陶瓷的基本知识重点资料

陶瓷製品基本知識11一.陶瓷(CERAMIC)概念:1.陶瓷是以粘土為原料經高溫燒制而成之器物.它是陶器和瓷器之統稱.按我司目前打樣及出貨來看,陶器製品有白雲陶、紅土陶、半瓷(也叫石瓷,是介於陶器與瓷器之間的一種陶瓷),一般質地疏鬆粗糙且存在很多氣孔,所以有一定的吸水性;而瓷器則是比陶器細致而堅硬,有一定的透光性.2.陶瓷表面一般皆有釉面,釉是以石英、長石、硼砂、粘土等為主原料,並根據需要配以著色氧化物及氯化物,經過鍛燒,研磨製成.塗在陶瓷之表面.具有玻璃光澤,可增加陶瓷的機械性能.表現豐富多彩的外觀要求.二.陶瓷的成分和組成1.陶瓷的成份(1)主要形成物成份:3Al2O3.2SiO2、Al2O3和SiO2(2)助熔劑性質成份(3)雜質:TiO2Fe2O3FeO(4)性能改進劑:A.MgO、ZnO、BaO、Cr2O3-提高物理強度和耐鹼強度;B.Al2O3、ZrO2-提高機械強度和熱穩定性C.3MgO.4SiO2.H2O-降低熱膨脹系數D.SiC-提高導熱性2.陶瓷的組成(1)粘土:基本上是由矽酸鋁的水合物(Al2O3.2SiO2.2H2O)鹼土金屬(Ca﹑Ba)氧化物或化合物,鹼金屬(Na﹑K)的化合物組成,有時還有些鐵的氧化物.其主要成份為Al2O3和SiO2,但其熔點很高,分別為2050℃和1728℃,但因粘土中含有其他成份,使得其在約900溫度範圍內即發生某些融合盡管同為粘土製作之器物,因粘土其純度的不同使得陶器和瓷器於物理和機械性能方面存在許多的差異.瓷器是最純的粘土製品,一般由Al2O3和SiO2,組成.其成份範圍在SiO2和高紅柱石(3Al2O3.2SiO2)之間,即含有大約20%~50%Al2O3.為了調整熔點,還加入一些如鹼金屬氧化物那樣的其他物質;陶器和半瓷的純度(Al2O3和SiO2含量)較低,而其他雜質的含量相對較高,故其燒成溫度較低且孔洞多密度小(2)長石:分子式為R2O.Al2O3.6SiO2,包括有鉀長石K2O.Al2O3.6SiO2,鈉長石Na2O.Al2O3.6SiO2,和鈣長石Ca2O.Al2O3.6SiO2(3)石英:分子式為SiO2,主要來自石英砂,高質量的石英砂中石英的含量的99.8以上.三.陶瓷的形成過程1.濕塑成型:粘土中的鱗片狀顆粒未經過處理前其排列是混亂的,塑性差,必須根據粘土的類型及其顆粒的表面狀態加適量的水(這些水將分佈於顆粒之間的間隙處和粒子表面的空洞處)再經過機械的或人工的力的作用,使這些鱗片狀顆粒可以比較自由地彼此運動,並力求彼此平行地排列起來,以達到其塑性極限並具有可塑性;另外,還必須加入某些添加劑,以改善或改變粘土的某些性能;最後通過各種方式塑造成型.2.乾燥階段:陶瓷製品基本知識22成型後,通過自然方式或烘乾設備進行乾燥,粘土中的水份開始蒸發,強度開始增大,但要注意控制好乾燥速度,使表面排出水份的速率大致與水通過間隙擴散到表面的速率,否則會因乾燥收縮引起製品的開裂.3.燒成階段:(1)低溫階段(室溫~300--進一步排出坯體中的殘餘水份;(2)分解和氧化階段(300~950)--化合水的排出;有機物碳素和無機物等的氧化;碳酸鹽硫化物等的分解,通過分解和氧化反應,除去粘土中的各種有機和無機雜物.(3)高溫階段(900~燒成溫度)—分解和氧化反應繼續進行,粘土開始融合或玻璃化,直到其進行得相當完整,但因為粘土完全融合會使製品變軟甚至踏陷,所以粘土製品僅僅是部份融合,玻璃基體中還有未反應的Al2O3和SiO2.這些未反應物必須可以並且足以支撐起產品形體不會改變,對於表面的釉而言,其熔點一定比陶瓷低且在同樣高溫狀態下處於完全熔融的液體狀態(4)冷卻階段(燒成溫度~室溫)—隨著溫度的降低,產品開始變硬,白雲陶赤陶(即陶器)中未反應融合的成份最多,半瓷次之,瓷器最少,故從玻璃化程度來說,瓷器最高(接近完全玻璃化),半瓷次之,陶器最少;無論陶器還是瓷器,其表面的釉是完全玻璃化的.四.陶瓷的一般性能1.