坯料的配方与制备

第三章坯料的配方与制备控制坯料配方的重要意义通过对坯料配方的物理、化学分析测试数据，结合对原料进行相应的研究，控制各组分的原料配比，调节不同氧化物组分的含量，得到质量最优的陶瓷。因此坯料配方是陶瓷生产工艺的基础。坯料的化学组成是控制坯料配方的基本依据。（关于其化学分析方法在以后介绍）1.1各种氧化物在陶瓷中的作用SiO2：主要由石英引入，也可由粘土，长石引入。是成瓷的主要成分。部分SiO2与Al2O3在高温下生成莫来石；部分SiO2以残余石英形式存在，这是构成瓷体的骨架，提供瓷体的机械强度。部分SiO2与碱性氧化物在高温下形成玻璃体，使坯体呈半透明性。注意：SiO2含量高，热稳定性差，易于炸裂。Al2O3：主要由粘土，长石引入，成瓷的主要成分。部分于莫来石中，部分于碱性氧化物形成玻璃体。相对提高Al2O3含量，可提高白度，热稳定性，化学稳定性，和机械强度。工艺过程：Al2O3含量高，烧成温度高；Al2O3含量低，烧成时易变形。K2O、Na2O：主要由长石（瓷石）引入。与Al2O3SiO2形成玻璃相。助熔作用，K2O、Na2O含量过高（５％），急剧降低烧成温度，热稳定性大大降低，一般控制含量在５％以下。可提高白度。CaO、MgO碱土金属氧化物，一般含量较少，不特别加入。少量时，和碱金属氧化物共同起助熔作用。引入可提高热稳定性和力学强度，提高白度和透明度，改进色调，减弱铁、钛氧化物的不良着色影响。Fe2O3、TiO2来自粘土、长石等中的杂质，含量较微。有害影响较大，可使瓷被着色成不好的色泽，影响其外观品质。2.坯料的类型长石质瓷坯料绢云母质瓷坯料磷酸盐质瓷坯料其它质地瓷坯料2.1长石质瓷坯长石－石英－高岭土为主的三组分配方，是现代日用陶瓷最普通的配料。据熔剂成分的变化范围不同，配料不同，可配成烧成温度在1150－1450℃的陶瓷坯料。一般烧成温度在1250－1350℃之间。一般长石质瓷坯的成分组成范围：SiO2：65－75%，Al2O3：19－25％，R2O＋RO＝4－6.5％。长石质瓷的成瓷范围常见类型高粘土质硬质瓷：高岭土含量大于50%，石英小于30%，长石大约20%。高长石质瓷：长石含量大于30%，石英10～30%，高岭土25～50%。高石英质瓷：石英含量30~40%，长石10~30%，粘土30~50%。2.2绢云母质瓷属K－Al—Si三元系统，我国古瓷特别是南方古瓷均属于这种瓷质。其中的绢云母是瓷石的主要主分。主要矿物组成：高岭石、绢云母、石英、水云母及少量的多水高岭石，方解石。一般烧成温度在低于1350℃之间一般绢云母质瓷坯的成分组成范围同长石质瓷的差不多：SiO2：60－70%，Al2O3：22－30％，R2O＋RO＝4.5－7％。绢云母质瓷的成瓷范围绢云母30～50％，石英15～25％，高岭土30~50%，其它5～10%。实际配方：瓷石70～30%，高岭土30～70%。2.3骨质（骨灰）瓷以骨灰（磷酸盐）、高岭土、长石、石英配料，磷酸盐作为熔剂。3配料的计算3.1配料的依据产品的物理化学性质以及使用性能。根据一些工厂和研究单位积累的经验和数据。了解各种原料对产品性质的影响是配料的基础。配方应满足生产工艺的要求。原料的供应应稳定。4配料计算4.1坯料组成的表示方法配料比表示法矿物组成（示性组成表示法）化学组成表示法实验式表示法分子式表示法4.1.1配料比表示法最常见的方法，直接列出各种原料的百分比。如某刚玉瓷配方：工业氧化铝，95.0%；苏州高岭土，2.0%；海城滑石，3.0%。优点：直接反映原料的名称和数量，可直接进行原料配制。缺点：各地所产原料成分和性质不相同；或即使同种原料，只要成分不同，配料比例须做相应变更；同时无法相互比较和直接引用。4.1.2矿物组成（示性组成）表示法将天然原料中所含的同类矿物含量合并在一起用粘土、石英、长石三种矿物的重量百分比表示坯体组成。依据：同类型矿物在坯料中所起的主要作用基本上相同。优点：用此法进行配料计算时比较方便。