陶瓷与其加工工艺

陶瓷与其加工工艺4.1陶瓷概述传统的“陶瓷”是陶器、炻器和瓷器的总称，传统陶瓷是指以黏土为主和其他天然矿物原料（硅酸盐和氧化物材料）经过拣选、粉碎、混炼、成型、煅烧等工序而成的制品。现代陶瓷的概念则泛指所有无机非金属材料。包括当代材料世界的三大支柱：无机非金属固体材料（陶瓷）、金属材料、有机材料。高纯度原料人工合成传统陶瓷++古代的陶器文化：4.1.1陶瓷的发展历史罐与漏斗——酒具（灰陶）磁山文化红陶器具仰韶文化——彩陶瓶大汶口文化——流佳器（黑陶）商代的白陶罐西周的硬陶4.1.1陶瓷的发展历史贴敷模制法：泥条盘筑法：轮制成型法：随着选料（瓷石——氧化硅和氧化铝）和制陶技术的提高（烧制温度1200度；器表施釉）（一）古代制陶技术的发展泥条盘筑法成型的陶器轮制成型法的陶器（二）中国瓷器的发展史东汉时期：青瓷唐代：越窑青瓷莲花碗邢窑白瓷宋代：汝窑碗官窑哥窑贯耳扁瓶定窑——孩儿枕钧窑尊元代梅子青瓷元代哥釉碗明代五彩玉壶春瓶青花瓷釉里红珐琅彩瓷4.1.2陶瓷的分类按照成份、性能和用途，陶瓷材料分为：（一）普通陶瓷（传统陶瓷）是以天然的硅酸盐矿物为原料（如粘土、长石、石英等）经过粉碎——成型——烧结而制得，又称硅酸盐陶瓷。（二）特种陶瓷（近代陶瓷）采用纯度较高的人工合成原料（如氧化物、氮化物、碳化物、硼化物等），沿用普通陶瓷的制作工艺而成的新型陶瓷。按陶瓷制品分类：陶器、炻器、瓷器。日用陶瓷、建筑陶瓷绝缘陶瓷普通陶瓷多孔陶瓷（过滤陶瓷）（传统陶瓷）化工陶瓷高强度、高温、耐磨、耐酸陶瓷陶按性能分压电、电介质、光学陶瓷半导体、磁性、生物陶瓷瓷氧化物：氧化铝、氧化镁、氧化锆特种陶瓷氮化物：氮化硅、氮化铝、氮化硼（近代陶瓷）按化学碳化物：碳化硅、碳化硼组成分类氧氮化硅铝瓷复合瓷：铝镁尖晶石瓷锆钛酸铝镧瓷金属陶瓷纤维增强陶瓷表4-14.2陶瓷材料的基本性能陶瓷的组织结构非常复杂，一般由晶相（晶体相）、玻璃相（非晶体相）和气相组成。各种相的组成、结构、数量、几何形状及分布情况等都影响陶瓷的性能。1.光学性质（1）白度陶瓷材料对白色光的反射能力。45角化学纯硫酸钡样片70％（2）透光度瓷器允许可见光透过的程度。厚度、纯度、细度、温度、组成、结构（3）光泽度瓷器表面对可见光的反射能力。2.力学性质陶瓷材料抵抗外界机械应力作用的能力。包括弹性变形、塑性变形及蠕变；强度和断裂；硬度。陶瓷材料最突出的缺点是脆性。3.热稳定性指陶瓷材料承受外界温度急剧变化而不破损的能力，又称抗热震性或耐温度急变性。4.化学性质指陶瓷耐酸碱的侵蚀与环境中大气腐蚀的能力。即陶瓷材料的化学稳定性。坯料的化学组成和结构特征。5.气孔率与吸水率气孔率指陶瓷制品所含气孔的体积与制品总体积的百分比。一般分为开口气孔率和闭口气孔率。气孔率的大小是衡量陶瓷质量和工艺制度是否合理的重要指标。吸水率是指陶瓷制品中孔隙可吸收水的重量与制品经110°C干燥恒重之重量的百分比。反映陶瓷制品是否烧结和烧结后的致密程度。6.陶瓷特性1.大多数陶瓷，硬度高、弹性模量大，脆性大、几乎没有塑性抗拉强度低，抗压强度高。2.陶瓷的熔点高，热硬度可达1000度，膨胀系数和导热系数小，温度剧烈变化时会开裂。3.化学稳定性高，抗氧化，抗腐蚀。4.大多数陶瓷是电绝缘材料，功能陶瓷具有光、电、磁、声等特殊性能。4.3陶瓷成型加工工艺陶瓷是天然或人工合成的粉状化合物，经过成形和高温烧结制成的，由金属和非金属元素的无机化合物构成的多晶固体材料。陶瓷生产工艺就是以相图和高温物理化学为理论基础的矿物合成工艺。主要步骤为原料配制、坯料成型、窑炉烧结。4.3.1原料配制原料在一定程度上决定着产品的质量和工艺流程、工艺条件的选择。陶瓷生产的最基本原料是石英、长石、黏土三大类和其他一些化工原料。陶瓷原材料的压碎方法图4-3陶瓷生产工艺流程硬质原料拣选粉碎配料混炼成型软质原料风化除杂干燥风化拣选装饰、上釉装饰、上釉煅烧加工检验包装釉料制备从工艺的角度，陶瓷材料的分类1.