型设备不复杂，磨具磨损小，操作方便生产效率高缺点：工序繁琐，耗能大工期长对于壁薄大而长的制品不宜采用5坯体的干燥过程：第一阶段是等速干燥阶段，是干燥过程中最主要的阶段，此阶段排排出大量水分，在整个阶段中，排出速度始终是恒定的。第二阶段是降速干燥阶段，随着干燥时间的加长，或坯体含水量的减少，坯体表面的有效蒸发面积逐渐减少，干燥速度逐渐降低。第三阶段是干燥速度逐渐降为零，最终水分不再减少。平衡水分的多少，取决于物料的性质、颗粒大小和干燥介质的温度与相对湿度。1烧结的定义：烧结是生坯在高温下的致密化过程和想象的总称，随着温度的上升和时间的延长，固体颗粒相互键联，晶粒长大，空隙减少，体积收缩，密度增加，最后成为坚硬的具有某种显微结构的多晶烧结体，这个工艺称为烧结。2烧结和烧成的差异：烧成包含多种物理和滑雪变化，例如脱水，坯体内气体分解，多相反应和熔融，溶解、烧结等。而烧结仅仅指粉料成型体经加工而致密化的简单物理过程，显然烧成的定义包含的范围更广，一般都发生在多相系统内，而烧结仅仅是烧成过程中的一个重要过程。烧结是纯物理的致密化过程3固相烧结过程及机理：固相烧结一般可分为三个