缺点：矿物种类很多，性质有所差异。在坯料中的作用也由差别。因此用此方法只能粗略的反映一些情况。4.1.3化学组成表示法根据化学全分析结果，用各种氧化物及灼减量的重量百分比反映坯料和釉料的成分。例：某日用瓷坯的化学组成（%）优点：利用这些数据可以初步判断坯、釉的一些基本性质；用原料的化学组成可以计算出符合既定组成的配方。缺点：原料和产品中的氧化物不是单独存在的，它们之间的关系和反映情况比较复杂，因此此方法有局限性。SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OIL（灼减量）66.8021.630.470.610.372.941.605.474.1.4实验式表示法以各种氧化物的摩尔数比例来表示。根据坯料的化学组成计算出各种氧化物的分子式；在按照碱性氧化物、中性氧化物和酸性氧化物的顺序排列出分子数。这种方法称为坯式（胎式）或者釉式表示法。基本形式如图式中a、b、c、d表示各氧化物的摩尔数，用来表示各氧化物间的相互比例。坯料实验式中取中性氧化物R2O3的摩尔数之和c为1，釉式实验式中取a、b之和为1。2232aROcROdRObRO4.1.5分子式表示法用分子式表示坯体的组成，现代电子工业用的陶瓷常用。如锆－钛－铅固溶体的分子式Pb（ZrxTi1-x）O35坯料配方的计算计算目的：掌握坯式、釉式、原料、坯料的矿物组成与配方的基本计算方法。掌握古陶瓷的坯式、釉式对研究古陶瓷的制作工艺有非常重要的作用。利用坯式、釉式可以判断古陶瓷的原料种类；同时还可以判断古陶瓷的制作窑口。5.1根据化学组成计算坯式（釉式）基本步骤：1.用各氧化物的分子量分别去除相应氧化物的百分含量，即得到各氧化物的分子数。（若有灼减量，先换算成无灼减量的化学组成。）2.用中性氧化物R2O3分子数之和，分别去除各氧化物的分子数，得到各种氧化物分子数的比例，即各氧化物前面的系数（相对分子数）。3.按照碱性氧化物、中性氧化物和酸性氧化物的先后顺序，列出各氧化物的分子数，即得到了坯式。计算中一些常用的分子量SiO2Al2O3Fe2O3TiO2P2O5CaOMgOK2ONa2O60.1101.9159.780.114256.140.394.262.0例1某瓷的坯料经化学分析结果如下（均为%）：试计算该坯料的坯式。SiO2Al2O3Fe2O3TiO2P2O5CaOMgOK2ONa2OI.L.合计34.5214.380.210.0618.3421.412.092.411.644.6599.71解：1.换算无灼减量时的百分比含量SiO234.52÷（99.71-4.65)＝36.31Al2O314.33÷(99.71-4.65)=15.13Fe2O30.21÷（99.71-4.65)＝0.22TiO20.06÷（99.71-4.65)＝0.06CaO21.41÷（99.71-4.65)＝22.52MgO2.09÷（99.71-4.65)＝2.20K2O2.41÷（99.71-4.65)＝2.54Na2O1.64÷（99.71-4.65)＝1.73P2O518.34÷（99.71-4.65)＝19.29合计：1002.计算各种氧化物的分子数：SiO236.31÷60.1＝0.605Al2O315.13÷101.9=0.148Fe2O30.22÷159.7＝0.001TiO20.06÷80.1＝0.0007CaO22.52÷56.1＝0.402MgO2.20÷40.3＝0.055K2O2.54÷94.2＝0.027Na2O1.73÷62.0＝0.028P2O519.29÷142.0＝0.1363.以中性氧化物Al2O3和Fe2O3分子总和做分母，除各氧化物的分子数（保留三位小数）SiO20.605÷(0.148+0.001)＝4.060Al2O30.148÷0.149=0.993Fe2O30.001÷0.149＝0.007TiO20.0007÷0.149＝0.005CaO0.402÷0.149＝2.698MgO0.055÷0.149＝0.369K2O0.027÷0.149＝0.181Na2O0.028÷0.149＝0.188P2O50.136÷0.149＝0.9134.