可塑性材料;主要指黏土类天然矿物。（高岭土、多水高岭土、膨润土等）它们在坯料中起到塑化和黏结的作用。2.无可塑性原料；a.石英属瘠性材料；作用是防止高温变形、冷却后在瓷坯中起骨架的作用、防止坯体收缩时开裂变形。b.长石属于熔剂原料；作用是对高粘度玻璃起到高温胶结作用，增加制品的密实性和强度。4.3.2成型陶瓷成型：就是把准备好的原材料加工成一定形状和尺寸的半成品的过程。根据坯料（可塑泥料、粉料、浆料）的不同，成型的方法主要三种：可塑法成型、注浆法成型、干压法成型。（1）可塑成型：利用泥料的可塑性，将泥料塑造成各种形状坯体的工艺过程。日用陶瓷的基本方法有，拉坯、印坯、旋坯、滚坯、滚压、挤压等。a.旋坯成型：是将泥料掼于旋坯机上旋转着的石膏模中，再利用样板刀的挤压力和刮削作用成型的方法。b.挤压成型：将真空炼制泥料放入挤压机中，用螺杆施加压力，把泥料挤出口模成型的方法。粉料较细c.拉坯成型：也称手工拉坯，是在转动的转台上完成的。要求坯泥即有“挺劲”又能自由延展。d.雕塑和印坯：基本上是靠手工完成的，其生产效率较低。陶瓷灌浆铸造方法滚压法的操作顺序（二）注浆法成型注浆成型法：即把制备好的陶瓷泥浆注入多孔的性模型内，由于多孔性模型的吸水性。在贴近模壁的泥浆先干，当泥层厚度达到要求时，把剩余泥浆倒出。从而得到模型的方法。见图4-5空心成型和实心成型P115在前两种方法的基础上，改进出压力注浆和离心注浆（三）干压法成型干压法：将配料（水分含量在7%以下）拌匀并在较高的压力下压制成型。制品尺寸准确，机械强度高。4.3.3坯体的干燥坯体干燥方法：自然空气干燥、热空气干燥、辐射线干燥、微波干燥等。4.3.4坯体装饰a.化妆土装饰；b.划花装饰c.刻花梅瓶d.贴花足碗e.印花碗f.剔花罐g.镂空瓶h.釉上彩鼻烟壶j.雕塑装饰4.3.5上釉(1)釉的主要作用：可增加坯体的强度；防止多孔性的坯体内装液体的渗漏；增加坯体表面的平滑，易于清理；具有装饰性，可增加陶瓷的美观；具有对酸碱的抗蚀性；釉：是硅酸质材料；是附着于陶瓷坯体表面的一种连续的玻璃质层，或者是一种玻璃体与晶体的混合层。一般釉层厚度为0.1~0.3mm，加入金属氧化物会改变釉色。（二）釉的制备及分类釉的分类：制成物品种类分；陶器釉、炻器釉、瓷器釉等釉的主要助溶剂分；石灰釉、灰釉、长石釉等釉的外观分；透明釉、失透釉、无光釉等釉的制备a.用土和岩石原样b.用a熔融后的玻璃质“熔块”（三）上釉的方法拓釉法、吹釉法、浸釉法、荡釉法、轮釉法。4.3.6窑炉烧结烧结也称烧成，是将半成品，经高温焙烧，使其发生物理化学变化，最终达到瓷化状态的过程。不同瓷器的烧制温度有差异：一般1100~1300度烧结过程大致分为四个过程：低温蒸发（300度）；氧化分解和晶体转化(300~950度）；玻化成瓷和保温（950度）；冷却定型；4.4设计常用的陶瓷材料4.4.1传统陶瓷古代日用陶瓷；建筑陶瓷；卫浴陶瓷；美术陶瓷；园林陶瓷；烹饪陶瓷；P1184.4.2特征陶瓷（一）结构陶瓷特点：具有高温机械性能；耐化学腐蚀、耐高温氧化；耐磨损；密度小（金属1/3）例如：发动机汽缸套、轴瓦、密封圈、陶瓷切削刀具。a.氧化物陶瓷：如氧化铝、氧化锆、莫来石和钛酸铝等。b.非氧化物陶瓷：如碳化硅、氮化硅、赛龙等c.玻璃陶瓷：镁-铝-硅酸盐、锂-镁-铝硅酸盐钙-镁-铝硅酸盐系列等4.4.2特征陶瓷（一）功能陶瓷功能陶瓷指:具有一定特殊声、光、电、磁、热等物理化学性能的陶瓷材料。a.氧化物陶瓷：如氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化铍等。b.非氧化物陶瓷：如碳化硅、氮化硅、硼化物等按化学成分:按功能成分:光功能陶瓷；电功能陶瓷；磁功能陶瓷；敏感性陶瓷；生物化学陶瓷；4.5陶瓷产品在设计中的应用陶瓷纤维赛车服火花塞