機械性能:(1)剛度—剛度由彈性模量衡量,彈性模量反應結合鍵的強度,陶瓷的具有很強大的化學鍵,所以有很高的彈性模量,但氣孔率和溫度對彈性模量影響極大,隨著氣孔的增多和溫度的昇高,其彈性模量逐漸降低.(2)硬度—鍵的強度也決定了陶瓷的硬度,所以其硬度非常高,一般為1000~5000Hv,淬火鋼為500~800Hv,高聚物為20Hv以下.(3)強度—依理論計算,其強度就是很高的,約為E/10~E/5,但因受密度/雜質及各種缺陷的影響,其實際值只為E/1000~E/100.(4)塑性/韌性或脆性—在常溫下無塑性,在0.5Tm時塑性開始;其受載時不會發生型變即會發生在較低的應力下斷裂2.物理和化學性能(1)熱膨脹—指溫度昇高時物質的原子振動振幅增大,原子間距增大所導致的體積長大現象,其系數一般為〔a=(7-300)*10-7/℃〕,高聚物為〔a=(5-15)*10-5/℃〕,金屬為〔a=(15-150)*10-5/℃〕(2)導熱性—指在一定溫度梯度作用下熱量在固體中的傳導速率,陶瓷的熱傳導主要依靠原子的熱掁動(沒有自由電子的傳導作用),所以導熱性很小,其系數為λ=10-2~10-5W/(m.K),較金屬低很多.(3)熱穩定性—就是抗熱掁,性為陶瓷在不同溫度範圍波動時的壽命,一般用急冷水中不破裂所能承受的最高溫度來表達.,由於陶瓷的導熱性低和韌性低,所以其熱穩定性很低.(4)化學穩定性—對酸/鹼/鹽等腐蝕性強的介質均有較強的抗蝕能力.五.陶瓷的類別及特性:1.日用陶器的類別和特性陶瓷製品基本知識33特性類別燒成溫度吸水率收縮比顏色光澤硬度表面處理陶器白雲陶earthenware普通白雲陶950℃~1050℃15%4%-6%白色無光最低3/D類﹑平面彩繪(釉下彩)重質白雲1110℃~1150℃10%白色無光較低3/D類﹑平面彩繪(釉下彩)赤陶(紅土陶)terracotta高溫紅土1110℃~1150℃10%4%-6%紅褐較低雙色、色釉低溫紅土980℃~1050℃15%紅褐最低雙色、色釉半瓷stoneware普通半瓷1150℃~1210℃3%10%-12%米黃無光中等素色、貼花、手繪(釉上彩)新古瓷米白無光2.日用瓷器的類別和特性六.陶瓷製作工藝流程類別成份配比/%燒成溫度/℃性能特點主要應用長石質瓷(R2O.Al2O3.6SiO2)長石20-301250~1350瓷質潔白半透明不透氣,吸水率低,堅硬強度高化學穩定性好食具,茶具,陳設品,裝飾美術瓷器,一般工業用品石英25-30粘土40-50絹雲母質瓷(K2O.3Al2O3.6SiO2.H2O)絹雲母30-501250~1450同長石質瓷,但透明度和外觀色調較好食具,茶具,工藝美術品高嶺土30-50石英15-25其他礦物5-10骨灰質瓷(磷石灰)(Ca3(PO4)2)骨灰20-601220~1250白度高透明度好瓷質軟光澤柔,但較脆且熱穩定性差高級食具﹑茶具,高級工藝美術品長石8-22高嶺土25-45石英9-20日用滑石質瓷(3MgO.4SiO2.H2O)滑石約731300~1400良好的透明度和電性能,較高的強度和熱穩定性高級日用器皿,一般電工陶瓷長石約12高嶺土約11粘土約4陶瓷製品基本知識44制模成型雕型(原型)分片(樣品模)包CASE敲模手灌漿高壓滾壓衝壓整修素燒繪彩施釉連接切邊(打孔)刮模線洗坯烘烤素燒施釉彩繪釉燒貼花(其他處理)烤花(其他處理)包裝七.各流程常見問題點及原因分析:1.雕型階段---除表達特殊美學外,要充分掌握以下各要點以利於大貨生產.(1)各部分之弧度厚薄比例要合理,避免成型過程中變型甚至開裂.(2)浮雕之深淺度及角度適中,便於分片成模及注漿脫模.陶瓷製品基本知識55(3)轉角要圓,避免出現死角,而造成開裂.2.分片階段---原則是採用最少之片數且方便脫模,以減少模線.3.制模階段:(1)模具不密合,模縫較大,造成成型時有粗模線存在.(2)鉀肥皂如果未清理幹凈,殘留在模具上,成型時形成針孔,氣泡.4.成型階段:(1)針孔:A.