按照坯式排列，得出该瓷的坯式22223223250.1814.0600.1880.9930.0052.6980.0070.9130.369KOSiONaOAlOTiOCaOFeOPOMgO5.2根据坯式（釉式）确定化学组成计算步骤1.用坯式中各氧化物的分子数乘以该氧化物的分子量，得到该氧化物的重量。2.求出所有氧化物的重量总和。3.用各氧化物的重量除以总和，乘以100，即得氧化物的百分含量。例2已知某坯料的坯式为：求该坯料各氧化物的百分含量。22232230.1580.1210.9874.7940.0730.0130.010KONaOAlOSiOCaOFeOMgO解：1.计算各氧化物的重量SiO24.794×60.1＝288.12Al2O30.987×101.9=100.67Fe2O30.013×159.7＝2.076CaO0.073×56.1＝4.095MgO0.01×40.3＝0.403K2O0.158×94＝14.852Na2O0.121×62＝7.502合计：417.7152.用各氧化物重量除以氧化物的重量总和，乘以100(保留两位小数）。SiO2287.12÷417.715×100＝68.98Al2O3100.67÷417.715×100＝24.10Fe2O32.076÷417.715×100＝0.50CaO4.095÷417.715×100＝0.98MgO0.403÷417.715×100＝0.10K2O14.85÷417.715×100＝3.56Na2O7.502÷417.715×100＝1.793.算得其氧化物百分组成为（不含灼减量）：SiO268.98%Al2O324.10%Fe2O30.50%CaO0.98%MgO0.10%K2O3.56%Na2O1.79%5.3用配料量计算实验式（坯式）①将各原料的化学组成换算为不含灼减的化学百分组成。②将每种原料的配料量乘以各氧化物的百分数，即得各种氧化物的质量。③将各种原料中共同氧化物加在一起，得到坯料中各氧化物的总质量。④用各氧化物的质量除以各氧化物的摩尔质量，得到各氧化物的摩尔数。⑤各氧化物的摩尔数除以中性氧化物的摩尔总数，得到一系列以中性氧化物系数为1的一套各氧化物的摩尔系数。⑥按规定的顺序排列各种氧化物，得到所要求的实验式。例3某陶瓷厂配制锆质釉，所选配料包括——长石：25.6％石英：32.2％粘土：10.0％白垩：18.4％氧化锌：2％锆英石：11.8％各原料的化学组成如下：原料SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgONa2OK2OZnOZrO2灼减长石65.0420.400.240.800.183.749.38//0.11粘土49.8235.741.060.650.600.820.95//10.00石英98.540.280.720.250.35////0.20白垩1.000.24/54.660.22////43.04氧化锌///////100//锆英石38.815.34/0.400.20///55.10/求所得釉料的实验式。解：1.把原料组成百分比乘各原料中化学组成，即得釉料中各氧化物含量。原料配比SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgONa2OK2OZnOZrO2灼减长石25.616.655.220.060.200.050.952.40//0.02粘土10.04.983.570.110.060.060.080.10//1.05石英32.231.760.090.230.080.11////0.06白垩18.40.180.04/10.060.04////7.9