泥漿抽真空不徹底,殘留有空氣,或其他雜質.B.模具上鉀肥皂未清理幹凈,該點無法吸水,泥漿不能於此點被吸附變幹.C.模具內石膏屑或灰塵.(2)氣泡:A.形成原因完全同“針孔”形成原因.B.手灌漿時進料口小,且流入方式不正確,致使內部空氣無法排出.(3)變型:A.脫坯太濕,支撐力不夠.B.木板不平.(4)注漿孔開裂:高壓成型時,脫坯後未修補.(5)模線:a.脫坯太濕;b.整修時胚體太濕;c.模具原因,趟次過多損傷嚴重或分片時各片不密合,縫隙過大.(6)倒流漿:倒漿時泥漿未完全流出或未乾再扶正模具,則泥漿於內部向底部回流.(7)注漿縫合線:高壓成型時,泥漿進入模具內分流再相遇而形成結合線,上透明系統釉及淺色釉時特別明顯.(8)水紋印:高壓成型時,模具太濕或泥漿太稀所致.(9)水玻璃堆積:手灌漿成型產品側面及底部沈積之水玻璃,沈積處與其他部分存在明顯色差.(10)泥紋:滾壓成型時大件產品與石膏模接觸之面表皮波浪紋密佈,該處吸釉能力與其他部分明顯不同.故上白色或透明釉時無法全部掩蓋.(11)表面凹陷:高壓注漿時,相對著底腳之表面有一圈凹痕,主要是此部分較厚或泥漿太稀,內部未幹透而脫坯形成.5.修整階段:(1)附件開裂:A.連接附件時附件與主體於接點之弧度要求一致.且接觸面積大並且實施適量的壓力使其密合,否則易開裂.B.兩者的幹濕度差異太大造成不同的收縮比而降低粘結牢固度.C.對於較大的中空附件要讓內部之空氣在高溫下可以順利排出,否則極易造成粘結處開裂.(2)變型:切口時泥坯太濕,且破壞各部分收縮拉力平衡.在繼續乾燥過程中則變型.(3)開裂:泥坯太幹時切口洗口.泥坯口邊被水突然濕潤且繼續乾燥.而造成不同之收縮比開裂.(4)利角邊:洗坯時未洗圓滑.(5)泥塊或泥粒:切口或打孔時掉入內部於整修時清理,一種粘附於底部,另一種是在密封空間裏未粘附,如水罐把手打出氣孔時,泥粒掉進內部,釉燒後搖晃則發出碰撞聲.6.素燒階段:此過程中容易產生開裂現象,要求烘烤時水份一定要幹且窯速要適中.窯速越快越易開裂.陶瓷製品基本知識667.彩繪階段:彩繪一般分為釉上彩和釉下彩,半瓷土色太黃一般皆採用釉上彩,而白雲陶則採用釉下彩.彩繪一般要求主色與背景色絕不可跑色,而圖案的大小位置要協調一致.(1)釉上彩泛底:表面彩繪層中明顯帶有密集點狀底釉.如果彩繪後噴一層薄薄的透明釉則可改善.(2)彩繪部分粗澀無光澤:A.釉下彩後未烤色,表層釉吸附太薄.B.彩繪層太厚.藍色釉上彩或釉下彩容易出現這一題.C.回燒變色,主要是變黑變暗.8.施釉階段:(1)縮釉:A.坯體存在太久,表面灰塵油質吸附且滲透.導致釉面根本無法與坯體結合而大面積縮釉.B.釉層太厚.蒸發孔堵塞.C.對素坯吹風擦水不徹底.D.死角或凹陷處釉層虛附釉層與坯體間的夾層空氣.(2)露白:邊沿利角處收釉較薄.顏色較淺.(3)流釉:A.上釉時觸網之處釉水未幹即倒置,未幹釉水順著產品內外壁下流;或者產品底腳圈內凹陷部未幹而傾斜流出形成.B.釉水流動性差.乾燥太慢,無法流平形成.C.釉水流動性太強,還未完全流平就已幹透形成.(4)白點:粉色系釉中之鋯白粉.(5)黑點:釉水脫鐵不徹底或窯爐中有掉灰形成.(6)積釉:出現在產品底部凹陷處,施釉時釉水無法正常流出或者口沿角網部分.(6)污染:A.其他釉飛濺造成.B.操作人員手上有其他釉水.C.換施釉水時擦底機海綿未清理幹凈,造成擦底時污染,(特別是寶藍色)在施釉時很難看出有污染現象,一經燒成則明顯.9.燒成階段:(1)開裂:高溫或冷腳過程中死角或厚薄關太大處造成升溫裂與冷卻裂.(2)變型:A.收縮拉力差異.直立式產品開口造成變型.B.重力作用不均衡下踏,主要是盤類邊部分下踏.C.平板類產品,四腳翹曲.(3)色差:A.釉料對溫差太敏感,臺車不同層次,不同位置溫有一定溫度差而造成色差.B.施釉厚薄度不一致造成.釉越原厚則顏色越深,特別是透明系統釉水.(4)粘底:底部懸空跨度太大,缺少重量支撐點,高溫過程中下踏而與窖板相連.(5)污染:排